大学生创新重点项目新型全自动节能照明系统自动 单片机控制.docx

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大学生创新重点项目新型全自动节能照明系统自动单片机控制

项目

编号

******大学“大学生创新实验计划”项目

结项报告

项目名称：

新型全自动节能照明系统

项目类别：

重点

项目负责人：

程威

学院年级专业：

07电子信息、

联系电话：

指导教师：

****

指导教师所在单位：

信息工程学院

填表日期：

2010-11-22　

填　表说明

一、此表由项目负责人填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。

空缺项要填“无”。

二、格式要求：

表格中的字体应为小四号宋体，单倍行距；除签字部分外一律用计算机输入打印，需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。

均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。

三、项目结项报告的正文字数一般在5000字左右，直接附在表格后；书写规范为：

☆题目：

黑体，二号，居中

☆中文摘要、关键词：

宋体，五号；字符间距：

标准；行距：

20磅

☆正文：

宋体，小四号；字符间距：

标准；行距：

20磅；页码：

居中；论文涉及到的专题、图表原则上直接列入论文正文，不再另附；

☆参考文献：

全部作者，题名，刊名，年，卷（期），起始页码－结束页码；

四、如填表有不明事宜，请和河南师范大学大学生创新实验中心联系（电话：

3326192；电子邮箱：

dxscx@）咨询。

2．研究工作总结研究工作总结是全面反映本项目研究工作的学术性总结报告。

请按照下列提纲撰写，要求简明扼要，实事求是，字数控制在2000字左右。

如需要，可另加页。

（1）主要研究内容及研究方法

通过所学理论知识在导师的指引下进行实验操作、数据计算分析和电子线路板的合成。

主要涉及方法：

一、制作光电检测控制装置。

二、制作智能计数系统。

三、改进现有照明系统。

四、制作程序控制系统。

五、进行以上几种控制系统的有机结合。

六、对实验方案的预期效果进行前期测试，并作进一步的改进。

七、进行产品的后期制作调试

（2）主要研究成果，主要结论，特别要说明主要的科学发现和创新之处，并列出具体的内容和必要的数据；

该系统通过红外检测系统对类似校园自习教室等公共场合的人数实时监控，实现对电路照明系统的智能控制，使照明系统本着人多多用，人少少用（例如人员进入教室，照明系统自动运行。

对能容纳60人的场所里，当实际室内人数少于20人时只智能开放A区照明系统，当时间人数处于20到40人之间时只智能开放AB区，当达到40以上时，开放ABC三区。

当教室人数少于10人时，将进行语音提示，提醒大家都集中到A区就坐，当所有人离去时，照明系统自动关闭）的原则，达到节能目的；另一方面其特有的智能系统省去了人们进出教室时手动开关灯的麻烦，达到便捷的目的。

现在许多类似大学自习教室一样的公共场合，电能浪费现象较为普遍，许多公共场合硕大的空间里整个照明系统为单独的几个人开放，同时一些同学出教室忘记关灯，长时间的照明系统处于无作为，空损耗的状态，必然导致大量电能的浪费。

因此对于自习教室众多的大学而言，该系统的使用对于节能节电必将起到积极的效用。

现在的比较普遍的节能系统是通过控时或控声的系统来实现对照明系统的节能控制，市场上还少见这种依据室内人数确定供电系统工作状态的装置。

科学发现和创新之处，并列出具体的内容和必要的数据；

图2  100-110V直接驱动线路A

图1是常规的220V原理图，图2是110V经过倍压的原理图。

图3为110V双谐振电容直接驱动原理图，图4是双谐振电容和灯丝交叉的直接驱动原理图。

图1不适宜用在110电路当中，何解？

是因为要维持确定的功率，输出电感L2必须选得很小，要符合上式，谐振电容C6将要选取得很大，而C6不能选取得太大，因为太大了，启动电压将降低。

原因是：

设有一高频电流流过灯丝，C6增大，等效于C6的电阻减小，C6两端的电压便下降，输出电感和灯丝的压降便上升，C6两端的电压下降，等于灯管电压下降，便很容易出现前文所述的高温不能启动问题。

