基于單片機(jī)教室智能照明節(jié)能的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

翟晨軒+石建勝+丁鵬舉

摘 要： 針對(duì)當(dāng)前各大高校教室電燈使用情況的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)經(jīng)常呈現(xiàn)出“人走燈亮”的情況，對(duì)資源造成了極大的浪費(fèi)。于是我們?cè)O(shè)計(jì)了以AT89C52單片機(jī)為控制器的智能教室照明節(jié)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用紅外傳感器檢測(cè)人體的存在信號(hào)和利用光敏電阻以及數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片來檢測(cè)教室內(nèi)光照強(qiáng)度，并把檢測(cè)到的人體存在信號(hào)和光照強(qiáng)度信號(hào)傳遞給系統(tǒng)進(jìn)行判斷，從而控制整個(gè)教室照明回路，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的的有效利用。

關(guān)鍵詞： 照明；智能控制；單片機(jī)

基金項(xiàng)目：由西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院“雙E”項(xiàng)目資助

0.引言

隨著我國教育事業(yè)的發(fā)展和不斷壯大，但人們?nèi)狈?duì)智能化節(jié)能控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，導(dǎo)致了當(dāng)前學(xué)校教室的用電浪費(fèi)現(xiàn)象日益嚴(yán)重。尤其是隨著建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的觀念逐漸深入人心，減少教室照明用電的浪費(fèi)已經(jīng)刻不容緩，一間教室的用電浪費(fèi)可能顯得微不足道，但是日積月累而且全國教室眾多，所造成的資源浪費(fèi)已經(jīng)不容小覷。因此，本系統(tǒng)用單片機(jī)以及紅外傳感器可達(dá)到對(duì)教室照明系統(tǒng)的改進(jìn)，從而達(dá)到我們節(jié)約用電的初衷。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該教室智能照明節(jié)能系統(tǒng)是以AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)板作為其核心的控制模塊，在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上了其他外設(shè)功能電路，其外設(shè)功能電路模塊主要含有以下模塊：DS1320時(shí)鐘模塊、LM3392運(yùn)放模塊、LCD1602液晶顯示模塊、紅外接收和紅外發(fā)射模塊、環(huán)境光信號(hào)采集和按鍵模塊，其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖如圖1-1所示：

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)控制核心模塊

本控制系統(tǒng)選用 AT89C52為主控處理器。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（ADC0832）首先需要進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后對(duì)光敏電阻所采集到的光照強(qiáng)度的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給單片機(jī)系統(tǒng)同時(shí)和系統(tǒng)預(yù)設(shè)值進(jìn)行判斷。再通過紅外接收和紅外發(fā)射模塊所組成的檢測(cè)電路加上信號(hào)處理電路從而來達(dá)到檢測(cè)否有人進(jìn)出的目的，并將處理后的數(shù)字信號(hào)傳送至單片機(jī)，單片機(jī)存儲(chǔ)該信息并進(jìn)行判斷。當(dāng)光敏電阻所采集的數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)定值和紅外模塊檢測(cè)到人進(jìn)入教室兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，單片機(jī)控制開關(guān)打開教室照明燈。

2.2 時(shí)鐘模塊和液晶顯示模塊

按照智能照明節(jié)能系統(tǒng)的控制要求，在該系統(tǒng)中加入時(shí)鐘模塊以適應(yīng)學(xué)校的現(xiàn)實(shí)需求。當(dāng)教室內(nèi)無人或光照強(qiáng)度大于系統(tǒng)預(yù)設(shè)值時(shí)，教室智能照明系統(tǒng)關(guān)閉，由此達(dá)到節(jié)約能源的目的。所以本系統(tǒng)加入時(shí)鐘模塊來控制系統(tǒng)運(yùn)行。而此教室智能照明節(jié)能系統(tǒng)選用的是DS1302時(shí)鐘芯片。為了實(shí)現(xiàn)較好的人機(jī)交互界面，在本系統(tǒng)中采用1602液晶顯示屏。其時(shí)鐘電路圖以及液晶顯示電路設(shè)計(jì)如圖2-2所示：

通過時(shí)鐘芯片輸入引腳與單片機(jī)輸出引腳相連，程序讀取DS1302芯片輸出的同時(shí)在通過顯示電路進(jìn)行顯示，R1、R2、R3、具有提高抗干擾能力的作用，12MHZ晶振為單片機(jī)提供振蕩信號(hào)。

2.3 教室光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊

光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊主要對(duì)教室內(nèi)光照強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)，由 LM393 和一個(gè)光敏電阻組成，通過設(shè)計(jì)電壓比較器來檢測(cè)教學(xué)樓內(nèi)實(shí)時(shí)光照強(qiáng)度。

LED7和LED6為紅外接收管，LED9和LED9為紅外發(fā)射管，R21和R22限流保護(hù)發(fā)射管，R12和R13是接收端的上拉電阻，為了能夠得到高電平。紅外傳感器檢測(cè)是否遇到障礙物，如果有東西遮擋時(shí)，比較器輸出低電平，LED指示燈亮；如果沒有東西遮擋，LED指示燈滅。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能照明控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程如圖3-1所示。單片機(jī)最小系統(tǒng)加上電源過后，首先對(duì)其進(jìn)行初始化，然后調(diào)用光電檢測(cè)程序，檢測(cè)是否有人進(jìn)入室內(nèi)。在光照強(qiáng)度小于120時(shí)，教室內(nèi)人數(shù)小于10人時(shí)亮一盞燈，10-20人時(shí)亮兩盞燈，20-30人亮三盞燈，大于30人則四盞燈全亮。如果光照檢測(cè)到的強(qiáng)度大于120的話，無論室內(nèi)有多少人，均不開燈。

（1）光照檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)

首先對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行初始化，光敏電路轉(zhuǎn)化光照強(qiáng)度為相應(yīng)的電壓值。采集光敏電路模塊所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，然后將所采集到的模擬信號(hào)數(shù)字化轉(zhuǎn)換之后，將數(shù)字電壓值送到單片機(jī)控制系統(tǒng)。

（2）LCD顯示子程序設(shè)計(jì)

進(jìn)入LCD顯示子程序之后，首先進(jìn)行LCD的初始化，然后檢測(cè)LCD液晶的忙信號(hào)，如果不忙就接收來自單片機(jī)送來的光照強(qiáng)度和統(tǒng)計(jì)室內(nèi)人數(shù)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機(jī)對(duì)數(shù)值進(jìn)行處理在LCD液晶模塊上把顯示信息。

（3）光電發(fā)射接收子程序

單片機(jī)進(jìn)行初始化操作之后，光電開關(guān)開始工作，單片機(jī)通過檢測(cè)光電開關(guān)相連的單片機(jī)管腳電平的高低來判斷是否有人手或者物體遮擋住了光電發(fā)射與接收電路， 如果出現(xiàn)有物體處于光電開關(guān)之間的話，則光電開關(guān)相連的單片機(jī)管腳輸出低電平，否則輸出高電平。

4.結(jié)束語

隨著當(dāng)前各高校教室用電浪費(fèi)日益加劇，實(shí)現(xiàn)對(duì)教室照明智能化控制刻不容緩，也與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相契合，因此本設(shè)計(jì)具有廣闊的應(yīng)用前景。本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制系統(tǒng)可實(shí)時(shí)控制教室燈具打開的數(shù)量，可以有效地減少電能的浪費(fèi)，減少發(fā)電排污，保護(hù)環(huán)境，提高資源利用率。

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