食堂灯光智能控制系统设计.docx

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食堂灯光智能控制系统设计

食堂灯光智能控制系统设计

摘要

智能照明的出现可以追溯到上世纪80年代。

进入21世纪后，伴随着科技水平的高速提升以及服务的横向串接，智能照明的发展迈入了新的台阶。

其市场涵盖范围不断增大。

你能够在办公楼、酒店、体育馆以及会展中心等公共场所轻易地发现智能照明系统的存在。

传统的灯光照明需要手动控制，而且容易造成能源浪费。

而智能灯光照明具备了定时、监控、管理、远程遥控等功能，其根本意义是对我们居住环境的照明灯具进行智能化控制，为我们创造舒适、可靠、环保的照明环境，丰富我们的生活方式。

相信智能灯光照明在未来的发展将充满希望和机遇，其市场将涉及到与我们生活息息相关的各行各业。

目前中国经济和社会正在高速发展，人们的生活质量得到极大提高的同时，能源的供应也越来越紧张。

为了响应国家“和谐社会”和“可持续发展”的战略指导，绿色环保的低碳生活正成为现代年轻人的追求。

我们的生活离不开灯光照明，灯光照明则需要消耗大量的电力资源，因此如何实现照明节能成为了难题。

为此，我设计了本次食堂灯光智能控制系统。

本设计使用了LED照明技术、时钟处理设计、红外感应、光感技术等众多技术以及STC89C52单片机，从而实现食堂灯光照明智能化。

所设计的光线检测电路能够使系统自动检测识别食堂内光照亮度，而红外线检测电路判断用餐人员的区域。

然后通过“大脑”STC89C52单片机自动控制食堂的灯具开启关闭，调节灯光亮度。

本设计彻底改变了食堂灯光的管理模式，极大地避免了电力能源的浪费和减轻人力管理的负担。

该食堂灯光智能控制系统经过了实物测试过程，能够实现本设计的功能要求，而且可以稳定地运行。

关键词：

STC89C52单片机，食堂照明，智能控制

DesignofIntelligentControlSystemforCanteenLighting

Abstract

Intelligentlightingdatesbacktothe1980s.Intothe21stcentury，withtherapidimprovementoftechologyandtheprogressinservice,intelligentlightingbeginburgeon.Itsmarketcoverageisgrowing.Youcaneasilyfindintelligentlightinginpublicplacesuchasofficebuildings,hotels,stadiumsandexhibitioncenters.Traditionallightingrequiresmanualcontrolandispronetoenergywaste.Intelligentlightinglightinghasthetiming,monitoring,management,remotecontrolandotherfunctions.Itspurposeistocarryontheintelligentcontroltothelightingfixtureofourlivingenvironment,andcreateacomfortable,reliable,environmentallyfriendlylightingenvironmentforus,Whichcanenrichourwayoflife.Itisbelivedthatthefuturedevelopmentofintelligentlightingwillbefullofhopeandopportunities,anditsmarketwillinvolveallwalksoflifecloselyrelatedtoourlives.

AtpresentChina'seconomyandsocietyaredevelopingatahighspeed,ourqualityoflifehasbeengreatlyimproved,andenergysuppliesarealsogettingtighter.Undertheguidanceofnationalstrategyofharmonioussocietyandsustainabledevelopment,greenlow-caebonlifeisbecomingthepursuitofcontemporaryyouth.Wecan'tlivewithoutlighting.Lightingconsumesalotofpower,sohowtoachieveenergysavinglightinghasbecomeaproblem.Inordertosolvetheseproblem,Idesignedthecanteenlightingintelligentcontrolsystemexactly.

ThedesignusesLEDlightingtechnology,infraredinduction,lightsensingtechnology,clockprocessingandothertechnologiestorealizethecanteenlightingintelligent.Thedesignedlightdetectioncircuitcandetectandidentifythelightbrightnessinthecanteen,whiletheinfrareddetectioncircuitcanjudgetheareaofthediners。

Thenitthroughthe"brain"STC89C52MCUautomaticallycontrolthecanteenlightsonandoff,adjustthebrightnessofthelights.Thisdesignhascompletelychangedthemanagementmodeofcanteenlighting,greatlyavoidingthewasteofelectricenergyandreducingtheburdenofmanpowermanagement.Thelightingintelligentcontrolsystemofthecanteenhaspassedthephysicaltestprocess,andcanrealizethefunctionalrequirementsofthedesign,andcanrunstably.

