基于AT89C51单片机的照明控制系统设计论文.docx

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基于AT89C51单片机的照明控制系统设计论文

基于AT89C51单片机的照明控制系统设计

摘要

日常生活中电能浪费现象比较严重，就以室内照明为例，由于使用人员不固定以及人员的节能意识的淡薄，白天室内照度很高的情况下，仍然普遍存在开灯作业；即使室内无人或者人数很少的情况下，也是全部开启室内照明。

长明灯比比皆是，人走不熄灯的现象到处存在。

本文通过热释型红外传感技术，利用人体的温度作为检测目标。

当人进入其探测区域内，红外传感器将人体与空间温度的差值传递给信号处理系统，从而实施对控制电路的驱动与否，实现对控制对象的具体控制，最终由单片机对房间内人数和光线的综合实时控制。

根据实际情况自动控制灯的开关，这样就会杜绝严重的浪费现象，并且具有明显的经济价值。

关键字：

单片机，热释红外传感器，光传感器，照明控制，节能

Abstract

Thewasteofelectricityindailylifeisserious,taketheinteriorlightingasanexample,becausetheuseofpersonnelisnotfixed,andtheweakstaffawarenessofenergysaving,duringthedayunderthehighintensityoflight,peoplestillkeepinglightsonwork;althoughsmallnumberofcases,theyturnonallofthelights;Besides,peopledonotturnoffthelightswhentheyleave.

Inthispaper,pyroelectricinfraredsensingtechnologyisused,ittakesthebody'stemperatureasthetesttarget.Whenpeopleenteringthedetectionregion,theinfraredsensorteststhetemperaturedifferencebetweenthebodyandthespace,andpassesthesignaltotheprocessingsystem,toimplementcontrolcircuitornottorealizethecontrolobjectofthespecificcontrol,theendoftheroombythemicrocontroller,andthenumberofreal-timecontroloflight.Automaticcontrolbasedontheactualsituationoflight,thiswilleliminateaseriouswasteandhassignificanteconomicvalue.

Keywords：

singlechipcomputer，pyroelectricinfraredsensor，

lightsensors，illuminationcontrol，energysaving

第一章照明系统总体设计

作为一名即将毕业的学生。

在校期间，对学校的教室以及图书馆的照明设计不太满意。

自我认为有很多可以改进的地方。

试举一下几种不太好的现象：

一是在不需要开灯的情况下，灯长明；

二是人走灯长明，以至于管理员很辛苦的一个教室挨一个教室的去关灯。

因为这些情况都造成了很多不必要的浪费。

这样下来，无形中所浪费的电能是非常惊人的。

据测算，这种现象的耗电占其单位所有耗电的40%左右。

因此，有必要在保证照明质量的前提下，实施照明节能措施。

这不仅可以节约能源，而且会产生明显的经济效益。

当然说经过教导，相信肯定可以减少这些浪费能源的情况发生，但从技术上完全可以解决这个问题。

廉价实用的单片机就是为此而生的。

单片机是在一块芯片上集成了计算机各基本功能部件的计算机系统，包括CPU、ROM、RAM、I/O口、定时器与计数器以及中断系统等等。

单片机在现代生活和工业生产中得到了广泛的应用。

单片机应用所受到的主要限制不是技术问题，而是创造力和技巧上的问题。

针对生活中这种照明中电能浪费的现象设计一套使用单片机控制的智能照明系统。

本设计的主要应用范围也是教室、图书馆和办公室等公共场所。

该系统应用了两种传感器，人体红外传感器和自然光线传感器，对现场的自然照明情况和人员情况，实现实时自动检测与控制的功能，从而实现节能降耗的目的。

具体功能如下：

第一，系统设计人体红外检测电路，有进入探测范围时输出信号。

第二，系统设计自然光检测电路，对照明现场的亮度进行自动检测。

虽在工作时间，但现场的亮度如果能够满足设定要求时，系统同样关闭照明设备。

第三，设计按键电路，设定强制开灯和强制关灯按键。

如有需要人为开灯或灭灯，可按相应键。

比如在教室内，晚上要演示幻灯片，现实条件是室内有人，自然照度不满足工作要求，按照系统的自动控制程序，是不会灭灯的，但我们确实需要灯灭，这时就可以按下强制关灯按键。

