1、四川理工学院毕业设计基于单片机的教室灯光控制系统的设计学 生：学 号：专 业：生物医学工程班 级：指导教师：四川理工学院自动化与电子信息学院二 O 一三年六月基于单片机的教室灯光控制系统的设计摘要：本文详细研究了大学教室的使用特点和照明需求及存在的问题，提出了一种基于单片机的教室灯光控制系统。该系统以 AT89S51 单片机作为控制模块的核心部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，通过对人体存在信号和环境光信号的识别与判断，完成对教室灯光的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有报警功能；同时还采用了软/硬件的“看门狗
2、”等抗干扰措施。该系统可以满足各类院校对教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。关键词：单片机；智能控制；热释红外传感器；X5045基于单片机的教室灯光控制系统的设计Design of Lighting Control System Based on MCUAbstract：This paper copiously studied using features, lighting requirements and the existing problems of the university classroom, at last a kind of lighting control sys
3、tem based on mcu of classroom was put forward. The system used AT89S51 microcontroller as a core component of the control module. It introduced pyroelectric infrared sensor to detect the existence of human body, and used circuit which constituted of photosensitive triode to detect the strength of en
4、vironment lighting. The navar according to the resonable conditions of turning on classroom light and the identification of signal about environmental lighting and existing of human body, achieved the intelligent control of classroom lighting . At last, it avoid the waste of electricity. It also had
5、 alarming function, at the same time anti-interference measures such as the software / hardware “watchdog“ was adopt. The system can meet institution requirements for classroom lighting control, largely achieved the purpose of energy saving.Key words: Microcontroller；Intelligent control；Pyroelectric
6、 infrared sensor； X5045四川理工学院本科毕业设计目录摘要 .ABSTRACT.第 1 章 引 言 .11.1 课题研究的目的与意义 .11.2 采用智能照明控制系统的优势 .11.3 智能照明控制系统的研究现状 .21.4 本章小节 .3第 2 章 教室灯光控制器简介与方案分析 .42.1 大学教室照明控制现状 .42.2 教室灯光控制器简介 .42.3 系统控制方案分析 .42.4 本章小节 .5第 3 章 系统控制模块的硬件设计 .63.1 系统控制模块的硬件构成 .63.2 系统控制的主要硬件电路 .73.2.1 系统主控电路 .73.2.2 系统供电电路 .83.
7、2.3 系统复位电路 .93.2.4 数据采集电路 .103.2.5 系统时钟电路 .133.2.6 继电器驱动电路 .153.2.7 超时报警电路 .153.2.8 按键控制电路 .163.3 本章小节 .17第 4 章 控制模块软件设计 .184.1 系统监控主程序模块 .184.1.1 系统自检初始化 .184.1.2 定时中断处理设计 .19黄叶：基于单片机的教室灯光控制系统的设计14.2 数据采集模块 .204.2.1 人体存在传感器的优缺点 .204.2.2 数据采集软件的实现 .204.2.3 人体存在传感器的抗干扰措施 .214.2.4 人体存在传感器的安装要求 .214.3
8、时钟模块 .224.3.1 数据输入输出 .224.3.2 时钟自检初始化 .234.3.3 时钟程序设计 .254.4 系统工作总流程 .264.5 本章小节 .26第 5 章 系统调试运行及问题分析 .285.1 单片机系统调试方法及步骤 .285.2 主要问题分析 .30第 6 章 结束语 .31致 谢 .32参考文献 .33附 录 .34基于单片机的教室灯光控制系统的设计0第 1 章 引 言1.1 课题研究的目的与意义能源问题和环境问题一直是人类社会面对的重大问题，特别是到了二十一世纪，对降低能耗和保护环境的要求更成了国家长期发展的重中之重，我国也提出了“节能减排”的号召。而在众多的能
