基于单片机智能走廊照明控制系统.docx

基于单片机智能走廊照明控制系统.docx

《基于单片机智能走廊照明控制系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机智能走廊照明控制系统.docx（40页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机智能走廊照明控制系统

基于单片机的智能

走廊照明控制系统设计

学校：

班级：

设计人员：

导教师：

摘要

随着社会的发展人们对生活质量的要求越来越高，为方便生活人们越来越多的在各个场所引入照明设备,照明在能耗中所占的比例日益增高，因而照明节能也日显重要。

现在国内普遍使用的节能开关基本有声控型、触摸型、感光型等.这几种开关各有自己的弊端,如声控型不适合环境嘈杂的场所、触摸型虽然能自动关闭但不能自动打开、感光型开关在无人期间不能自动关闭......由此研究设计一种既智能又节能的控制系统来替代现有的产品是一件极其有意义的工作。

本设计通过STC89C52单片机结合照明技术、热红外传感技术、光敏技术等来实现对照明设备的智能控制，并通过火焰传感器来检测火灾以达到防火报警的目的。

单片机通过继电器控制照明设备的打开或者关闭.通过光照检测电路对照明设备周边亮度进行检测，如果亮度不够则单片机检测BIS0001芯片是否采集到了人体热释电传感信号，根据有无电传感信号控制照明设备的打开或关闭。

关键词：

单片机传感器BIS0001照明控制节能防火报警

Abstract

Withthedevelopmentsocietypeopleofthequalityoflifeindemandishigherandhigher,lightingintheproportionofenergyconsumption,thusincreasingilluminationenergyconservationalsomoreandmoreimportant.Nowuniversaluseenergy-savingswitchathomeandabroadhavesonicbasictype,touchtype,photographictypeandsoon.Thisseveralswitchhavetheirowndisadvantages,suchassonictypeisnotsuitableforenvironmentalnoisyplaces,photographicswitchinoneperiodcan’tshutautomatically.Thestudydesignintelligence,aswellasawayofenergysavingcontrolsystemtoreplacetheexistingproductisameaningfulwork..ThisdesigncombinedbySTC89C52lightingtechnology,infraredsensingtechnology,lightsensortechnology,thedelaytechniqueandprocessingtechnologytorealizetheintelligentcontroloflightingequipment,Andthroughtheflamesensortodetectfireinordertoachievethepurposeofthefirealarm.Microcomputercontrolslightingequipmentopenorclose,bytherelay,throughthelightdetectioncircuitforlightingequipmenttesting,ifsurroundingbrightnessinnotenoughthenmicrocomputerdetecttheBIS0001chipwhethercollectedtohumanpyroelectricsensingsignals,accordingtowhetherhavepyroelectricsensingsignalsmicro-controllerredirectedimmediatelycontrollightingequipmentopenorclosed.

Keywords:

micro-controller;sensor;BIS0001;lightingcontrol;energy-saving;firealarm.

前言

随着国民经济的快速发展和社会进步，教育在全社会愈加被关注和重视，校园规模也随着受教育者的数量增加而不断扩大，教师的数量也大幅增加。

为使师生有舒适的教学和学习环境，无论是教室的面积、设施还是照度，校方都在力所能及的范围内付出了十分的努力。

但由于学校开放性的管理模式，以及全员节能意识的淡薄，教室在白天室内照度很高的情况下，仍然普遍存在开灯作业；即使无人或人数很少的情况下，也是全部开启室内照明。

单片机的出现至今已经有30多年的历史了，微型计算机的迅速发展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，单片机（单片微型计算机）的应用已广泛渗透到社会经济、军事、交通、通信等相关行业，而且也深入到家电、娱乐、艺术、社会文化等各个领域，并掀起了一场数字化技术革命。

单品微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块芯片上的微型计算机。

因此一块芯片就构成了一台计算机。

它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中应用最广泛的计算机。

该项目介绍的就是基于STC89C52单片机的智能走廊照明系统的研究和设计。

本系统是以单片机为控制器的核心，主要有光照检测电路、热释电红外线传感器及处理电路、控制电路组成。

工作时，光照检测电路和热释电红外传感器采集光照强弱、是否有人等信息送到单片机，单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作，从而实现照明控制，以达到节能的目的。

