教室灯光智能控制系统.docx

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教室灯光智能控制系统

武昌理工学院

本科毕业设计（论文）

题

目：

教室灯光智能控制系统

学

专

学

院：

信息工

业：

自动化

号：

20114224007

学生姓名：

马克勤指导教师：

吕晓雁

二O—四年十月二七日

教室灯光智能控制系统

马克勤

摘要

随着社会的快速发展以及能源的消耗，为了有效利用教室灯光、节约能源，利用单片机设计作为控制核心的教室灯光智能控制系统，能根据学校作息时间、光照情况自动调节教室灯光的打开或关闭。

该系统要具有很好的人机交互界面，能对教室灯光进行智能控制。

本系统程序部分采用C语言编写，模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。

该系统具有体积小，控制方便，可靠性高，针对性强，性价比高等优点能够满足各种大、中专院校教室灯光控制的要求，也可以很大程度的达到节能目的。

关键词：

红外线；传感器；单片机

Theclassroomlightingintelligentcontrol

system

MakeQin

Abstract

Withtherapiddevelopmentofsocietyandtheenergyconsumption,inordertoeffectivelyusetheclassroomlighting,savingenergy,usingsingle-chipmicrocomputerasacontrolcoreoftheclassroomlightintelligentcontrolsystem,canaccordingtotheschoolcalendar,illuminationconditionautomaticallyadjuststheclassroomlightsonoroff.Thesystemhasgoodman-machineinterface,cantheclassroomlightintelligentcontrol.ThissystemispartiallywrittenusingCIanguage,modularstructuredesign,clear,goodcommonality,isadvantageousfortheimprovementandexpansion.Thesystemhassmallvolume,convenientcontrol,highreliability,thepertinence,highercostperformaneecanmeettherequirementsofclassroomlightingcontrolallkindsoflarge,secondarytechnicalschools,cangreatlytoachieveenergysaving.

KeyWords:

infrared；Thesensor；Singlechipmicrocomputer

第1章绪论...1

§1.1研究意义……1

§1.2智能控制系统照明的优势1

§1.3研究的现状和目的..…2

第2章智能控制器的简介和方案分析…4

§2.1控制器的简介…4

§2.2控制系统方案的分析…4

第3章智能控制模块的硬件设计…6

§3.1控制模块的硬件原理图…6

§3.2控制模块硬件的各个模块…6

§3.2.1电源模块…7

§3.2.2LED驱动模块…7

§3.2.3传感器检测模块…7

§3.2.4光检测模块…8

§3.2.5单片机模块…8

第4章智能控制模块的软件设计9

§4.1系统监控主程序9

§4.2数据采集9

§4.3时钟模块10

§4.4系统按键功能10

第5章总结11

致谢12

参考文献13

第1章绪论

§1.1研究意义

随着社会经济的发展，人民生活水平的不断提高，导致用电量的急剧增加，又因为世界性的能源危机，能源缺乏已成为世界所面临的严峻问题。

这个问题对我国来说尤为严重。

随着许多大、中专院校的扩招，教室的扩建，教室照明的用电量也就越来越多，对大多高校来说教室照明的管理不到位，往往会造成电量的巨大浪费，因此，提高教室用电效率就成为非常重要的问题。

现在对灯光的智能控制，国内外己经开始采用，但对教室灯光的控制，还没有普及，由于我国教室灯光的控制不完善，依然是传统式的人工管理。

教室用电管理不善，会造成学校电量浪费和经济损失，这样的浪费与当今的节约能源理念相违背。

然而，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。

除了应该满足为人们在工作、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的学习和生活环境。

所以研究新型智能照明控制系统，对减少这部分能源消耗，同时能更好的满足人们对照明质量的要求，都有极其重要的意义。

§1.2智能控制照明系统的优势

传统的照明控制系统主要是由照明配电箱通过手动开关控制照明灯具通断的目的，或者在照明回路中串入接触器，实现远距离控制。

在开关控制上采用手动开关，很大程度上要依赖于人的主动性。

而智能照明控制系统可以根据某一区域的功能、每天不同的时间、室内光照强度等来自动控制照明。

总的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，可以使整个照明系统可以全自动状态，然后根据不同场合在不同时段的不同需求，预先设定合适的照明效果，更加具有智能化和人性化。

⑵降低电能消耗，有着良好的节电效果，可以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，只有在必需时开启照明灯具，节能效果非常明显，一般可以达到30%左右。

