摘要：本文提出的教室節(jié)能控制系統(tǒng)以單片機（AT89S52）為核心，由控制部分、顯示部分、數(shù)據(jù)存儲部分、人體感應部分、日光檢測部分和電燈控制部分組成。該系統(tǒng)大部分功能通過硬件來實現(xiàn)，電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性很高。這套教室節(jié)能控制系統(tǒng)可以方便而準確地檢測進出教室的人數(shù)，根據(jù)人數(shù)的不同而點亮教室里對應的燈數(shù)，可以顯示教室里的人數(shù)等功能，并通過與單片機連接的按鍵可以設定教室里實際電燈的數(shù)目。這套系統(tǒng)還可以跟據(jù)實際日光量的大小來控制教室電燈的亮。

關鍵詞：單片機 燈數(shù)控制 硬件模塊

一、引言

本設計采用軟硬件結(jié)合來實現(xiàn)教室照明燈的節(jié)能控制。假設教室的每盞燈能照到5個座位，當教室內(nèi)進入一個人時，自動控制器自動開啟第一排的第一盞燈，當進入教室的人數(shù)不超過5人時，自動控制器不會開啟第二盞燈。依此類推，直到最后一排。當教室里的人開始減少時，按每減少5個人就自動關一盞燈的原則，依次從后面往前面關燈。

二、方案論證

（一）功能與設計要求

整個系統(tǒng)的各個部分都是基于人體檢測與日光燈控制這個設計條件，所以在整個系統(tǒng)的硬件設計中，人體信號的采集和日光燈控制部分比較重要。

1.日光檢測電路對日光強度進行檢測，把數(shù)據(jù)傳送給單片機。

2.通過反射式紅外紅檢測系統(tǒng)對進、出教室的人進行檢測，把信號傳送給單片機，單片機再根據(jù)信號對教室里的人數(shù)進行統(tǒng)計。

3.利用繼電器實現(xiàn)弱電控制強電的目的。

（二）方案論證

1.顯示模塊的選擇

取用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯示雖然硬件電路比較復雜，利用動態(tài)掃描方法進行顯示，軟件程序復雜，顯示的數(shù)據(jù)只能是數(shù)字，比較單一，但其最主要的特點是成本低。

2.控制芯片的選擇

本設計選用單片機為控制芯片。利用單片機的智能性，可方便的實現(xiàn)具有智能的數(shù)據(jù)采集和處理。本系統(tǒng)采用AT89S52作為主控芯片。

三、教室節(jié)能控制系統(tǒng)的硬件設計

硬件設計是智能控制器的核心內(nèi)容之一，它主要分為三部分內(nèi)容：一是傳感探測部分；二是微控制器部分，三是照明燈控制部分，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。

（一）AT89S52單片機的最小系統(tǒng)

最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復位開關和電源部分。

（二）電源電路

電源電路工作原理：電源電路主要由變壓器、整流橋、電源指示、5V三端穩(wěn)壓組成。變壓器把220V交流工頻電壓九伏的低壓，再經(jīng)過整流橋把低壓交流電壓變成脈動直流電壓，電容C1、C2把脈動直流電的交流成份濾除，再經(jīng)過三端穩(wěn)壓芯片7805穩(wěn)壓，輸出穩(wěn)定的直流電壓，供給其他設備。

（三）主控模塊電路設計

系統(tǒng)的主控電路主要涉及單片機的復位電路、石英振蕩電路和復位電路。

（四）顯示模塊電路設計

本系統(tǒng)取用四位數(shù)碼管動態(tài)掃描的方法進行顯示，七段碼譯碼器74LS47驅(qū)動共陽數(shù)碼管顯示。本設計采用動態(tài)顯示。

（五）反射式紅外檢測電路與日光檢測電路

1.反射式紅外檢測電路

該模塊電路必須安裝于教室的人口處，它能識別人走動的方向而產(chǎn)生兩個通道信號，本設計中一個通道信號可作為進入室內(nèi)的識別信號，另一個通道信號作為出教室的識別信號。由此，通過微控制器可以計算出在教室內(nèi)的總?cè)藬?shù)，從而確定開啟照明燈的數(shù)目。

2.日光檢測電路

當光線充足時，光敏電阻的阻值比較小，電壓比較器LM324的負輸入端的輸入電平為高，比較器輸出低電平，單片機檢測到這個低電平后把教室里的所有的電燈都滅了，同時指示燈亮；當光線比較暗時，光敏電阻的阻值比較大，電壓比較器的輸出端輸出高電平，單片機檢測到這個高電平時再開啟其他模塊的工作。

（六）數(shù)據(jù)口擴展電路與電燈控制電路

1.數(shù)據(jù)口擴展電路

由于一塊單片機的數(shù)據(jù)口有限，而且一間教室里的電燈數(shù)目不定，本教室節(jié)能控制系統(tǒng)采用74LS595八位串口轉(zhuǎn)并口來擴展數(shù)據(jù)口，通過按鍵的設定可以根據(jù)教室里的電燈數(shù)目設定實際要控制的電燈數(shù)。

2.電燈控制電路

電燈控制電路采用繼電器控制教室里的電燈，三極管8050作驅(qū)動，二極管4001是續(xù)流二極管，當繼電器從接通到斷時會產(chǎn)生一個高壓，這個高壓會擊穿三極管，續(xù)流二極管可以起到保護三極管的作用。

四、軟件系統(tǒng)設計

該控制器的軟件是一個適時監(jiān)控、檢測和執(zhí)行開關控制的微型控制軟件，基本要求是直觀、簡便、可操作性。在自然光充足時，系統(tǒng)會關閉熱釋紅外人體探測傳感器、方向型人體感應探測模塊和室內(nèi)所傳感器選型實驗，總體編程調(diào)試等環(huán)節(jié)，最后通過多次測試表明，控制器的各項性能完全達到設計要求。

五、系統(tǒng)調(diào)試

正確合理的調(diào)試方法是成功開發(fā)系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。這里所說的調(diào)試是指在試驗室里，我們要驗證系統(tǒng)設計是否正確和合理。對本系統(tǒng)來說，調(diào)試工作分為：

1.在系統(tǒng)的硬件部分制作出來后，對其進行詳細的檢測調(diào)試，查看制作過程中是否存在錯焊，虛焊等情況，查看單片機是否能夠正常工作，測試硬件部分是否能夠完成其相應的功能。出現(xiàn)問題要予以排除。

2.在設計系統(tǒng)的軟件部分時，要在相應的開發(fā)編譯環(huán)境中，對程序進行不斷調(diào)試編譯，直到程序能夠正常運行。

3.系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。在上面兩步完成后，我們就必須將整個系統(tǒng)的硬件和軟件部分結(jié)合起來，進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，直到系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預期的目標。

通過在線調(diào)試仿真，先把系統(tǒng)的各個模塊調(diào)通，然后不斷增加軟件的容量，將不同功能的軟件子程序不斷加入，然后綜合調(diào)試，直到最后全部功能的實現(xiàn)。

參考文獻

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[2]劉暢生，于建國等.傳感器簡明手冊及應用電路—溫度傳感器分冊（上冊）[M].西安電子科技大學出版社，2006.

[3]劉暢生，于建國等.傳感器簡明手冊及應用電路—溫度傳感器分冊（下冊）[M].西安電子科技大學出版社，2006.

作者簡介

白二凈，出生于1981年06月，女，講師，研究方向：計算機應用技術。

（作者單位：1青島科技大學；2青島黃海學院）