1概述

1.1课题研究背景

随着国民经济的快速发展和社会进步，教育在全社会愈加被关注和重视，校园规模也随着受教育者的数量增加而不断扩大。

但由于学校开放型的管理模式，高校的教室在白天室内照度很高的情况下，仍然普遍存在开灯作业；即使室内无人或人数很少的情况下，也是全部开启室内照明，绝不会有师生因为只有少数人而仅开几盏灯。

长明灯比比皆是，人走不熄灯的现象到处存在。

学校的电力支出约占全校经费支出的1/4-1/5，这种有形和无形的浪费，给校方的电力支出带来了沉重的负担。

能源短缺是21世纪国际面临的新课题。

在寻找新的能源之外，节约能源，提高效益也就成为了我们研究的课题。

所以学校如何来节省电力能源也成为了一个迫切需要解决的问题。

从节约资源、对社会贡献、节省高校经费支出和学生的健康等多方面考虑，高校教室照明的节电问题不得不提到重要的议事日程上来。

目前常用的节电方式为手工控制，光控型，声控型等。

手工方式操作起来不灵活，费时费力。

声控型往往判断不准确，不需要的时候也也会经常亮。

光控设备投资比较大，且容易受光照强度的影响。

因此市场上迫切需要一种操作方便、价格低廉、便于大面积推广的新型节能方案。

1.2课题研究的目的与意义

1.2.1良好的节能效果和延长灯具寿命

节能是照明控制系统的最大优势。

传统的楼宇公共区域照明工作模式，只能是白天关灯，晚上开灯。

而采用了智能照明控制系统后，可以根据不同场合、不同的人流量，进行时间段、工作模式的细分，把不必要的照明关掉，在需要时自动开启。

同时，系统还能充分利用自然光，自动调节室内照度。

控制系统实现了不同工作场合的多种照明工作模式，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命。

1.2.2改善工作环境，提高工作效率

良好的工作环境是提高工作效率的一个必要条件。

合理地选用光源、灯具及性能优越的照明控制系统，都能提高照明质量。

智能照明控制系统具有开关和调光两种控制方法，可以有效地控制各种照明场所的平均照度值，从而提高照度均匀性。

同时，系统能根据不同的时间段，人们的不同需要，自动调节照度。

1.2.3提高管理水平

智能照明控制系统是以自动控制为主、人工控制为辅的系统。

在一般的情况下，不需要有人的参与，照明系统自动实现开关和调光功能，既大大减少了管理人员的数量，也排除了由于人为因素而出现的不定时开关，影响学校的正常教学、生活秩序的情况。

1.3设计实现功能

本设计能实现三大功能：

1.智能照明

2.防火报警

3.显示功能

2设计方案

2.1单片机的选择

该设计采用STC89C52单片机，STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

2.2光照检测方式

采用光敏电阻把环境亮度转换成相应的电压值（模拟值），然后通过运放后给单片机输入一个标准的数字信号。

2.3人体感应方式

采用集成电路BIS0001，该芯片是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。

它配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动式的热释电红外开关、报警用人体热释电传感器等。

它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。

2.4照明设备驱动电路

采用继电器控制，继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。

其具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。

广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。

根据结构不同，可以将其分为电磁继电器、热敏干簧继电器、固态继电器、磁簧继电器、光继电器等型号。

由于电磁继电器简单易用，开关状态极其容易判断，所以本设计采用电磁继电器来控制。

2.5报警驱动电路

该部分采用火焰传感器来检测是否有火灾发生，火焰传感器通过对火光的采集判断是否有火灾发生，有火灾发生时，系统发出警报同时所有灯亮，无火灾发生时进入智能照明模块。

2.6显示电路

本设计采用LCD1602来显示时间和日期，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。

1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

3硬件电路设计与实现

3.1系统硬件总述

系统以单片微型计算机为核心外加多种接口电路组成，共有四个主要部分：

STC89C52芯片、光信号采集电路、人体信号采集电路、输出控制电路，如图3-1所示。

MCU

火灾检测报警电路

光照检测电路

显示电路

控制电路

热红外传感器

人体检测电路

图3-1系统硬件总述图

3.2CPU性能介绍

本系统采用STC公司生产的单片机中的STC89C52芯片，STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。

