西北民族大學電氣工程學院 馬玉鳳 韋金玲 梁蘭芳

智能教室照明系統(tǒng)

西北民族大學電氣工程學院 馬玉鳳 韋金玲 梁蘭芳

隨著科學技術的發(fā)展，智能化控制已經(jīng)成為時代的潮流。放眼現(xiàn)在，尤其是當前環(huán)境條件每況愈下的形勢下，節(jié)能、環(huán)保越來越得到人們的重視。本文討論的智能教室照明系統(tǒng)正是本著環(huán)保、智能化控制的目的下開發(fā)設計的。本設計由主控單元、LCD顯示模塊、環(huán)境明暗檢測模塊、電源模塊，煙霧報警模塊等模塊組成。通過軟件控制，來分別實現(xiàn)定時開關燈，燈開關時間可調(diào)，根據(jù)環(huán)境明暗狀況自動開關燈，也可手動開關燈，以及煙霧報警等功能。本文討論的智能教室照明系統(tǒng)是在西北民族大學電氣工程學院“雙E”項目資助下進行的。

智能控制；節(jié)能環(huán)保；定時開關燈；時間可調(diào)；煙霧報警

0. 引言

近年來隨著科學技術的發(fā)展，以及人們對良好生活環(huán)境的需求，智能調(diào)控系統(tǒng)逐漸進入人們的視線。在大多數(shù)高校，教室內(nèi)人不在而燈全亮或者是長時間的高能用電，無形中造成巨大的能源浪費以及有害氣體的大量排放。而本文章所介紹的系統(tǒng)正是本著節(jié)能減排，保護環(huán)境的目的，開發(fā)設計的一個智能化控制系統(tǒng)。通過系統(tǒng)控制或者根據(jù)環(huán)境的需要，自動調(diào)節(jié)教室內(nèi)燈的亮暗。其功能既不影響大自然的魅力，也體現(xiàn)了人與自然的和諧相處。

1. 系統(tǒng)總設計

1.1 系統(tǒng)設計目標

（1）智能教室照明系統(tǒng)有時鐘功能，能設定、顯示開關燈時間的功能，并能控制整個系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)情況及時開燈和關燈。

（2）智能教室照明系統(tǒng)應能根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動開燈和關燈。

（3）智能教室照明系統(tǒng)能分別獨立控制每盞燈的開關。

（4）智能教室照明系統(tǒng)能夠?qū)⑹謩雍妥詣酉嘟Y(jié)合，根據(jù)室內(nèi)人數(shù)的多少控制燈的開關。

（5）當教室里發(fā)生火災等煙霧類緊急情況時，智能教室照明系統(tǒng)就能發(fā)出警報，及時向人們傳達危險信號。

1.2 系統(tǒng)各模塊方案設定

（1）主控芯片：采用Atmel 公司的STC89C52作為控制核心。

（2）顯示模塊：采用LCD1602液晶顯示。

（3）煙霧檢測模塊：選用煙霧報警器對室內(nèi)的環(huán)境進行檢測。

（4）光線檢測模塊：使用光敏電阻來實現(xiàn)對環(huán)境明暗狀況的檢測。

（5）驅(qū)動模塊：自制+5V穩(wěn)壓源和300mA恒流源。

2. 系統(tǒng)硬件的設計與實現(xiàn)

2.1 硬件電路設計

本設計設計由主控單元、LCD顯示模塊、環(huán)境明暗檢測模塊、電源模塊，煙霧模塊等模塊組成。采用STC89C52單片機作為主控單元，控制著兩個單元電路。應用獨立式按鍵進行功能選擇，通過LCD1602液晶實時顯示時間和設定的時間。通過光敏電阻檢測環(huán)境明暗程度實現(xiàn)自動開燈和關燈功能，并且還可以根據(jù)教室的人數(shù)來決定是否開燈。當發(fā)生火災等煙霧類緊急情況時，煙霧報警模塊發(fā)出警報，及時向人們傳達危險信號。智能教室照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 智能教室照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.2 顯示模塊設計

顯示模塊的設計采用點陣式液晶顯示器（LCD1602）顯示。LCD1602功能強大，可顯示各種字體的數(shù)字、漢字，還可以自定義顯示內(nèi)容，顯示靈活生動。本設計系統(tǒng)應用LCD1602液晶來顯示實時時間，當進入到設置定時的開始時間和結(jié)束時間的功能模式時，LCD1602液晶顯示設置的定時時間。同時LCD1602液晶還顯示當前的年月日。

2.3 環(huán)境監(jiān)測單元設計

本單元采用光敏電阻檢測環(huán)境明暗變化，當光敏電阻感應到光線變化時，將信號傳給主控單元進行處理，再由主控單元來控制教室燈的亮滅。

光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。

2.4 煙霧報警單元設計

本設計系統(tǒng)的煙霧報警單元設計采用煙霧傳感器和蜂鳴器相結(jié)合構(gòu)成，當發(fā)生火災等煙霧類緊急情況時，煙霧報警單元模塊發(fā)出警報，向人們傳達危險信息，讓人們及時逃離危險現(xiàn)場。

2.5 電源單元設計

電壓源：該電壓源將工頻交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓，向系統(tǒng)提供+5V電源。

恒流源：該電流源將工頻交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、電阻的分流、分壓及三極管的穩(wěn)流、放大，最后向LED燈提供恒定300mA的電流。

3. 軟件系統(tǒng)設計

在單片機控制系統(tǒng)中，大體上可以劃分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩種基本類型。數(shù)據(jù)處理類型包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標度的變換等。而過程控制主要是使單片機按照一定的方法進行計算，然后再輸出，以便于控制生產(chǎn)。為了完成上述的任務，在進行軟件系統(tǒng)設計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊，這就是所謂的“模塊”?！澳K”實質(zhì)上就是所完成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設計方法叫模塊程序設計法。所以我們的設計軟件是由LCD1602液晶顯示屏程序模塊和煙霧報警程序模塊、光敏電阻程序模塊以及時鐘模塊這幾大程序模塊構(gòu)成。

4. 總結(jié)

總結(jié)本文所討論的智能教室實物已經(jīng)制作完畢，在設計以及制作的過程中，我們閱讀大量資料，進行多方面的學習，感覺受益匪淺。智能化控制是社會發(fā)展的一大步，也是人與自然和諧相處的一大步。希望本文所討論的智能教室照明系統(tǒng)在便捷生活、節(jié)約能源、保護自然環(huán)境方面提供一個良好的啟發(fā)。并且本設計系統(tǒng)具有布置簡單、成本低及穩(wěn)定性高等優(yōu)點，還具有極高的實際應用價值與商業(yè)推廣價值，也希望本系統(tǒng)在今后的生活中能夠廣泛應用。

[1]王靜霞.單片機應用技術(C語言版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009,5.

[2]陳梓城.實用電子電路設計與調(diào)試[M].北京:中國電力出版社,2006,6.

[3]趙負圖.傳感器集成電路手冊(第一版)[M].化學工業(yè)出版社,2004.

[4]唐浩強.C程序設計教程[M].ISBN 978-7-302-15157-9:清華大學出版社,2007.

西北民族大學電氣工程學院“雙E”項目資助。

馬玉鳳（1995—），寧夏人，大學本科，現(xiàn)就讀于 西北民族大學電氣工程學院通信工程專業(yè)。