教室自動照明控制系統(tǒng)設(shè)計方案

教室自動照明控制系統(tǒng)設(shè)計 方案 1 緒論 題背景及目的 目前，國內(nèi)外對照明系統(tǒng)燈光的自動控制已經(jīng)開始采用，但是我國教室燈光的智能控制并沒有普及。雖然小部分發(fā)達(dá)地區(qū)開始沿用新的控制技術(shù)，但是，多數(shù)地方依然是傳統(tǒng)式的人工管理，或者照明控制智能化程度不高。隨著各類大、中專院校的擴(kuò)招，教室的擴(kuò)建，教室照明的需求也越來越多，教室用電管理不善，造成學(xué)校電能巨大浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)損失，這種的浪費(fèi)與當(dāng)今節(jié)約能源的理念相違背。再者，隨著現(xiàn)代自動化程度不斷提高，計算機(jī)技術(shù)的普及，照明燈光的管理也在朝著自動化、智能化方向發(fā)展。但是，過于精細(xì)的控制設(shè)備在教室的使用顯得成本高，維護(hù)難，于是，本設(shè) 計的目的是開發(fā)簡便、實用的教室燈光自動控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)最基本的功能，比如人員檢測以及室內(nèi)光照強(qiáng)度的檢測與調(diào)節(jié)，最大限度的實現(xiàn)電能的節(jié)約以及管理的便捷化。 內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢 內(nèi)外學(xué)校教室照明的現(xiàn)狀 照明行業(yè)是 20 世紀(jì) 80 年代首先由美國興起并得以迅速發(fā)展的， 90 年代后期，由于現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代信息處理技術(shù)在世界范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用，進(jìn)入了信息時代并對各行各業(yè)都帶來了巨大的影響，照明行業(yè)也隨之發(fā)生了巨大的革新，提出了照明自動化的要求 1。 目前，社會對高等教育的關(guān)注 度越來越高，學(xué)校規(guī)模日益擴(kuò)大，教室的數(shù)量也隨著大幅度增加，為使師生有舒適的教學(xué)和學(xué)習(xí)的環(huán)境，校方在力所能及的范 圍內(nèi)，相應(yīng)增加了教室的面積，然后，隨著教室數(shù)量的增加，照明設(shè)備的需求量也越來越大，但由于大學(xué)管理模式的開放型，師生節(jié)能意識的薄弱性，學(xué)校教室在白天周圍環(huán)境光線強(qiáng)度足夠的情況下，仍然普遍存在開燈上課或自習(xí)；即使室內(nèi)無人或人數(shù)較少的情況下，也全部開啟照明燈，晚上許多教室即使僅有幾個學(xué)生在教室自習(xí)，但室內(nèi)照明燈也全部開啟，很少有師生因為只有少數(shù)人而僅開幾盞燈，長明燈比比皆是，人走燈不熄的現(xiàn)象普遍存在。這種 有形和無形的浪費(fèi)，給學(xué)校的電力支出帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。雖然在部分大中城市中的部分院校已經(jīng)有了比較實用的智能照明系統(tǒng) ,但是 ,在許多中小城市中，教室智能照明系統(tǒng)并沒有得到廣泛的應(yīng)用，所造成的電能浪費(fèi)依然是相當(dāng)巨大的。 目前市場上使用較多的是一種利用門與光雙重控制的自動照明開關(guān)，以往光控開關(guān)只能觸發(fā)一次，一旦延時電路開始工作，控制開關(guān)就不再起作用，這樣當(dāng)延時時間定的不合適或者使用時間發(fā)生改變時，就得等到延時電路工作結(jié)束后，才能重新開始定時，因而會出現(xiàn)中途斷電。這些問題在目前的技術(shù)中已經(jīng)得到基本解決，這種新型的自動照 明開關(guān)增加了脈沖檢測器能在延時期間多次觸發(fā)，使其從零開始計時，這樣計時開始設(shè)定的時間不準(zhǔn)或需要變更設(shè)定時間時，都可在不中斷運(yùn)行的情況下自動進(jìn)行調(diào)整，節(jié)能效果更加明顯 2，在一定程度上解決了以往教室照明系統(tǒng)的一些不良現(xiàn)象。 根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)校教室照明強(qiáng)度白天不得低于 350上不得低于 150時，從保護(hù)視力的角度出發(fā)，在低于 150高于 600度下長時看書，有損于眼睛的健康 3，而我國大部分高校的教室照度都高于標(biāo)準(zhǔn)，加之人對照明設(shè)備的不規(guī)范使用，造成了不必要的支出和能源浪 費(fèi)，從節(jié)約資源、節(jié)省高校經(jīng)費(fèi)支出、教學(xué)樓管理的便捷化等多種方面考慮，使用簡便、高效的自動照明系統(tǒng)成為校園節(jié)能的重要且主要的措施之一，也是將來教室照明系統(tǒng)應(yīng)用的趨勢。 動照明系統(tǒng)發(fā)展趨勢 隨著高等院校的擴(kuò)招，教室的需求量激增，教室管理人員需要實時監(jiān)控照明設(shè)備的正常工作，傳統(tǒng)技術(shù)無法達(dá)到這種要求，難以適應(yīng)最新技術(shù)發(fā)展的需要，在自動照明系統(tǒng)中，不僅要求照明設(shè)計的參數(shù)應(yīng)當(dāng)達(dá)標(biāo)，還要達(dá)到教室中明亮、舒適的要求以方便師生更好地教學(xué)、自習(xí)。