另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

3.3主控制机电路设计

主控制器采用STC89C52单片机作为微处理器，STC89C52是STC公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机,具有8K在系统可编程Flash存储器，STC89C52RC单片机：

8K字节程序存储空间；512字节数据存储空间；内带2K字节EEPROM存储空间；可直接使用串口下载；STC89C52单片机：

8K字节程序存储空间；256字节数据存储空间；带有2KB的eeprom空间。

3.4菲涅尔透镜

菲涅尔透镜作用有两个：

一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。

当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。

整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。

镜片主要有三种颜色：

1、聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易变形。

二、白色主要用于适配外壳颜色。

三、黑色用于防强光干扰,镜片可以结合产品外观注色，使产品整体更美观。

每一种镜片有一型号（以年号+系列号命名），镜片主要参数：

一、外观描述——外观形状（长、方、圆）、尺寸（直径）。

以毫米为单位。

二、探测范围——指镜片能探测的有效距离（米）和角度。

三、焦距——指镜片与探头窗口的距离，精确度以毫米的小数点为单位。

长形和方形镜片要呈弧形以焦距为单位对准探头窗口。

镜片与探头的配合应用——我们常用的是双源式探头，揭开滤光玻璃片，其内部有两点对7—14um的红外波长特别敏感的TO—5材料连接着场效管。

静态情况下空间存在红外光线，由于双源式探头采用互补技术，不会产生电信号输出。

动态情况下，人体经过探头先后被A源或被B源感应，SaSb产生差值，双源失去互补平衡作用而很敏感地产生信号输出，见图3-3。

当人对着探头呈垂直状态运动，Sa=Sb不产生差值，双源很难产生信号输出。

因此，探测器安装的位置与人行走方向呈平行为宜。

3.5热释电传感器及处理电路

3.5.1热释电红外线传感器

热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。

热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点。

实际使用时，在热释电传感器前需安装菲涅尔透镜，这样可大大提高接收灵敏度，增加检测距离及范围。

实验证明，热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜，则其检测距离仅为2m左右；而配上菲涅尔透镜后，其检测距离可增加到10m以上。

由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小（小于1mV），不能直接作为照明系统的控制信号，因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路，使得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号。

根据以上要求，人体热释电检测电路组成框图如图3-4所示。

图3-3人体热释电检测电路组成框图

3.5.2信号处理电路

本设计采用BIS0001来完成对热释电传感器输出信号的处理。

它配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动式的热释电红外开关、报警用人体热释电传感器等。

BIS0001的引脚图如图

图3-4BIS0001的引脚图

3.6光照检测电路

图3-6中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号VO经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。

R3为光敏电阻，用来检测环境照度。

当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。

SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。

3.7防火及报警电路

火焰传感器是探测物质在燃烧时，产生烟雾和放出热量时产生的光辐射。

　　火焰燃烧辐射光波段火焰传感器又称感光式火灾探测器，它是用于响应火灾的光特性，即探测火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率的一种火灾探测器。

