毕业设计论文基于AT89S51单片机的教室灯光智能控制概要文档格式.docx

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该系统具有体积小,控制方便,可靠性高,针对性强,性价比高等优点,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:

智能控制器热释红外传感器单片机

I

Abstract

Inordertomakeeffectiveuseofclassroomlighting,energysaving,todesigntheAT89C2051MCUasthecontrolcoreofthelightingcontrolsystemforclassroom,accordingtotheschoolcalendar,lightautomaticadjustmentofclassroomlightingintheopenorclose.Debuggingresultsshowthatthesystemhasaverygoodman-machineinterface,forclassroomlightingintelligentcontrol,andhastheadvantagesofsimplecircuit,lowcost,energysaving,goodportability.Canalsobeappliedinthelibrary,conferenceroom,office,officeandotherplaces,andhasgoodpracticalapplicationvalueandbroadapplicationspace.

Thetopicforclassroomlightingcontrol,analysisofclassroomlightingintelligentcontrolprincipleandrealizationmethod,isputforwardbasedontheSCMdesignclassroomlightingintelligentcontrolsystemoftrainofthought,andonthisbasisthedevelopmentoftheintelligentcontrolsystemofthehardwaremoduleandthecorrespondingsoftware.

ThesystemisbasedonAT89S51singlechipmicrocomputerascontrolmoduleisthecorecomponent,thepyroelectricinfraredsensortodetectthepresenceofthehumanbody,usingphotosensitivethreetransistorcircuitstodetectambientlightintensity;

reasonablelightconditionsaccordingtoclassroom,thehumanbodythroughthepresenceofsignalsandambientlightsignalrecognitionandjudgement,completionoftheclassroomlightingintelligentcontrol,toavoidtheclassroomelectricitywaste.Thesystemalsohasthealarmfunction;

italsousessoft/hardware"

watchdog"

andantiinterferencemeasures.

ThesystemusesClanguage,isdesignedwithmodularstructure,clarity,goodversatility,facilitatetheimprovementandexpansion.Thesystemhastheadvantagesofsmallvolume,convenientcontrol,highreliability,strongpertinence,cost-effectiveadvantages,canmeetallkindsofinstitutionsforclassroomlightingcontrolrequirements,alargedegreeofachievingthepurposeofenergysaving.

Keywords:

intelligentcontrollerforpyroelectricinfraredsensorchip

II

邵阳学院

摘要.............................................................................................................................I引言...............................................................................................................................IV1.1课题来源及背景.................................................................................................IV1.2国内外教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题.....................................IV第一章教室灯光控制器简介与方案分析...................................................................11.1教室灯光控制器简介...........................................................................................11.2系统控制方案分析...............................................................................................1第二章系统控制模块的硬件设计...............................................................................22.1系统控制模块的硬件构成及简介.......................................................................22.2系统控制的主要硬件电路...................................................................................22.2.1系统主控电路.................................................................................................22.2.2系统供电电路.................................................................................................32.2.3数据采集电路.................................................................................................42.2.4系统时钟电路.................................................................................................62.2.5继电器驱动电路.............................................................................................72.2.6超时报警电路.................................................................................................72.2.7按键控制电路.................................................................................................8

2.2.8系统看门狗电路.............................................................................................8

3.1系统监控主程序模块.........................................................................................103.1.1系统自检初始化...........................................................................................103.1.2定时中断处理设计.......................................................................................113.2数据采集模块.....................................................................................................113.2.1人体存在传感器的优缺点...........................................................................113.2.2数据采集软件的实现...................................................................................123.3时钟模块.............................................................................................................123.3.1数据输入输出...............................................................................................123.3.2时钟程序设计...............................................................................................133.4显示驱动模块.....................................................................................................16第四章系统调试运行及问题分析.............................................................................16