基于傳統(tǒng)照明工作效率低、照明管理 困難、耗能巨大的特點，以及目前市場上自 動照明所能實現(xiàn)的基本控制功能，在將來，自動照明系統(tǒng)必將成為全面實現(xiàn)校園節(jié)電的一個重大舉措，雖然目前自動照明系統(tǒng)在全國消費(fèi)市場中還沒有形成一定的規(guī)模性，但大部分智能照明廠家還在極力引導(dǎo)消費(fèi)者，在渠道的建設(shè)上也一直在探索著適合這個行業(yè)的模式，接近現(xiàn)實需求的產(chǎn)品在不斷增加，產(chǎn)品的功能定位和穩(wěn)定性均已取得長足的進(jìn)展。未來普及的自動照明系統(tǒng)所能具有的獨特功能： 1)全自動聲控系統(tǒng)。自動照明系統(tǒng)中，不僅僅具有自動調(diào)光的功能，還可以在需要的時候利用聲音控制燈具的開閉，用不同的指令控制不同的場景狀態(tài)，做到全自動功能。 2)全自 動調(diào)光。智能照明控制系統(tǒng)可采用全自動狀態(tài)工作。系統(tǒng)有若干個基本狀態(tài)，這些狀態(tài)會按預(yù)先設(shè)定的時間相互自動切換，并將照度自動調(diào)整到最適宜的水平。 3）光環(huán)境場景智能轉(zhuǎn)換。智能照明控制系統(tǒng)可預(yù)先設(shè)置不同的場景模塊，需要時只要在相應(yīng)的控制面板上進(jìn)行操作即可調(diào)入所需的場景。用戶還可以通過可編程控制面板對場景進(jìn)行實時調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同要求。 4）運(yùn)行中節(jié)能。智能照明控制系統(tǒng)能對大多數(shù)燈具進(jìn)行智能調(diào)光，給需要的地方、在需要的時間以充分的照明。及時關(guān)掉不需要的燈具，充分利用自然光，其運(yùn)行節(jié)能效果充分。 6）延長光源壽命。智能照明控制 系統(tǒng)采用軟啟動的方式，能控制電網(wǎng)沖擊電壓和浪涌電壓，使燈絲免受熱沖擊，從而使光源壽命延長 24 倍，對于大量使用光源和安裝困難的區(qū)域更具有特殊的意義。總之，智能化與照明技術(shù)的結(jié)合，構(gòu)筑了充分的技術(shù)平臺，將節(jié)能、低耗、長壽命、運(yùn)行節(jié)約、以人為本等綠色和可持續(xù)照明的理念充分演繹 4。 究內(nèi)容及論文構(gòu)成 本文介紹了將自動照明控制技術(shù)運(yùn)用到高校教室的一個設(shè)計 ,以達(dá)到節(jié)約能耗、延長設(shè)備使用壽命、方便教學(xué)樓管理的目的，在本設(shè)計中，要實現(xiàn)的功能主要有：采用熱釋紅外人體傳感器人員是否出現(xiàn)在指定區(qū)域的檢測、采用光照 度傳感器檢測周圍環(huán)境光照強(qiáng)度等，并且根據(jù)所檢測到的模擬量數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，輸入到 片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制，最后，通過 模擬所在條件下教室照明燈開閉狀況，并在 1062 液晶顯示器中顯示相應(yīng)的狀態(tài)。 本文大致分為緒論、系統(tǒng)設(shè)計方案論證、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計四大部分。通過對目前自動照明系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢的分析，針對本課題進(jìn)行系統(tǒng)各個部分的方案論證后，確定好設(shè)計方案，進(jìn)行軟硬件設(shè)計，最終達(dá)到設(shè)計所需功 能，完成任務(wù)。 2 系統(tǒng)設(shè)計方案論證 體設(shè)計 本控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)基本的功能包括對檢測區(qū)域內(nèi)人員有無的自動檢測、周圍環(huán)境光照強(qiáng)度的自動檢測及調(diào)節(jié)、在特殊情況下通過按鍵對系統(tǒng)的手動控制，以及在照明模塊輸出控制結(jié)果，在顯示模塊中顯示相應(yīng)的狀態(tài)等。 系統(tǒng)設(shè)計分為硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩大部分，根據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件與軟件分開進(jìn)行設(shè)計。硬件設(shè)計部分包括電路原理圖的繪制、元器件的合理選擇，硬件設(shè)計分模塊進(jìn)行，劃分為控制模塊、人員檢測模塊、光強(qiáng)檢測模塊、電源模塊、按鍵模塊、照明模塊、顯示模塊七個部分來進(jìn)行硬件電路的設(shè)計。軟件設(shè)計時，在總體設(shè)計中完成系統(tǒng) 總框圖和各模塊的功能設(shè)計后，制定詳細(xì)的工作計劃，然后進(jìn)行具體的設(shè)計，包括每個模塊的流程圖，選擇適當(dāng)?shù)恼Z言和工具進(jìn)行編程和代碼設(shè)計等，最后將軟件與硬件結(jié)合起來進(jìn)行調(diào)試，達(dá)到最終所需功能要求。 