Keywords:

STC89C52singlechipmicrocomputer，canteenlighting，Intelligentcontrol

第一章绪论1

1.1背景介绍及意义1

1.2国内外发展现状1

1.3智能照明的未来2

1.4论文章节安排3

第二章总体方案与关键技术4

2.1本设计的意义4

2.2本设计关键技术4

第三章软硬件设计环境5

3.1本设计主要问题5

3.2单片机的选择5

3.3时钟芯片的选择9

第四章硬件电路设计过程11

4.1系统定时功能11

4.2光线检测功能12

4.3人体检测功能13

4.4系统显示功能14

4.5系统电路原理图15

第五章程序设计16

5.1软件设计环境介绍16

5.2主程序流程16

5.3显示程序流程18

第六章实物测试19

第七章总结与展望20

参考文献21

谢辞22

附录23

第一章绪论

1.1背景介绍及意义

我们的生活不能没有照明。

在上世纪80年代，灯光智能照明便开始兴起。

随着计算机技术、信息处理技术以及自动控制技术的出现，灯光智能照明的发展也走上了新的台阶。

在当前，智能照明行业正在蓬勃发展，吸引了众多投资商的眼光。

越来越多创意十足的智能照明产品脱颖而出，点缀了我们繁忙的生活。

特别是近几年智能手机的兴起，许多智能照明设备都可以通过智能手机远程控制，使我们生活越来越方便快捷。

灯光照明智能控制系统中最大的优势是节能。

在平时的生活中，传统的灯光照明工作需要人为操作，通常是在白天关闭和晚上开启。

而灯光智能照明控制系统则能通过软件设计，能够定时开启关闭，并根据人流情况，智能地控制灯具开启关闭。

另外，照明智能控制系统可以检测室内光线强度并自动调节灯具亮度，避免了不必要的能源浪费。

本次设计的食堂灯光智能控制系统还能切换不同的照明操作模式，使灯光照明管理更加人性化。

同时灯具在环境不需要照明的时间自动关闭，能够大大地增加了灯的使用寿命。

目前年轻的工作者夜晚加班的现象越来越普遍。

在良好的灯光照明环境下工作，能够极大地提高年轻人的工作效率，同时能够保护年轻人的视力。

而灯光照明智能控制系统能够为年轻人提供合适的高性能光源，为我们打造合适的工作环境。

因为一般灯光智能照明控制系统能够自动检测和识别环境的光线强度，然后根据环境光线强度的强弱自动地调节灯光亮度，达到了使我们生活智能化的目的。

另外，我们也能手动调节灯光亮度，选择调节自己需要的灯光亮度。

从互联网得到的信息可知，灯光照明智能控制系统在普通办公楼中，节能效果超过40％，而在普通购物中心，酒店，地铁站等的节能效果则在25％到30％之间。

由此可见，灯光照明智能控制系统能够为公司和企业节省大量的电力成本，其节能的效果非常显著。

如果公司和企业普遍使用灯光照明智能控制系统进行照明，能够极大地减轻城市的能源负担，积极贯彻响应国家“可持续发展”的战略方针指导。

1.2国内外发展现状

进入21世纪，LED灯得到了越来越广泛的使用，普遍使用在各种灯光智能装置中。

与其他灯具（比如等）相比较，LED灯具备了能耗更加低，其使用寿命更加长的优势。

因此广泛使用LED能达到绿色环保和减少污染的目的。

而且LED灯安全性能更好，出现问题时也能安全快捷地维修更换。

使用LED灯取代传统的白炽灯和荧光灯正成为社会的趋势。

在中国的总发电量比例中，灯光照明所需要消耗的电力占了超过10％。

可见灯光照明的节能对国家和人民来说是非常重要的。

而传统的灯光照明装置大多需要手动控制开关，在使用上容易造成麻烦和不便。

在平时生活，忙于工作和生活的我们经常忘记在自然灯光充足下及时关闭灯具，造成电力的浪费，增加了生活成本。

此外，不必要的使用也会快速缩短灯泡的寿命。

智能照明最先在欧美发展起来。

因此在技术上欧美产商更加成熟。

国外比较出名的智能照明公司有邦奇电子公司、霍尼韦尔公司、飞利浦公司、GE公司等，都是智能照明行业的领头羊。

而我国的智能照明行业发展相对比较晚，但其市场却呈现强大的生命力。

根据网上资料显示，去年我国智能照明市场规模达到了231亿元。

专家预测，伴随着5G技术的普及，智能照明产业将会出现爆炸式增长。

到2025年，国内智能照明市场规模可能达到千亿元以上。

如此巨大的蛋糕吸引了国内众多产商的注意。

去年在40人智能照明论坛上，国内多个互联网巨头就中国智能照明的发展进行了深度的讨论。

其中，阿里巴巴强调了各公司的交流合作在未来智能照明发展的作用，并宣布将为发展智能照明行业投入更多的资金。

另一家互联网巨头小米则选择与宜家公司联手合作，达成智能照明的全球布局。

届时我们能够使用小米手机的小爱语音系统对照明灯光实现语音控制。

除此以外，国内还有许多中小型企业进军智能照明行业，为我国智能照明行业发展做出贡献。