4.1单片机系统调试方法及步骤.............................................................................164.2主要问题分析.....................................................................................................18第五章总结与展望.....................................................................................................195.1总结.....................................................................................................................195.2展望.....................................................................................................................19致谢...........................................................................................................................20参考文献.......................................................................................................................21

III

引言

1.1课题来源及背景

本课题属于自选课题,来源于本人了解到现今全世界面临资源短缺问题日益突出,造成了资源的巨大浪费。

而我所在就读的邵阳学院电能管理方面存在着很大的问题,特别是教师管理不到位。

所以我选择这个课题。

基于单片机控制教师灯光自动控制器的研究。

当前,随着经济的飞速发展,能源短缺问题日益突出,成为一个国家经济发展的“瓶颈”。

作为工业生产和人民生活不可或缺的电力能源更是如此。

尤其现今越来越提倡低碳生活,节约能源已经成为一种全球共识,而作为培养社会精英的高校更应该起到榜样的作用。

但是目前在校园内,教室灯火通明,却空无一人的现象屡见不鲜,这不仅造成了严重的资源浪费,也对高校的形象造成了很坏的影响。

本文所研究的教室灯光控制系统就可以很好地实现节约能源的作用。

本课题设计的控制器可有效的实现教室灯光的智能控制。

其输入参数主要是人体存在信号和环境光强度信号等外界因素。

环境光的强度达到一定值时不开灯,环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯,实验证明这种方案可以实现对教室灯进行智能控制。

教室灯光控制器一般安装在教室内避开电灯直射的位置,且人体传感器安置时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直,这样可使人体存在信号采集更加灵敏、可靠,同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感器。

1.2国内外教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题

现今世界各地面临能源危机,现在发电的主要原料是煤炭、石油和天然气等,丹麦在能源合理利用方面的成功经验给我们提供了很好的借鉴。

丹麦从1974年以来,国民收入增长了50%。

但丹麦总的能源总消费量并没有增加。

所以丹麦在OECD成员国中能源消耗量和国民收入比值最小的国家。

他们提供的一些节能供热系统很值得我们借鉴。

例如丹麦热电周供热电厂（CHP。

而且,他们尽可能的有效利用资源,所以他们的能源使用总效率达到了90%。

并且丹麦政府很重视住房空同用电的节簏,还设立了对新建房屋节能的诸多要求。

数据显示,居民入住有节能装置的房子时,要支付比没有节能方案房屋高出8%的费用。

他们的节能经验在欧盟国家中广为流传。

还有,欧司朗一斯维尼亚公司不断的推出新型高输出的荧光灯,节能6%。

飞利浦照明公司推出的陶瓷金卤灯代替过去的卤钨灯,可节能60%的电能。

以上种种迹象表明世界各国都在采取不同方式来节约能源。

IV

由于我国人口有十三亿之多,经济又持续多年的高速发展,让能源问题日益突出。

虽然我国能源总储量不低,但人均储量少。

单位产值的能耗是发达国家的3-10倍。

能源问题已成为制约我国国民经济高速发展的关键问题。

能源问题也是我国长期可持续发展战略中一个关键因素。

此外,能源问题不仅关系经济发展和环境生态的平衡,在特定情况下还会对社会稳定有很大影响。

鉴于能源问题的重要性,我国在绿色照明工程新闻发布,绿色照明工程未来五年问将在公用设旅、宾馆、商厦、居民住所等全国建筑物中推广1.5亿只节能灯,节电290亿度电。

上海、河北等一些地方采取政府对节能灯大宗采购每只补贴3至4元的方式进行推广。

从普通白炽灯到高效节能灯,使我国的电光源产品结构逐步向节电型转变,荧光灯与普通白炽灯的比例由1995年的1:

6.25上升到目前的1:

1.5。

目前,我国照明用电约占社会总用电量12%,采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节电60%-80%。