系統(tǒng)設(shè)計總框圖如圖 源模塊給整個系統(tǒng)供電，由人員檢測模塊和光強(qiáng)檢測模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集到的模擬信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入到控制模塊進(jìn)行信號處理，然后輸出到照明模塊和顯示模塊顯示相應(yīng)的狀態(tài)。 圖 系統(tǒng)設(shè)計總框圖 電源模塊人員檢測模塊光強(qiáng)檢測模塊按鍵模塊控制模塊顯示模塊照明模塊輸入輸出 要功能模塊設(shè)計方案 制模塊方案設(shè)計 本設(shè)計的主控制器采用 片機(jī)。 一種低功耗、高性能 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 在系統(tǒng)可編程 得 眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。其特點是外圍電路簡單，價格低廉、高可靠性，雖然此款單片機(jī)的工作頻率相對較低，但本設(shè)計對頻率要求不高，能夠滿足本設(shè)計的要求。另外此款單片機(jī)有 32 個 I/O 端口，方便了設(shè)計的需要，滿足本設(shè)計要求。 員 檢測模塊方案設(shè)計 對于人員的檢測，常用的方法有兩種，一種是用紅外對管檢測進(jìn)出教室人員的數(shù)量，從而判斷教室有無人員，另一種是用熱釋電人體紅外傳感器，直接對教室有無人員進(jìn)行檢測，下面是兩種方案的比較： 方案一：采用紅外對管對進(jìn)出教室人數(shù)進(jìn)行檢測。每個門口裝有兩對裝置，進(jìn)出人數(shù)檢測分開檢測，兩個傳感器分別設(shè)為 A、 B，當(dāng) A 檢測到人的信號時，我們當(dāng)做是進(jìn)教室，當(dāng) B 檢測到人的信號時，我們當(dāng)做是出教室，因為人無論是進(jìn)還是出，都會先被一個傳感器檢測到，再被另一個檢測到，只是有一定的時間差，于是，如果一個傳感器先檢測到人以后 ，發(fā)出一個信號，然后對這個信號進(jìn)行延時，當(dāng)延時到一定程度時，可以把這個引號引回來，用來鎖住另一個傳感器產(chǎn)生的信號，這樣就能使電路自動判斷人是進(jìn)教室還是出教室，用進(jìn)教室的人數(shù)減去出教室的人數(shù)，計算出教室里的現(xiàn)有人數(shù) n，若 n燈；反之無人，關(guān)燈。 方案二：被動紅外探測器可以探測到波長為 10m 左右的紅外線，從而進(jìn)行相應(yīng)工作。眾所周知，人體恒溫為 37左右，會發(fā)出特定波長 10m 左右的紅外線，所以正好可以被紅外探測器所檢測到。紅外感應(yīng)源采用熱釋電元件，這種元件在接 受到人體紅外輻射溫度變化時就會失去點和平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生信號，以控制燈具的點亮，所以我們采用熱釋電人體紅外傳感器檢測室內(nèi)有無人員，有人即開燈，無人關(guān)燈。由于熱釋電紅外傳感器本身檢測范圍過于狹小，所以，配合菲涅爾透鏡可將檢測范圍擴(kuò)大至十多米遠(yuǎn)。 由于方案一比方案二實現(xiàn)起來復(fù)雜得多，方案二更能簡便、快捷的檢測到人體的存在，所以在解決人員檢測的問題時，我選用熱釋電人體紅外傳感器。在教室里面，因為熱釋電紅外傳感器檢測范圍有限，就算安裝上菲涅爾透鏡，也不能保證教室的每個地方都能檢測到人體 的存在，所以，必須在教室里分區(qū)域各自安裝傳感器，分別控制各自區(qū)域的照明燈。在此設(shè)計中，我們只模擬教室的一個區(qū)域內(nèi)的人員檢測。 照強(qiáng)度檢測模塊方案設(shè)計 光照強(qiáng)度的檢測一般用的是光照傳感器，但是傳感器的種類性能不一，我們要選擇效果好，價格低廉的傳感器，下面就直接采用光敏電阻與現(xiàn)成的光照度傳感器兩種方案進(jìn)行對比： 方案一：利用光敏電阻在光強(qiáng)度的影響下阻值會發(fā)生一定的變化，從而引起其兩端電壓的變化，把光照強(qiáng)度分為一、二、三、四等。根據(jù)光照強(qiáng)度的不同使光敏電阻阻值變化引起兩段的電壓不同，從而使輸入電壓比 較器正端的值不同，再與負(fù)端電壓相比較，達(dá)到正端電壓大于負(fù)端電壓的情況時，即能讓二極管正常發(fā)光。通過二極管發(fā)光的個數(shù)來判斷光照強(qiáng)度。 方案二：采用光照度傳感器，將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電流信號，再經(jīng)過運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出，可以選用市場上已有成形的光照度變送器，檢測到輸入光強(qiáng)后，根據(jù)輸出不同的電壓等級控制不同數(shù)量的燈，從而控制室內(nèi)的光照強(qiáng)度。 由于市場上已有成形的比較穩(wěn)定的光照度變送器，精度高，所以本設(shè)計采用方案二中的光照度變送器 源模塊方案設(shè)計 方案一：采用干電池。用干電池方便穩(wěn)定，但是電壓會隨著使用慢慢降低，使用時間也受到限制，需要經(jīng)常更換電池或給電池充電。 方案二：采用穩(wěn)壓電源。