图2中增加了补偿电容C0，可有效的符合谐振公式（式1），令效率提高了很多，启动性能也大为提高，是较为理想的直接驱动电路。

此电路的磁环材料宜选用BS温度曲线较为平坦的2K或2.5K材料。

三极管的集电极电流Ic和放大倍数β宜大些。

此电路也有一个较大的缺点，就是当灯工作了一定时间后，灯管阴极完全老化，灯丝开路，EB电路因C0的接入仍然构成串联谐振正反馈电路，线路仍然工作，线路功率会比正常时大一倍，若此时EB不损坏，灯管两端发红，温度很高，足可以将固定灯管的塑料件溶掉。

电解电容的选取，必须保证灯的电流波峰系数小于1.7，保证这个参数的前提条件是增大电解电容的容量，增大电解电容的容量以后会导致输入电流总谐波的提高，有些国家或地区是对电流总谐波有要求的，例如我国的台湾地区，节能灯的输入电流总谐波不能高于120%，有时为了使两者都符合要求，一般在电源输入端串联一个3-10Ω的大功率线绕电阻,提高阻性负载来降低电流总谐波，此电阻的阻值不宜过大，以免过高的功耗而使其严重发热。

还有，不能选用炭膜电阻，因为炭膜电阻抗电流冲击的能力并不是那么理想的。

三红外计数系统

工作原理：

红外光电反射式计数器电路原理框图如图1所示，其原理图如图2所示。

555构成的多谐振荡器产生约330赫兹的方波信号，驱动红外发射管VD1发射红外线脉冲。

当有手阻挡时，红外线脉冲即被反射回来,由VD2接收并转换为电信号，因出现50赫兹灯光干扰，经高通滤波滤除，再经LM324构成的同相放大器放大，再经LM324构成的电压比较器整形为方波信号，包络检波后由LM324构成的电压比较器整形为幅值较大的信号，得到的方波信号经555构成的单稳态触发器延时整形，再经非门后得到的信号作为触发脉冲接到集成同步十进制计数器74LS160的CP端，计数由CD4511驱动的七段LED数码管显示。

整个电路均使用5V直流稳压电源为各单元电路供电。

主要单元电路分析：

（1）555多谢振荡器：

用555时基电路构成的多谐振荡器电路是一种将模拟电路和数字电路结合在一起的混合集成电路，由于具有宽范围的单电源电压，可输入模拟电平，输出驱动功率较大、定时准确等特点，得到广泛使用。

发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离和发射功率成正比。

为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离和脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增加红外光的发射距离。

提高Ip的方法是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度т，本设计电路采用产生占空比20%，频率越为330HZ的多谐振荡电路，充电回路为经、对C充电，时间常数为C。

放电回路为C经、和放电管V放电，时间常数为C。

0.7C      0.7C则占空比q=  振荡频率因此参数选定如下：

=10  =33  C=0.1。

（2）红外检测电路：

采用脉冲式主动红外线检测电路，由红外发射二极管VD1和红外接收二极管VD2等组成。

VD1在多谐振荡器驱动下发射332HZ的方波脉冲调制的红外线脉冲。

由于在结构上VD1和VD2平行安装，指向相同，因此VD2并不能直接接收到VD1发出的红外线脉冲。

只有当手阻挡时，将VD1发出的红外线脉冲反射回去，VD2才能接收到。

采用方波脉冲调制发射的红外信号，有利于提高检测电路的灵敏度和抗干扰能力，并能够降低发射电路的功耗。

是VD1的限流电阻。

是VD2的负载电阻。

（3）隔直及高通滤波：

接收到的信号可能存在直流干扰，故采用的电解电容进行隔直处理，隔直电容和又构成高滤波电路，为滤除50HZ的干扰波，应大于50，小于332HZ,取2K。

（4）LM324构成的放大整形电路：

LM324采用5V单电源供电，放大电路为同向放大，放大约16.5倍，输出信号送入另一运放的同向端，给反向端提供约0.8V基准电压，进行电压比较，当输入电压大于0.8V时，输出高电平，反之，输出低电平。