（3）提高教室的照明系统管理水平，将传统的人为开关控制转换为智能系统控制的管理，将很大减少学校的运行、维护和管理的费用。

§1.3研究的现状和目的

主要研究内容：

（1）了解教室照明光强的标准；

（2）研究教室灯光照明开、关灯与环境光强弱的关系；

（3）研究传感器教室分布、安放问题；

（4）研究确定人体传感器的有关参数；

（5）研究灯光控制器电源问题；

（6）研究控制器参数值设定的要求及方案；

⑺研究报警等附加功能问题；

研究目标：

研究教室灯光智能控制系统对现有教室照明系统的改造，实现对照明

系统的人性化智能管理，提高用电效率；以降低成本，实现自动、手动灯光控制相兼容；通过反复试验和改进，达到可靠性、实用性、推广性较好的目标。

第2章智能控制器的简介和方案分析

§2.1控制器的简介

智能控制器可有效的实现教室灯光智能控制。

其输入参数主要是人体的存在信号和环境光信号等外界因素，环境光照强度达到上限值时不开灯，环境光照强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，通过传感器检测用这种方式来对教室灯进行智能控制来实现上述目标。

教室智能灯光控制系统能用于现有教室照明的改造，实现对照明系统的人性化智能管理，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

§2.2控制系统方案的分析

控制器是以自然光照强度和人体存在作为控制器的主要输入参数，能够实现

自动与手动控制二者相兼容的系统。

首先，系统默认为自动控制状态，当按键模块感应到有键按下时，系统改为强制控制状态。

然后，在自动控制模式下：

当自然光照强度足够时，无论人是否存在，都会不开灯；在自然光照强度较弱时，有人存在，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，如果夜晚超过10点，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，以解决在特殊情况下，自动控制器的不人性化运行。

该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完成的各项功能，

达到控制器自动与手动相结合的教室照明智能控制

第3章智能控制模块的硬件设计

§3.1控制模块的硬件原理图

本系统主要以单片机控制位中心，根据光照强度、人的存在和按键功能等结合

合成一个系统，该系统原理图如3-1图所示：

时钟电路

人体传感器2

按键输入

图3-1系统原理框图

§3.2控制模块硬件的各个模块

系统控制单元是以单片机主控模块为核心，其它主要模块包括：

光检测模块、

电源模块、人体传感器模块、LED驱动模块，其结构如3-2图所示：

Z光检测模块

图3-2智能控制各模块图

§3.2.1电源模块

电源电路设计如3-3所示，包括有整流电路、滤波电路和稳压电路，该电路能将220V的交流电转换成1.22〜9.3V的可调直流电。

§3.2.2LED驱动模块

系统采用LED灯为照明光源，用单片机调节PWM占空比的工作方式进行调光，

以PT4115芯片作为LED驱动，PW调光是通过改变脉冲宽度进行调光，在单位

时间内反复接通和断开LED电流来调节发光亮度。

PT4115芯片驱动电路如图2所示，其DIM端可以外接PWh脉或直流电压进行调光，也可以接热敏电阻作为辅助温度控制和自动亮度控制。

为了使LED闪烁不易让人眼察觉到，开关频率一般要大于100Hz。

通过PW碉光，LED的输出电流可以从0〜100%变化。

LED的亮度是由PWMI号的占空比决定的。

§3.2.3传感器检测模块

传感器模块工作原理是利用热释电元件的热释电效应来实现检测功能。

当人体

体温为37C时，发出10um波长的红外线，当人体进入检测区，红外感应源上的温度发生变化，会产生电压信号输出口。

本系统利用人体红外检测传感器产生人存在信号，为单片机输入提供一个脉冲中断信号。

有人进入教室时，人体红外检测传感器产生一个高电平脉冲，单片机产生中断，经过软件设置标志值等处理，可进行下一步工作；若没有人进入教室，人体红外检测传感器处于低电平状态，单片机处于等待状态。

§3.2.4光检测模块

光检测模块核心器件是光敏电阻，其工作原理是基于内光电效应。

在具有光电导效应的均匀半导体材料两端加上电极，便构成光敏电阻。

当光敏电阻的两端加上适当的偏置电压时，便有电流流过。

改变照射到光敏电阻上的光度量，流过光敏电阻的电流将会发生变化，说明光敏电阻的阻值随入射光辐射照度变化而变化。

§3.2.5单片机模块

系统硬件控制核心是51单片机，该芯片功能强大，资源丰富，编写程序调试方便。

51单片机中央处理器是单片机内部的核心部件，它决定了单片机的主要功能特性.中央处理器主要由运算部件和控制部件组成.中央处理器功能模块运算部件：

它包括算术，逻辑部件ALU,布尔处理器，累加器ACC寄存器B，暂存器TMP1和TMP2程序状态字寄存器PSW以及十进制调整电路等.运算部件的功能是实现数据的算术逻辑运算，位变址处理和数据传送操作。

第4章智能控制模块的软件设计

§4.1系统监控主程序

监控程序按模块可分为监控主程序和命令处理子程序。

监控主程序的基本任

务是调用子程序，一个主程序就可以调用多个子程序，对于51单片机，系统资

源有限，主程序是一个无限循环的过程，即是