由于教室一般采用 220V 交流電，所以可以自行設(shè)計制作電源，輸入 220V 交流電，輸出 5V 直流電，大大增加了穩(wěn)定性，延長了使用時間，所以本設(shè)計中采用此種方案。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 制器電路設(shè)計 本控制系統(tǒng)采用 片機(jī)作為微控制器。該單片機(jī)指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 片機(jī)工作電壓為 作頻率范圍0序存儲器 量為 8機(jī)存儲器 間為 512 字節(jié)，完全滿足自動照明系統(tǒng)的要求 5。 片機(jī) 圖 腳圖 腳如圖 示， 電源， 接地。 口（ 39 32 引腳）： 是一個漏極開路的 8 位雙向 I/為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動 8 個 載，對端口 入 1時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， 也可以提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時， 內(nèi)部上拉電阻有效。在 程時， 口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻 6。 口（ 1 8 引腳）： 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向I/O 口。 輸出緩沖器可驅(qū)動 （吸收或者輸出電流方式） 4 個 入。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。 口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流 6。 口（ 21 28 引腳）： 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 輸出緩沖器可以驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4 個 入。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。為輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流 6。 口（ 10 17 引腳）： 一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向I/O 端口。 輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4 個 入。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。 為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流 6。 9 引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個機(jī)器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。看門狗計時完成后， 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器 址 8的 可以使此功能無效。 認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 30 引腳）：地址鎖存控制信號（ 訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 程時，此引腳也用作編程輸入脈沖。 19 引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。 要特性如下 : （ 1）增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 6 時鐘 /機(jī)器周期和 12 時鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。 （ 2）工作電壓： （ 3）工作頻率范圍： 0 40當(dāng)于普通 8051 的 0 80際工作頻率可達(dá) 48 （ 4）用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié)， 節(jié)。 （ 5） 系統(tǒng)可編程） /應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ 接下載用戶程序，數(shù)秒即可 完成。 （ 6）共 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器。即定時器 （ 7）外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， 式可由外部中斷低電 平觸發(fā)中斷方式喚醒 6。 片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的照明控制功能 , 示。 圖 控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖 源電路設(shè)計 電源模塊設(shè)計目的是為了獲得 5V 的直流電壓給系統(tǒng)供電，所采用的芯片是三端穩(wěn)壓集成電路 7805，最常見的穩(wěn)壓芯片 7805 是 7805，它的使用方便，用很簡單的電路既可以輸入一個直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓正好為 5V，剛好是 51 系列單片機(jī)運(yùn)行所需的電壓，引腳圖如圖 示。 