一種具有人數統計的燈控系統設計

李娣娜，馬惠鋮，薛娓娓

（延安大學西安創新學院，陜西西安，710100）

為了給廣大師生創造舒適的教學和學習環境，學校在教室的面積、設施和照度等方面投入很多。但是教室采用的是開放式的管理模式，加之學生的節能意識淡薄，在學校教室就經常能看到這種現象，教室燈全開，卻沒有一人的現象又或光照足夠卻還是有人會開燈，這種情況每天都會發生很多次，而且不僅僅局限于學校。從能源角度來講，電費也是一筆不小的花費，由于浪費造成的額外電費更是嚇人，若能通過設計解決此種不必要的浪費真的是節約了很大的能源。為此我們給教室設計了一種具有人數統計的燈控系統，將教室作為一個整體，在教室門口放置紅外模塊，統計進出教室的人數，按照教室的人數和光照度來決定開啟燈的數量。

1 設計方案

本設計主要由STC89C52 單片機、時鐘芯片DS1302、液晶屏LCD1602、光敏電阻、紅外模塊、按鍵等單元電路組成。具有人數統計的燈控系統的整體結構圖如圖1 所示。教室門口用紅外模塊E18-D80NK來確定是否有人進出教室，如果有人進入，加一，有人出去則減一，并在LCD 屏幕上顯示實時日期/時間/周及教室人數數據。教室里的光強度是由光敏電阻來檢測，可用按鍵來切換手動模式和自動模式。在自動模式下，可以設置亮燈時間段，在此時間段里，當教室光線強度較弱且教室有人時，燈控系統會根據教室人數開啟照明燈的數量；當教室光線強度較強或教室無人時照明燈會自動熄滅。在手動模式下，可通過手動開關開關照明燈。

圖1 整體結構圖

2 硬件設計

2.1 時鐘模塊的設計

為了提供精確的定時，系統采用高性能的時鐘芯片DS1302，DS1302 不僅可以精確計時到年、月、日、周、時、分、秒，而且具有閏年補償功能。擁有2.0V～5.5V 的低功耗工作電壓，DS1302 的三線接口與CPU 同步通信，以突發方式傳輸多字節時鐘信號或RAM 數據。DS1302 與單片機的連接圖如圖2 所示，DS1302 的、SCLK 和I/O 引腳分別連接到單片機P2.7、P2.6和P2.5。為了提高抗干擾能力，與單片機連接的3 個引腳上接有上拉電阻R2、R3、R4。J1是一個按鈕電池，也就是備用電池，當主電源關閉時，也能保持DS1302 的連續運行。Y1 是一個32.768kHz 晶體振蕩器，它向DS1302 芯片提供振蕩信號，DS1302 芯片可以正常工作。該電路接口簡單，成本低，使用方便，應用廣泛。

圖2 DS1302 與單片機連接圖

2.2 鍵盤模塊的設計

根據按鍵在電路中的功能，按鍵采用獨立按鍵，按鍵的一端與地連接，另一端與單片機I/O 口連接。哪個按鍵按下，單片機相應的I/O 引腳會輸入一個低電平，通過檢測端口電平是否是低電平來確定是否按下按鍵，并根據按鍵功能執行相應操作。按鍵與單片機的連接圖如圖3 所示，具體按鍵功能如下：設置鍵S1，確認鍵S2，加鍵S3，減鍵S4，手動或自動切換鍵S5，手動打開S6。

2.3 光線檢測模塊的設計

使用光敏電阻LIGHT1 采用低電壓原理檢測教室內的光強度，光線檢測電路圖如圖4 所示。當室內光線較好時，光敏電阻的電阻很小，電壓比較器的正向輸入電壓大于反向輸入電壓，電壓比較器輸出高電平；當室內光線較暗時，光敏電阻的電阻值大，輸出低電平，LED 燈D4 亮起。

圖3 按鍵與單片機連接圖

圖4 光線檢測電路圖

2.4 紅外模塊的設計

本設計利用E18-D80NK 紅外模塊對教室內的人數進行統計，該紅外傳感器在使用上比較簡單，模塊本身引出了三根導線。接在VCC 和GND 兩端的導線作用是用于供電，剩下一根導線連到單片機的IO 口作為數據引腳，當檢測到有學生進入教室時該引腳產生輸出一個低電平，若沒有學生經過則光電傳感器輸出的為一個高電平。單片機只需判斷該數據引腳的高低電平，即可知道當前是否通過了被掃描的人，通過調節傳感器后面的一個螺絲調整檢測距離的大小。E18-D80NK 紅外檢測模塊的原理圖如圖5 所示。

3 軟件設計

3.1 時鐘模塊程序設計

在讀取時鐘芯片DS1302 之前，首先對其進行初始化，即需要將復位輸入RST 設置為高電平。如果RST 輸入為低電平，則數據傳輸停止。讀取/寫入數據后，應將RST 設置為低，以減少干擾。時鐘芯片讀寫流程圖如圖6 所示。

圖5 紅外線檢測部分

圖6 時鐘芯片讀寫流程圖

3.2 人數統計子程序設計

人工模擬教室進出口，利用紅外檢測管檢測信號，人數統計子程序流程圖如圖7 所示。如果信號從外到內，則相應的人數增加1 人，并在LCD 1602 上的顯示教室里的實時人數。具體設計中使用4 個LED 當做教室照明燈，當教室總人數不足5 人時，一個LED 燈亮；當教室總人數為5-15人時，兩個LED 燈亮；當教室總人數為15-30 人時，三個LED 燈亮；當教室總人數大于30 人時，四個LED 燈都亮。

4 總結

本系統是本著為教室照明節約能源，并且減少人工管理，實現自動化而設計的。經過設計方案選取，硬件和軟件設計，仿真焊接調試，最后測試可以滿足功能需求，此系統達到良好的照明、節能的效果。此電路還可以應用到很多公共場合的照明控制系統中，在節約用電和節能減排等方面起到一定的作用。

圖7 人數統計子程序流程圖