另外智能照明在我们学校有了极大的推广。

由于国民经济的快速发展和社会的发展，整个社会越来越关注健康状况，随着教育人数的增加，校园的健康状况不断引起人们的关注，校园餐厅的数量也大大增加了。

在此能力范围内，学校已尽力确保老师和学生拥有舒适健康的就餐环境，而无论餐厅的大小，设施和照明如何。

但是在一般情况，管理人员常常因为忙于工作而疏忽食堂的灯光开启关闭，导致在食堂内自然光线充足的情况，灯具仍然打开着，造成不必要的浪费。

而到了晚上，许多学生在来到餐厅吃饭，但是所有的室内灯光照明经常忘了及时开启，导致食堂内部照明不足，容易发生意外。

在大学校园的建设热潮中，智能照明的重要性越来越大。

与商业园区相比，大学园区具有更少的电源和冷却设备以及更多的照明设备，因此控制好学校照明是节能的关键。

而且可以很好地控制学校的能源消耗，节省了大量的资金成本。

同时，其系统极大地减轻了学校管理人员负担，使学校的管理将更加方便轻松。

未来在国家继续大力推广绿色环保的低碳生活情况下，可以预测灯光照明智能控制系统将逐步走进我们的校园，将会越来越受到学生的青睐和喜爱。

由此可知，目前智能照明行业具备了广阔的发展前景。

1.3智能照明的未来

智能照明拥有巨大的发展潜力。

智能照明厂商为了能够吸引更多消费者的注意，往往打破传统思想的束缚，勇于推出各种各样的创意商品。

随着人工智能的兴起，越来越多的新技术同颖而出，包括深度学习功能、语音识别功能、手势控制功能等。

厂商把这些新技术和智能照明深度结合起来，打造功能更丰富的智能照明产品，使智能照明越来越智能。

而消费者的购买热情，是推动智能照明行业不断发展的动力。

对照明厂商和企业来说，尽管智能照明发展潜力无限，但也意味着激烈的竞争。

越来越多的新鲜血液注入市场，虽然极大地促进了智能照明的发展，但也会容易造成市场拥挤饱和。

许多中小企业可能会因为生存空间受到挤压而倒闭。

因此，只有掌握了新科技以及与保持时俱进的态度，我们才能长久地立足于市场中。

希望未来智能照明市场能够百花齐放，欣欣向荣。

1.4论文章节安排

本设计论文主要介绍了我设计食堂灯光照明智能控制系统的过程。

本论文主体正文分为七个主要章节。

通过这些章节，能够清晰地了解本系统的制作以及如何一步步实现感应控制、定时控制、人体活动区域检测、自动调节亮度等功能。

第一章主要介绍了当前智能灯光照明的背景，能够亲切地感受到智能灯光照明给我们生活带来的积极影响。

并且通过对国内外的发展状况的深入研究，我们能对智能照明的未来发展有了清晰地认识，期望今后能优化我们丰富的生活。

第二章阐述了本设计的总体设计思路以及技术要求。

本设计通过运用了LED照明技术、时钟处理设计、红外感应、光感技术等技术，以达到功能要求。

并了解本设计的意义及优势。

第三章是软硬件设计环境的描述。

主要讨论并分析了本设计需要解决的问题，以及重要部件（单片机芯片、时钟芯片）的选择。

第四章详细地介绍了硬件电路设计过程。

本设计需要实现定时功能、光线检测功能、人体检测功能、显示功能等。

第五章分析了系统软件程序的设计过程。

着重说明了主程序以及显示程序的设计流程。

第六章主要介绍了对该系统的实物测试。

测试其是否能够实现所设计的功能。

第七章主要是对这次论文的总结。

并表达了对未来智能灯光照明的期望。

第二章总体方案与关键技术

本设计称为食堂灯光智能控制系统，顾名思义是以食堂作为平台，针对食堂的照明情况，为用餐人员提供舒适的照明环境而开发的系统。

它起到了包括控制、照明、管理和服务等作用。

该设计的智能化呈现于对食堂灯具的有效控制。

其优势主要体现在节能环保上。

2.1本设计的意义

众所周知，食堂环境相对来说比较阴暗潮湿。

在非用餐时间，食堂内部只有工作人员。

而到了用餐时间，食堂往往挤满了用餐人员。

而每个用餐人员进餐的时间不同，所坐的位置区域也不同。

若然采用传统的照明灯光，需要人工控制灯光的开启关闭，必然会造成大量电源的浪费，同时给食堂管理人员带来极大的压力负担。

而设计的食堂灯光智能控制系统能有效解决能源和人力资源的浪费，达到节能的目的。

早上，阳光明媚，食堂内自然光线充足，只有寥寥几个工作人员在打扫卫生。

还没到设定的用餐时间，食堂的灯具全部处于关闭状态。

中午或者晚上，系统根据环境光线强度调整食堂灯光到合适的亮度。

同时在没有用餐人员的区域自动关闭灯具。

食堂灯光智能控制系统打破了我们传统的灯光控制模式，让我们能够轻松管理食堂的照明环境，为我们提供舒适悠闲的生活。

2.2本设计关键技术

本文食堂灯光智能控制系统是一个可以在食堂中使用的实现亮度自动调节、检测用餐人员位置的系统。

在掌握STC89S51单片机结构性能的基础上，系统以STC89S51单片机为控制核心，通过光线感应、人体红外感应及时并准确地采集到食堂环境中光线强度、人体位置等信息。