圖 805 引腳圖 圖中， 1（ 整流器輸入的正電壓， 2（ 公共地， 3（ 我們需要的 +5V 輸出電壓。 三端穩(wěn)壓集成電路 7805 的輸入必須大于輸出 2V 以上 ,所以輸入必須為 7們采用的是市場上現(xiàn)成的電源適配器，輸入 220V 的交流電壓，輸出 9電源適配器 1 端口獲得 9V 的直流電壓輸入到 7805，經(jīng)過穩(wěn)壓、濾波等處理，從 3 端口輸出為 5V 的直流電壓給系統(tǒng)供電，此外，我們用一個發(fā)光二極管 作為電源指示燈，顯示系統(tǒng)是否通電。 電源電路硬件電路如圖 示 。 圖 源電路硬件設(shè)計原理圖 據(jù)采集模塊電路設(shè)計 本系統(tǒng)總數(shù)據(jù)采集總共分為兩個部分，一個是關(guān)于光照強(qiáng)度的檢測，另一個是人員檢測，共同實現(xiàn)本系統(tǒng)所需的要求及功能。 照強(qiáng)度檢測模塊電路設(shè)計 (1）光照度的概念 光照度指的是物體表面照明的程度，由 光源發(fā)出的光能在單位時間內(nèi)通過某一截面的數(shù)量稱之為光通量。光通量的數(shù)量越大，表示該光源所發(fā)出的可見光就越強(qiáng)。照射到表面一點處的面元上的光通量除以該面元的面積等于照度 7。 (2）光照度傳感器 探測室內(nèi)光照度要用到光照度傳感器。光照度傳感器采用光敏探測器，將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電流信號，再經(jīng)過運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。 為了便于系統(tǒng)的開發(fā)及提高可靠性，本設(shè)計選用市場上已有成形的光照度變送器，如圖 示 。 圖 照度變送器 光照度變送器技術(shù)指標(biāo) 如 表 3所示。 表 3照度變送器技術(shù)指標(biāo) 主要技術(shù)指標(biāo) 準(zhǔn)確度： 7% 波長范圍： 38030量范圍： 02000內(nèi)型照度測量） 輸出范圍： 05V 操作環(huán)境溫濕度： 040 ， 070%3)帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 件。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 引腳結(jié)構(gòu)如圖 示 。 圖 腳圖 8 條模擬量輸入通道。 輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0 5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采 樣保持電路。 地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng) 為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 的一路模擬量輸入。 轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng) 跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， 保持低電平。 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng) 高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 數(shù)字量輸出線 8。 時鐘輸入信號線。因 內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500。 ）， ）為參考電壓輸入。 （ 4）光強(qiáng)檢測電路連接圖 圖 , 由光照度傳感器檢測到光強(qiáng)信號 ， 轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓輸出 ,通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 集相應(yīng)的電壓值 ， 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號由 輸出到 外，在電源引腳處加一個 電容濾波去耦，減少外部電路對芯片的影響。 員檢測模塊電路設(shè)計 光敏電阻2232425 （ 1）熱釋電紅外探測器原理 紅外探測器中有兩個關(guān)鍵性的部件，一個是熱釋電紅外傳感器 (它能把波長范圍是 8 至 12紅外信號變化轉(zhuǎn)化為電信號，并且能夠抑制周圍環(huán)境中的白光信號，因此在被動紅外探測器的檢測區(qū)域內(nèi)，當(dāng)人體不移動移動時，熱釋電紅外探測器只能感應(yīng)到環(huán)境溫度，當(dāng)人體進(jìn)人檢測區(qū)域范圍內(nèi)時，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器能夠感應(yīng)到人體溫度與環(huán)境溫度的差異信號，所以，熱釋電紅外探測的基本原理就是感應(yīng)移動物體與環(huán)境物體的溫差從而檢測到人體存在與否。 