9、源问题中，电能的短缺是束缚经济发展和人民生活的重要能源问题之一。据报道，用于照明的能源消耗占整个办公大楼能源消耗的2060 1，这部分能耗的多少很大程度上取决于照明的控制效果。在现代建筑的楼宇自动化系统中，照明控制也是其中一个重要分支。现代建筑对照明的要求很高，除了应该满足为建筑内人们在工作、学习、生活时对视觉环境的要求以外，还应该利用照明设备的不同类型及光线的变换为人们提供一个舒适、有美感的办公、学习和生活环境，此外，还应该提高能源的利用率，实现节能的目的 2。而传统的照明系统由于其管理落后、能源浪费、舒适性差、布线复杂以及灯具寿命短 3的缺点，己不能满足人们的这种需求，所以研究新型照明控制
10、系统，对减少这部分能源消耗、减少环境污染，同时更好的满足人们对照明质量的要求，都有极其重要的意义。新型的照明控制系统主要指综合了照明、自动化控制、计算机技术、电力电子技术和网络技术等的智能照明控制系统。最根本的是通过充分利用自然光来减少人工照明带来的能源消耗 45。1.2 采用智能照明控制系统的优势传统的照明控制系统主要是由照明配电箱通过手动开关实现控制照明灯具通断的目的，或在照明回路中串入接触器，实现远距离控制 6，在灯具的开关控制上采用手动开关，所以很大程度上依赖于人的主动性。而智能照明控制系统根据某一区域的功能、每天不同的时间、室外光亮度或该区域的用途来自动控制照明。它能充分利用自然光，
11、实现照明管理智能化。具体来说其优越性主要表现在以下几个方面：(1)提高照明控制的智能化程度，使整个照明系统出现全自动状态，可以根据不同场合在不同时段中不同的情景需求，预先设定合适的照明效果，更加智能化和人性化。四川理工学院本科毕业设计1(2)减低电能消耗，有良好的节电效果，充分利用自然光作为光源，以人工光为补充，并结合室内的人员情况，只有在必需时才开启照明灯具，节能效果十分显著，一般可以达到30左右 7。(3)改善室内工作环境，提高室内人员的工作效率。(4)提高建筑物的照明系统管理水平，将传统的人为开关控制转换为智能化的管理，将大大减少大楼的运行、维护和管理的费用。总之，研究新型照明控制器及系
12、统，对于节约照明用电，减少环境污染，满足人民群众日益增长的对照明质量、照明环境和减少环境污染的需要，建立优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境的照明系统有着极其重要的意义。1.3 智能照明控制系统的研究现状目前国内几种常见的照明控制系统有以下几种：l、Dynalite智能照明控制系统该系统主要由调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、编程插口、时钟管理器、手持式编程器和PC监控机等部件组成。采用 DyNet网络连接，DyNet 是一个分布式智能化网络，使用RS-485 通讯协议 8。系统的工作原理是：控制模块由微处理器控制，所有控制部件均互连在DyNet网络上，网络上每一个装
13、置内的存贮器均存有操作所需的全部指令。用户利用控制面板按键选择一个预置场景是一种最简单的控制方式。每个调光器可以预置96个场景。利用时钟控制器也是一种常见的照明控制方式。另一常用设备是通用传感器，其由动静控测远红外跟踪、光度检测光电管和用于遥控的接收器组成。2、C-Bus 智能照明控制系统C-Bus系统是 1994年由澳大利亚奇胜电气公司开发的，现已广泛用于很多国家和地区。C-Bus 系统是一个二线制的总线型式的智能控制系统，主要用于对照明系统的控制。也可用于消防等系统中的联动控制，系统所有的单元器件(除电源外)均内置微处理器和存储单元，由一对信号线(双绞线)连接成网络。每个单元均设置唯一的单
14、元地址并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为C-Bus信号在 C-Bus系统总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制基于单片机的教室灯光控制系统的设计2相应回路输出。控制方式包括场景控制、定时控制、红外线传感器控制、就地控制、集中开关控制和集中调光控制、群组组合控制、系统联动及广域控制。3、ABB i-bus EIB智能安装系统EIB智能系统由总线、总线电源、智能传感器 (光线传感器、模糊开关、时间控制器、移动传感器)、智能开关驱动器和其他智能元件(逻辑模块总线耦合器)构成 9。它是典型的现场总线系统，每个元件就是一个节点，这些节点连接在一根2芯双绞线介质的总线上，不分主从隶属关系实现相互之间的通讯从而实现控制和被控制。1.4 本章小节我国对教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。各类大、中专院校不断扩招，教室也不断扩建，教室的用电负荷就不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，这种的浪费与当今的节约能源理念相违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。于是，开发简便、实用的教室灯光自动控制系统便具有重要的现实意义。