然后通过控制芯片输出LED,自动调节灯光亮度，达到节能的目的。

首先，单片机系统和控制电路的设计是非常重要的。

因为单片机是控制核心，这部分设计关乎着整个系统能否智能化运行。

在硬件电路设计方面，除了单片机系统和控制电路的设计外，该系统还需要设计光敏电路检测光线亮度，以及设计红外传感器电路识别用餐人员。

系统检测环境中的信息必须是真实无误的，这样才能使灯具正确开启关闭。

另外，该系统需要符合经济效益，成本不能过高，这样才有广阔的市场。

因此所采用的器件要求经济实惠。

第三章软硬件设计环境

3.1本设计主要问题

本次设计的食堂灯光智能控制系统所要实现的功能包括：

系统感应控制；灯光定时点亮关闭；跟随人群的活动位置随动点亮；根据室外光源亮度自动调节室内灯光；并预设不同的场景灯光，比如：

就餐场景、活动场景、清扫场景；手动、自动等功能。

因此本设计需要解决的问题有以下几个。

第一、食堂灯光能够定时点亮关闭。

根据要求，食堂灯光不能在任意时间都能开启。

在用餐时间，灯光能够选择开启。

在非用餐时间，灯光必须是关闭的状态。

因此必须要为系该统进行定时设计。

其单片机自带计时器。

但是通过取用更加专业的时钟芯片设计，系统的定时功能能够更强大，所设置的时间更加精确。

因此，可以选择相应的时钟芯片为其设计定时功能。

第二、食堂灯光跟随人群的活动位置随动点亮。

食堂空间非常大，用餐人员活动的位置参差错落，如果开启全部灯光必定会造成不必要的浪费。

因此需要根据用餐人员位置开启关闭灯光。

这就需要该系统能够检测出人体的存在和活动情况。

目前，市场上比较流行的检测人体活动的方式是采用红外线光技术。

根据资料显示，该检测技术不会对人体造成损伤，比如辐射损害等。

通过为该系统设计红外线检测装置，从而使其具备识别人体流动区域的能力。

当然，该设计也有不可避免地缺陷。

其他的热源容易被系统检测，从而影响系统的准确性。

第三、根据室外光源亮度自动调节室内灯光。

首先系统需要能够检测到室外光线亮度，因此需要为系统设计光线检测电路。

使用特殊的对光线强度敏感的器件，比如光敏电阻等。

当光线检测电路识别室外光线强度时，把相关信息和命令传达给单片机。

然后根据所设计的程序控制灯光开启关闭。

第四、系统能够预设不同的场景灯光。

本设计具有手动和自动两种模式场景。

在手动模式下，我们能够人为地调节改变灯光亮度。

在自动模式下，系统将根据环境的变化自动调节灯光亮度。

根据上面所得出的问题，开始进行设计。

能够完成设计的方案种类繁多，而合适的设计方案能够使我们的设计更加快捷经济。

所以在设计开始前，正确合适的设计方案需要我们精心考虑，做出正确的选择才能达到事半功倍的效果

3.2单片机芯片的选择

选择合适的单片机是本次设计的关键。

因为单片机是整个食堂灯光智能控制系统的大脑，负责处理信息和输出控制指令，关系到整个系统的设计。

在这次设计中，目前我能够选择的方案主要有以下两个。

第一种方案是选择MCS-51单片机。

其中，STC89C52是MSC-51微控制器中使用最广泛的模型，现在介绍其参数作为代表。

正所谓麻雀虽小，五脏俱全。

STC89C52单片机体积一般不大，如果你因此而小看它，那就大错特错了。

它的结构并不简单，有着许多功能部件，能够实现的功能繁多。

与传统的芯片一样，它同样采用了微处理器和外围芯片的构造设计。

微处理器是其核心部件，相当于人类的大脑，是整个控制系统的关键。