如今,北京正在大力推行绿色照明工程,己推出上百万只绿色照明光源和部分节能电器,据估算年节约用电可达3442万千瓦时,节约电费2519.7万元。

政府已经在商厦、学校、医院等更换24万只节能灯具。

在奥运工程的建设上、也大量运用节能技术,北京的奥运厂馆“水立方”,通过采用大量的节能灯具,装备新技术,通过增强透光性白天可节约能耗50%。

我们党在2000年10月11日党第十五届中央委员会第五次会议通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划的建议》中明确指出:

“加强基础设施建设是今后五年至十年一项十分重要的任务。

”其中提到的基础设施建设就包括了能源建设。

《建议》还强调了能源建设要发挥资源优势,优化能源结构,提高利用效率,加强环境保护。

面临如此紧迫的能源问题,我们应该把着眼点放在“高效”利用“清洁”能源上。

由此可见,节能照明用电,对节能具有重要的意义。

目前国内各类院校中,由于同学们的自觉节能意识薄弱,在光线足够强时也开灯,课上完离开教室后灯还亮着的现象普遍存在;

而且,节能规划极为欠缺,教室的灯光控制由管理人员手工代替,教室极多,管理人员忙不过来,这样就造成不必要的电能浪费和经济损失。

基于以上种种原因,提高教室用电效率就成为学校节能的重要且主要的措施之一,因此节能技术的重要手段之一就是教室灯光自动控制系统的设计无疑就成为其中一项重要课题。

V

第一章教室灯光控制器简介与方案分析

1.1教室灯光控制器简介

本课题设计的控制器可有效的实现教室灯光的智能控制。

其输入参数主要是人体存在信号和环境光强度信号等外界因素。

环境光的强度达到一定值时不开灯,环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯,实验证明这种方案可以实现对教室灯进行智能控制。

1.2系统控制方案分析

该控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数,能够实现自动与手动控制相兼容。

在自然环境光较强光线足够时,无论人是否存在,都不开灯;

在自然环境光较弱时,有人存在且超过一定时间,控制器自动打开电灯,直到人离开后再延时一定时间后关灯。

同时,还可设置作息时间来控制,夜晚超过12点,若还有人存在,则关闭自动控制器的运行,改用开关来手动控制,以解决因特殊情况下,自动控制器的不人性化运行。

所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。

硬件部分是前提,是整个系统执行的基础,它主要为软件提供程序运行的平台。

而软件部分,是对硬件端口所体现的信号,加以采集、分析、处理,最终实现控制器所要实现的各项功能,达到设计目的。

1

第二章系统控制模块的硬件设计

2.1系统控制模块的硬件构成及简介

系统控制单元是以AT89S51单片机主控模块为核心,其它外围电路主要包括:

环境光采集电路、时钟模块、热释红外传感器模块、看门狗模块、按键电路、EEPROM存储模块、超时报警模块、数码管显示模块,其结构框图如图2-1所示。

图2-1系统控制结构框图

光模块采用光敏三极管来检测环境光的强度,有光照时,电阻减小,随着光照强度的减弱,电阻逐渐增大,把光信号转化成电信号,实现对光强度的检测。

人体存在传感器模块采用HP-208是基于红外线技术的智能产品,实现对人体存在的检测。

硬件时钟模块采用充电能力的低功耗,具有临时性存放数据的RAM寄存器的实时时钟芯片DS1302。

该电路的接口简单、价格低廉,被广泛的使用。

系统数据存储及故障保护部分由X5045组成,X5045是一种串行通讯的512字节EEPROM,同时兼有看门狗和电源监控功能键盘模块。

2.2系统控制的主要硬件电路

考虑到本系统安装时受环境影响因素比较多,且教室控制设备中的人体存在传感器、光敏三极管等经常会因环境情形变化而不稳定,所以在设计过程中,电子元器件的选用、线路布置和设备的安放要充分考虑到抗干扰问题。

2.2.1系统主控电路

本系统的主控模块采用AT89S51作为主控芯片,它是一种低功耗,8位