图3-6BIS0001的热释电红外开关应用电路图

3.8显示电路

图3-7LCD1602引脚图

1602采用标准的16脚接口，其中：

第1脚：

VSS为电源地第2脚：

VCC接5V电源正极

第3脚：

V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

第4脚：

RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。

第5脚：

RW为读写信号线，高电平

（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。

第6脚：

E（或EN）端为使能（enable）端。

第7～14脚：

D0～D7为8位双向数据端。

第15～16脚：

空脚或背灯电源。

15脚背光正极，16脚背光负极。

3.9输出控制电路

单片机对光照检测电路和传感器处理电路输出的信号进行检测，输出控制信号由单片机的P2.0输出。

在室内环境光照较强或光较弱但室内又无人时，P2.0输出高电平，此时三极管V1截止，继电器J1不工作，则接在220V上的照明设备不亮。

在室内光照较弱且传感器检测室内有人时，则P2.0输出低电平，此时三极管V1导通，继电器J1工作，则220V交流电通过继电器加到照明设备上，照明设备正常点亮。

4系统软件设计及实现

4.1系统软件流程图

图4-1系统软件流程图

软件部分的主要任务是完成对光照检测电路和对热释电传感器信号处理电路的输出信号进行处理。

在光照较强时，系统继续对光照检测电路的输出状态进行检测。

光照较弱时，系统对信号处理电路的输出状态V0进行检测。

若室内有人时V0为高电平，系统控制照明设备点亮。

若检测到室内无人时，则系统控制照明设备熄灭并重新对信号处理电路的输出状态V0进行检测。

基于上述分析，系统软件设计流程如图4-1所示。

4.2仿真环境介绍

4.2.1Keil介绍

随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil。

该软件是美国KeilSoftware公司出品的软件开发系统，其允许用户使用汇编或者C语言来开发MCS-51单片机（或与MSC-51指令兼容的其它单片机）的应用软件。

功能上，KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。

外观上采用全Windows界面，容易上手。

性能上，即便是使用高级语言开发应用程序，其生成的目标代码效率也非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑。

4.2.2Proteus介绍

Proteus是一款集单片机仿真与SPICE分析于一身的EDA仿真软件，于1989年由英国Lab-centerElectronicLtd研发成功，经过多年的发屏，现已成为当前EDA性价比最高、性能最强的一款软件。

Proteus软件有十多年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其最大的特点是ProteusVSM（VirtualSystemModel-ling）实现了混合模式的SPICE电路仿真，它将虚拟仪器、高级图表仿真、微处理器软仿真器、第三方的编译器和调试器等有机结合起来，在世界范围内第一次实现了在硬件物理模型搭建成功之前，即可在计算机上完成原理图设计、电路分析与仿真、处理器代码调试及实时仿真、系统测试，以及功能验证。

Proteus主要有两大部分组成：

ISIS——原理图设计、仿真系统。

它用于电路原理图的设计以及交互式仿真。

ARES——印制电路板设计系统。

它主要用于印制电路板的设计，产生最终的PCB文件。

参考文献

[1]张友德著.单片微型计算机原理、应用与实验.复旦大学出版社

[2]徐煜明、韩雁著.单片机原理及接口技术.电子工业出版社

[3]何立民著.单片微型计算机原理及应用.航空航天大学出版社

[4]王文升.智能照明控制与节能[J].智能建筑与城市信息.2005

[5]陈涛,毛信伟.智能照明控制系统的工程应用[J].智能电气,2004

[6]何立民著.单片机高级教程.北京航空航天大学出版

[7]陈桂友.单片微型计算机原理及接口技术.高等教育出版社

致谢

附录

1.实物图

2.仿真图

3.程序

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

#defineDBP0//1602D0-D7输出I/O口

sbitRS=P2^0;

sbitRW=P2^1;

sbitEN=P2^2;

sbitBUSY=P0^7;

sbitONE=P1^0;

sbitTWO=P1^1;

sbitDENG=P2^3;

sbitSHENG=P2^4;

sbitWEI=P3^3;

sbitGUANG=P3^2;

sbitk1=P1^2;

sbitk2=P1^3;

sbitk3=P1^4;

sbitk4=P1^5;

sbitk5=P1^6;

sbitk6=P1^7;

voidinit（）;//初始化程序

voidw_com（ucharcommand）;//写入指令

voidw_data（intdat）;//写入数据

voiddisp（）;//显示函数

voidcheck（）;//判断忙碌函数

voiddelay（ucharcount）;//延时1ms函数

voidinit_timer（）;//初始化时钟

voidconv（）;//走时单元

voidset_time（）;//时间设置

voidinter_month（）;//闰月计算

voidwait（void）;

voidw_dat（unsignedchardat）;

voidw_string（unsignedcharaddr_start,unsignedchar*p）;

voidInit_LCD1602（vo