STC89C52具有8位微处理器，并且由两部分组成：

算术单元和仅添加面向控制的处理功能的控制器。

而比较不同的是，STC89C52单片机通过使用特殊功能寄存器的集中控制方法对其各种功能组件进行有效的控制。

第二种方案是选择AVR单片机。

目前市场流行的另一种单片机为AVR单片机。

选择该AVR单片机同样能够完成本次设计并实现功能要求。

与较老和更成熟的51系列微控制器相比，AVR系列微控制器提供了更多的片上资源和更强大的接口，并且由于其低廉的价格和其他优势，它们可以在许多情况下替代51系列微控制器。

相对而言，AVR单片机的结构并不复杂。

由于使用了高性能的MCU，因此存储了许多外围设备，例如外部扩展RAM、ROM存储器等。

这样的设计使得AVR单片具有一个重要特点——优异的稳定可靠性。

根据专业人士的测试与试验，它在系统的时钟完全一样的情况下执行指令所需要的时间是最短的。

意味着它能够使系统反应更加灵敏，除此之外，它还有其他特点，比如闪存、EEPROM和SRAM容量很大、所有闪存和EEPROM型号均可进行迭代编程，并支持所有在线编程和编程（ISP）、丰富的中断源等。

项目分析：

以上两种方案均能适合本系统设计。

综合上面对两种单片机结构和功能的认识和了解，最终选择了方案一。

首先以前我们在校主要学习的是MCS-51单片机系列的相关内容，对MCS-51单片机的功能和设计相对比较熟悉，这能够有利于我的设计更加方便快捷地完成。

然后MCS-51单片机的数据量相比其他系列单片机更多，MCS-51单片机已经能够满足本次设计的要求。

因此我选择了STC89C52单片机作为本次设计的系统核心。

一样的MCS-51内核，它在功能上却比其他传统的51单片机更加丰富。

在该系统中，它能够稳定地运行，并按照设计要求实现各种功能。

1.STC89C52单片的概述

STC89C52单片机是STC公司生产的低功耗，高性能CMOS8位微控制器。

尽管同样是MCS-51内核，但是STC89C52单片机在传统51单片机的基础上进行了加强和改进。

因此相比传统8051单片机，STC89C52单片机具备了更多的功能，其指令执行速度更快。

而且该单片机命令代码完全兼容传统的8051单片机。

在许多智能控制设计中，我们都能灵活高效地使用STC89C52单片机进行设计。

STC89C52单片机的主要结构如下：

●核心部分的微处理器是一个8位的高性能的中央处理器（CPU），其作用是读入并分析每条指令，根据各指令的功能，控制单片机各功能部件执行指定的操作。

●片上集成512节数据存储器（RAM）。

数据存储器只能用来存放暂时性的输入/输出数据、运算的中间结果或者用作推栈。

●8K字节的闪速存储器，也就是程序存储器（ROM），用来存放固定的程序或数据。

●4个外部中断，能够解决快速的CPU和慢速的外部设备之间的数据传送问题。

下降沿中断或低电平触发电路，可以通过外部中断低电平触发中断方法唤醒掉电模式。

●3个16位定时器/计时器，也就是T0、T1、T3。

●通用异步串行口，能够用定时软件实现多个UART。

●32个通用I/O端口，复位后为：

P1/P2/P3是准双向口上拉，P0口是漏极开路输出作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需要拉上电阻。

●5V单片机的工作电压在5.5V至3.3V之间，3V单片机在3,8V至2V之间。

●其工