因此参数设定如下：

（5）峰值检波电路及整形：

峰值检波电路由二极管VD3和低通滤波串联而成。

整形电路为324构成的电压比较器，其作用是将整形电路输出的方波信号变成触发脉冲。

峰值检波电路的要点是阻容元件的时间常数远小于输入信号的脉宽。

（6）555单稳态触发器：

延时驱动电路采用555时基电路构成的单稳态触发器，输出脉冲的宽度tw等于暂稳态的持续时间tw等于电容电压在充电过程中，从0上升到所需要的时间，，以此延迟消除毛刺。

参数设定如下：

，（7）计数显示电路：

由集成同步十进制74LS160实现计数，CD4511驱动数码管

【组装调试】脉冲驱动红外检测，可以使用单稳态触发器检测、脉冲检波等方案。

组装焊接：

在结构上，VD1和VD2应并列平行安装，按照电路图以此焊接，注意布局美观，最好做到无交叉线，在万能板周边先布地线。

【设计总结】设计过程中常见的问题及解决办法：

1、用包络检波和波形比较之后，产生毛刺太多，导致计数脉冲多次触发，故我们组用了555单稳态触发器，对电路进行延时处理2、红外线反射管工作时引入强烈的50Hz交流电干扰：

用高通滤波电路对50Hz交流信号滤除。

3、多谐振荡器产生的方波的占空比过大：

采用加二极管将555构成多谐振荡器（因为不加二极管的多谐振荡器占空比不小于1/2）。

4、为防止没有物体经过时使黑管接收信号，用挡板将发射和接收管隔离。

四．红外线接收头原理分析

1.8位LED数码管：

可以试验和仿真各种计数器、数字显示、以及用单片机做电子钟等仿真。

比如计数器、秒表、电子钟等等。

2.32路LED：

可以显示32个P口的状态，以及试验和仿真各种LED实验。

比如正反流水灯，交通指示等等。

3.音乐输出小喇叭：

可以完成各种奏乐、报警等发声音类实验。

4.继电器试验：

有了它我们就可以知道怎么来做一个以弱控强的系统；以弱控强器件，工控最常用器件之一，和其他驱动器件相比明显的优点是：

抗过载能力强，强弱端隔离能力强。

5.I2C串行EEPROM　24C02：

这个我想就不用多说了，平凡老师的教程正好和这个配套。

如果你试验仿真的是SST89C54一类的芯片，这个24C02就用不上了，因为SST89C54一类芯片内部已经含有24C02同样功能的单独存储空间。

6.1602液晶屏：

2行每行16个字符。

自带字符库、带背光，经典的液晶显示器件通过液晶屏显示你想要的信息，比发光管、数码管显示更为漂亮，专业化。

7.12864图形液晶接口：

常见的128*64标准液晶模块。

8.红外线接收头，可以做红外线解码实验，红外线遥控器等等。

红外线接收头配合遥控器完成遥控解码及红外遥控实验。

如：

按遥控器的数字键1-8，即可点亮实验板上的第一个发光管至第八个发光管。

当然，你也可以通过改动程序来达到红外遥控其它资源的目的。

9.所有芯片管脚都接有外扩排针，有利于外扩更多的功能，外扩实验的功能没有限制，完全由用户决定。

10.双面红色工艺PCB板，彩色跳线，做工精细，看上去极是漂亮。

11、PC817光电耦合器：

光电耦合器中的经典型号，让初学者可以了解电气隔离系统的控制原理和作用。

12、串行时钟芯片DS1302：

一种比较常见的SPI串行时钟芯片

13、ADC0832：

“模拟信号>>数字信号”转换试验，一个8位串行AD转换试验类型试验。

14、温度传感器DS18B20：

通过这个接口连好18B20后，可以实现对温度的高精确测量，通过多个DS18B20传感器也可以做一个多点的温度采集系统，它属于工业环境中常见的一种高精度温度传感器。

15、串口通讯电路：

单片机和PC电脑完成联机通讯的接口，这个就不需要多说了吧。

其他用于升级和外扩的接口：

板载2个不同类型的仿真、外扩接口以及1个ISP外扩接口，为日后做更多的外扩试验，ISP外扩接口主要是用来烧写已经固化在其他电路板上的具有ISP功能的51和AVR芯片。

16、步进电机：

步进电机驱动电路，配接实验步进电机

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