翟晨軒+石建勝+丁鵬舉

摘 要： 針對當前各大高校教室電燈使用情況的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)經(jīng)常呈現(xiàn)出“人走燈亮”的情況，對資源造成了極大的浪費。于是我們設(shè)計了以AT89C52單片機為控制器的智能教室照明節(jié)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用紅外傳感器檢測人體的存在信號和利用光敏電阻以及數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片來檢測教室內(nèi)光照強度，并把檢測到的人體存在信號和光照強度信號傳遞給系統(tǒng)進行判斷，從而控制整個教室照明回路，繼而實現(xiàn)對資源的的有效利用。

關(guān)鍵詞： 照明；智能控制；單片機

基金項目：由西北民族大學電氣工程學院“雙E”項目資助

0.引言

隨著我國教育事業(yè)的發(fā)展和不斷壯大，但人們?nèi)狈χ悄芑?jié)能控制系統(tǒng)的認識和理解，導致了當前學校教室的用電浪費現(xiàn)象日益嚴重。尤其是隨著建設(shè)節(jié)約型社會的觀念逐漸深入人心，減少教室照明用電的浪費已經(jīng)刻不容緩，一間教室的用電浪費可能顯得微不足道，但是日積月累而且全國教室眾多，所造成的資源浪費已經(jīng)不容小覷。因此，本系統(tǒng)用單片機以及紅外傳感器可達到對教室照明系統(tǒng)的改進，從而達到我們節(jié)約用電的初衷。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計

該教室智能照明節(jié)能系統(tǒng)是以AT89C52單片機最小系統(tǒng)板作為其核心的控制模塊，在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上了其他外設(shè)功能電路，其外設(shè)功能電路模塊主要含有以下模塊：DS1320時鐘模塊、LM3392運放模塊、LCD1602液晶顯示模塊、紅外接收和紅外發(fā)射模塊、環(huán)境光信號采集和按鍵模塊，其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計框圖如圖1-1所示：

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 單片機控制核心模塊

本控制系統(tǒng)選用 AT89C52為主控處理器。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（ADC0832）首先需要進行系統(tǒng)初始化，然后對光敏電阻所采集到的光照強度的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳遞給單片機系統(tǒng)同時和系統(tǒng)預設(shè)值進行判斷。再通過紅外接收和紅外發(fā)射模塊所組成的檢測電路加上信號處理電路從而來達到檢測否有人進出的目的，并將處理后的數(shù)字信號傳送至單片機，單片機存儲該信息并進行判斷。當光敏電阻所采集的數(shù)據(jù)達到預定值和紅外模塊檢測到人進入教室兩個條件同時滿足時，單片機控制開關(guān)打開教室照明燈。

2.2 時鐘模塊和液晶顯示模塊

按照智能照明節(jié)能系統(tǒng)的控制要求，在該系統(tǒng)中加入時鐘模塊以適應學校的現(xiàn)實需求。當教室內(nèi)無人或光照強度大于系統(tǒng)預設(shè)值時，教室智能照明系統(tǒng)關(guān)閉，由此達到節(jié)約能源的目的。所以本系統(tǒng)加入時鐘模塊來控制系統(tǒng)運行。而此教室智能照明節(jié)能系統(tǒng)選用的是DS1302時鐘芯片。為了實現(xiàn)較好的人機交互界面，在本系統(tǒng)中采用1602液晶顯示屏。其時鐘電路圖以及液晶顯示電路設(shè)計如圖2-2所示：

通過時鐘芯片輸入引腳與單片機輸出引腳相連，程序讀取DS1302芯片輸出的同時在通過顯示電路進行顯示，R1、R2、R3、具有提高抗干擾能力的作用，12MHZ晶振為單片機提供振蕩信號。

2.3 教室光照強度檢測模塊

光照強度檢測模塊主要對教室內(nèi)光照強度進行實時準確的檢測，由 LM393 和一個光敏電阻組成，通過設(shè)計電壓比較器來檢測教學樓內(nèi)實時光照強度。

LED7和LED6為紅外接收管，LED9和LED9為紅外發(fā)射管，R21和R22限流保護發(fā)射管，R12和R13是接收端的上拉電阻，為了能夠得到高電平。紅外傳感器檢測是否遇到障礙物，如果有東西遮擋時，比較器輸出低電平，LED指示燈亮；如果沒有東西遮擋，LED指示燈滅。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

智能照明控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程如圖3-1所示。單片機最小系統(tǒng)加上電源過后，首先對其進行初始化，然后調(diào)用光電檢測程序，檢測是否有人進入室內(nèi)。在光照強度小于120時，教室內(nèi)人數(shù)小于10人時亮一盞燈，10-20人時亮兩盞燈，20-30人亮三盞燈，大于30人則四盞燈全亮。如果光照檢測到的強度大于120的話，無論室內(nèi)有多少人，均不開燈。

（1）光照檢測子程序設(shè)計

首先對模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進行初始化，光敏電路轉(zhuǎn)化光照強度為相應的電壓值。采集光敏電路模塊所檢測到的數(shù)據(jù)，然后將所采集到的模擬信號數(shù)字化轉(zhuǎn)換之后，將數(shù)字電壓值送到單片機控制系統(tǒng)。

（2）LCD顯示子程序設(shè)計

進入LCD顯示子程序之后，首先進行LCD的初始化，然后檢測LCD液晶的忙信號，如果不忙就接收來自單片機送來的光照強度和統(tǒng)計室內(nèi)人數(shù)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機對數(shù)值進行處理在LCD液晶模塊上把顯示信息。

（3）光電發(fā)射接收子程序

單片機進行初始化操作之后，光電開關(guān)開始工作，單片機通過檢測光電開關(guān)相連的單片機管腳電平的高低來判斷是否有人手或者物體遮擋住了光電發(fā)射與接收電路， 如果出現(xiàn)有物體處于光電開關(guān)之間的話，則光電開關(guān)相連的單片機管腳輸出低電平，否則輸出高電平。

4.結(jié)束語

隨著當前各高校教室用電浪費日益加劇，實現(xiàn)對教室照明智能化控制刻不容緩，也與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相契合，因此本設(shè)計具有廣闊的應用前景。本設(shè)計基于單片機控制系統(tǒng)可實時控制教室燈具打開的數(shù)量，可以有效地減少電能的浪費，減少發(fā)電排污，保護環(huán)境，提高資源利用率。

參考文獻

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