另外一個部件是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡有折射式和反射式兩種形式。菲涅爾透鏡作用有 兩個：一是聚焦作用，即對即將到來的熱釋電紅外信號折射（反射）在 ，另一個作用是將檢測區(qū)域分為許多個明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入檢測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在 產(chǎn)生變化熱釋紅外信號，經(jīng)過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，能產(chǎn)生變化的電信號。 人體恒溫一般在 37 度左右，可以會發(fā)出特定波長 10m 左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的 10m 左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的 10 微米左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化 時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號 10。 (2）紅外探測器特性 紅外線熱釋電傳感器工作示意圖如圖 示 。 圖 外線熱釋電傳感器工作區(qū)示意圖 其主要特性如下 : 1）熱釋電元件對人體所發(fā)射出的波長為 10m 左右的紅外輻射很敏感，元件的輻射照面通常安裝菲泥爾透鏡來明顯抑制環(huán)境溫度的干擾。 2）被動式紅外探頭，該傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且 制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境溫度發(fā)出的紅外輻射對兩個熱釋電元具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。 3）人體一旦進(jìn)入檢測區(qū)域，人體所輻射出來的紅外線通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警 11。 (3）紅外熱釋電處理芯片 紹 一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路芯片，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外部元件 構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各類照明燈具、裝飾燈具、報警器、自動門、自動洗手池等裝置，特別適用于公司、酒店、商鋪、車庫及走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。 腳如圖 1。 圖 釋電處理芯片 腳圖 (4）人員檢測硬件電路 人員檢測元件采用熱釋電人體紅外傳感器，與 示 。 圖 員檢測模塊硬件電路原理圖 由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài) 控制器 、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?12。 人體紅外信號經(jīng)過熱釋電傳感器檢測后，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓輸出到熱釋電處理芯片 過41001 經(jīng)過 部的放大比較電路，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的高低電平，輸出到 片機(jī)。 他模塊電路設(shè)計 鍵模塊電路設(shè)計 圖 鍵模塊電路設(shè)計 按鍵電路如上圖 示，按鍵的功能設(shè)計：一個按鍵按下就將控制模式轉(zhuǎn)為手動控制 ,另一個按鍵按下就轉(zhuǎn)為自動模式。由 出到 明模塊電路設(shè)計 圖 明模塊連接電路圖 照明電路如圖 示，照明模塊采用四個發(fā)光二極管，輸入為 出為 亮的個數(shù)。 示模塊電路設(shè)計 顯示模塊采用 1062 為工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 1632 個字符（ 16 列 2 行）。 1602 字符型 常有 14 條引腳線或 16 條 引腳線的出來的 2 條線是背光電源線。 5 腳 )和地線 6 腳 )，其控制原理與 14 腳的 全一樣。 13 1062 引腳及介紹 如表 3示。 表 3062 引腳 引腳號 引腳名 電平 輸入 /輸出 作用 1 電源地 2 電源（ +5） 3 對比調(diào)整電壓 4 ， 1 時讀取信息， 10 （下降沿）執(zhí)行指令 7 （最低位） 8 （最高位） 15 A +光電源正極 16 K 接地 光電源負(fù)極 圖 示模塊與控制器的連接圖 液晶顯示電路連接圖如圖 示，指示當(dāng)前檢測狀態(tài)，顯示有無人員以及當(dāng)前的光照強(qiáng)度等級。 4 軟件設(shè)計 動照明控制系統(tǒng)總體程序設(shè)計思路 整個系統(tǒng)控制主要由人員檢測模塊和光強(qiáng)檢測模塊作為輸入信號，先檢測室內(nèi)有無人員，當(dāng)室內(nèi)有人就開啟光強(qiáng)檢測，并根據(jù)當(dāng)前光強(qiáng)來控制點亮相應(yīng)數(shù)量的 ，并在顯示器上顯示相應(yīng)的狀態(tài)。