设计该系统的理念是：

第一，“以人为本，人使用灯”;第二，“节能环保”。

第一节系统总体框图

在设计最初需要一个整体的思路来确定设计的框架。

首先根据设计任务来确定所需的功能模块；然后按照一定的作用顺序把各个功能模块连接起来。

本系统需要两个传感器来分别检测人体红外信号和自然光强信号，需要按键电路来强制灯的开关，还需要指示电路来指示系统的工作状态，等等。

图1-1照明系统总体框图

如图1-1，为该照明系统总体框图，包括：

系统核心AT89C51单片机，输入为两个传感器电路即人体红外检测电路和自然光检测电路，强制开关的按键电路。

输出是LED指示电路以及继电器执行电路。

最后由继电器电路来控制照明电路的通断，从而实现照明的自动控制。

晶振电路和复位电路是单片机系统工作必不可少的。

晶振电路结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。

复位电路实现单片机各单元值的初始化。

除此之外还需要电源电路把220V交流变成单片机及各功能电路的元件所需的电压。

照明控制系统的应用有很多优点：

不需要常规的翘板开关；不需要人亲自动手去按，可以减少通过皮肤接触导致的细菌传染；不需定期更换开关；即使从美学的角度讲也是有价值的。

这种产品对于公共场所是非常理想的。

第二节系统简单流程图

有了上节设计的系统总体框图，我们就可以进行系统流程图的设计，这里的流程图是方案流程图，是提出来的思路流程图。

我们可以提出好几种方案，来进行比较，评价，最终确定一种比较合理的方案，如下是我提出的三种方案。

一、方案一

如图1-2是第一种控制方案的流程图，该方案是一种满足设计任务的最基本和最简单的方案。

流程经过初始化以后，先判断有无按键按下，如果有则执行相应按键处理程序。

如果没有，继续判断红外检测电路有无探测到有人，无人时，灭灯并返回继续判断有无按键按下。

如果探测到有人，就接着判断当前照度是否满足设定要求。

若照度满足要求，继续返回灭灯程序；若不满足，就给继电器一个动作信号，使其动作，从而开启照明电路。

图1-2流程图一

在设计系统流程时，是先判断光照还是先检测是否有人，我遵循的原则是“以人为本，人使用灯”。

如果没有人，开关灯就无意义，所以应先判断是否有人，而不是先判断光照情况。

本方案是智能照明系统的一种最简单的流程图，表现在什么地方呢，就是它只控制灯的亮与灭，没有调光功能。

后面的方案将体现方案一的这点不足。

二、方案二

图1-3流程图二

如果设计的照明控制系统能够调节照度，那么照明效果和节能效果将会更好。

如图1-3具有两个照明调节等级的方案。

按键判断与有没有人的判断与方案一相同，可见光照度判断与方案一不同，其工作方式为：

设照度X2>X1>0,当环境照度E>X2时，不需要人工照明：

当X1

这样在傍晚，阴天的时候，就可以比方案一节约不少电能。

后面的方案更加明显的体现了调光这一功能。

三、方案三

图1-4流程图三

方案三流程图如图1-4所示。

方案三的特别之处也在于它的可见光检测电路和调光电路。

它能够监测当前照度值E1，与设定值E0作比较，当E1

方案三的可见光检测电路精度要高于前两种方案，因为它的调光需要一个精确的反馈值来设定调光电路的工作。

这种方案对于教室，图书馆等场所，这种需要一个恒定照度的场合是非常合适的，如果希望荧光灯能实现照度调节，需要配合数字整流器。

就目前来看，由于大功率LED灯的蓬勃发展，未来使用单片机，PWM，和LED组成的智能照明系统必将成为主流。

LED灯是指灯具产品采用LED（Light-emittingDiode，发光二极管）做为主要的发光源。

LED灯的结构是一块电致发光的半导体材料，所以LED灯的抗震性能好。

LED灯具有节能、环保的优势，在灯具产业的发展已成为主要趋势。

从而引起照明领域的又一次革命，而照明质量将会有质的飞跃。

以最低的能耗提供最优质的照明。

四、方案比较与确定

对于方案一流程经过初始化以后，先判断有无按键按下，如果有则执行相应按键处理程序。

如果没有，继续判断红外检测电路有无探测到有人，无人时，灭灯并返回继续判断有无按键按下。

如果探测到有人，就接着判断当前照度是否满足设定要求。

若照度满足要求，继续返回灭灯程序；若不满足，就给继电器一个动作信号，使其动作，从而开启照明电路。

方案二按键判断与有没有人的判断与方案一相同，可见光照度判断与方案一不同，其工作方式为：

设照度X2>X1>0,当环境照度E>X2时，不需要人工照明：

当X1

这样在傍晚，阴天的时候，就可以比方案一节约不少电能。

第三种方案它够监测当前照度值E1，与设定值E0作比较，当E1

方案三的可见光检测电路精度要高于前两种方案，因为它的调光需要一个精确的反馈值来设定调光电路的工作。

尽管方案一是最简单，最基本的方案，却也体现了智能照明的基本思路。

方案二实现两种等级的控制，方案三实现一种连续的控制是比较难的。

这次设计我就以第一种方案来设计该照明系统。

第二章硬件设计

第一节主机电路核心器件介绍

一、AT89C51单片机性能介绍

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）和128B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。

功能强大AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

如图2-1为AT89C51外形图。

图2-1AT89C51外形图

AT89C51主要性能