若室內(nèi)無人則只顯示當(dāng)前狀態(tài)，其他不做動作。總的程序流程圖如圖 圖 程序流程圖 員檢測程序 數(shù)字量采集模塊主要針對紅外人體感應(yīng)傳感器信號，紅外人體感應(yīng)傳感器輸出 5V 高電平 (邏輯 1)和 0V 低電平 (邏輯 0)，該輸出信號通過單片機(jī)的 I O 口直接與單片機(jī)相連接，單片機(jī)通過 I O 來定時讀取這一信號，判斷是高電平還是低電平。數(shù)據(jù)采集的間隔由定時器 B 實現(xiàn)，定時觸發(fā)采集中斷，在每次定時器 B 中斷到來時啟動數(shù)字量采集，延時一段時間后讀取內(nèi)容，然后停止數(shù)字量采集，繼續(xù)等待一次中斷的到來 14。 圖 該模塊的程序流程圖。 開始中斷初始化人員檢測是否有人否是光強(qiáng)檢測顯示相應(yīng)狀態(tài)中斷初始化人員檢測人員檢測 圖 員檢測模塊程序流程圖 強(qiáng)檢測程序 光強(qiáng)等級與 控制對應(yīng)關(guān)系如下表： 光強(qiáng)等級 開燈數(shù)量 一級光強(qiáng) 4 二級光強(qiáng) 3 三級光強(qiáng) 2 四級光強(qiáng) 1 A/據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn) A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式 15。 （ 1）定時傳送方式 對于一種 A/D 轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如 換時間為 128s，相當(dāng)于 6 片機(jī)共 64 個機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計一個延時子程序， A/D 轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送 16。 （ 2）查詢方式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如 。因此可以用查詢方式，測試 狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 等待定時器 回等待定時器 （ 3）中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（ 為中斷請求信號，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送 17。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時， 號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接收。 本設(shè)計采用 中斷方式使用 號作為向單片機(jī)的中斷申請。在主程序中，向 出首次啟動轉(zhuǎn)換信號后，并計數(shù)管理轉(zhuǎn)換通道數(shù)。當(dāng)檢測到 請求后，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，并啟動下一次轉(zhuǎn)換，后繼續(xù)執(zhí)行 18。圖 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖。 圖 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖 1 總結(jié)與展望 等待中斷到來啟動 A/,并且在此基礎(chǔ)上針對高校教室設(shè)計一套教室自動照明控制系統(tǒng) ,實現(xiàn)了人員檢測、光照強(qiáng)度檢測等功能以及通過主控制器對照明設(shè)備進(jìn)行實時控制，這種自動照明控制系統(tǒng)順應(yīng)了目前最新技術(shù)的發(fā)展潮流，具有節(jié)約能源、延長照明設(shè)備使用壽命、提高照明質(zhì)量、管理便捷化等優(yōu)點，勢必取代照明效率低下的傳統(tǒng)照明控制。 雖然本設(shè)計達(dá)到了基本控制功能，但是還存在一些不足，比如說智能化程度不高，僅僅實現(xiàn)了人員的自動檢測與光照強(qiáng)度檢測與調(diào)節(jié)等功能 ， 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,沿用最新技術(shù) ， 可使得檢測靈敏度提高 ， 功能更加強(qiáng)大 。 未來的教室照明系統(tǒng) ,除了以上功能 ,還可能具備照明系統(tǒng)全自動控制 ,在教學(xué)樓設(shè)計一個獨立的控制機(jī)房 ,對整個樓宇自動監(jiān)控 ,針對不同時間段 ,比如上課、下課、自習(xí)等時間內(nèi)，實現(xiàn)不同的控制功能，還可以根據(jù)周圍環(huán)境光強(qiáng)、溫度等來設(shè)置不同的場景模式，甚至可以根據(jù)色彩心理學(xué)在不同的時間段控制照明等的顏色適當(dāng)調(diào)節(jié)學(xué)生的視覺效應(yīng)，從而使之達(dá)到最佳學(xué)習(xí)狀態(tài)等等。但是 ,自動照明技術(shù)要實現(xiàn)更高級的智能并非易事，國內(nèi)外從事智能