基于單片的教室燈光自動控制器的研究123456.doc

基于單片機的教室燈光自動控制器的研究設(shè)計課題 基于單片機的教室燈光自動控制器的研究學(xué)院名稱 ： 煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院 專業(yè)班級 ： 生產(chǎn)過程自動化 學(xué)生姓名 ： 于佰洋 學(xué) 號 ： 200914081100036 指導(dǎo)教師 ： 劉金鳳 設(shè)計地點 ： 設(shè)計時間 ： 2011年9月至 2012年3月 25目 錄緒論 51引言 61.1本課題研究的意義 61.2國內(nèi)外教室燈光控制器研究的現(xiàn)狀及其存在的問題 71.3本課題研究的內(nèi)容和目標(biāo) 81.3.1研究內(nèi)容 81.3.2研究目標(biāo) 91.4本課題擬解決的關(guān)鍵問題 92 教室燈光自動控制整體描述 102.1 燈光控制總體思想 102.2 燈光控制方案分析 113 硬件電路設(shè)計 123.1 控制核心模塊 123.2 教室人數(shù)檢測模塊 133.2.1 熱釋電紅外傳感器的原理 133.2.2 教室人數(shù)檢測模塊的功能實現(xiàn) 153.3 教室光照強度檢測模塊 162.3.1 光敏三極管的選擇及功能簡介 16 2.3.2 光敏三極管檢測光強原理及其模擬形式 173.4 燈控模擬模塊 183.5 液晶顯示和報警模塊 184 系統(tǒng)程序設(shè)計 204.1 系統(tǒng)主程序流程圖 204.2 系統(tǒng)子程序流程圖 214.2.1 按鍵控制流程圖 214.2.2 液晶顯示控制流程圖 225 系統(tǒng)仿真 23結(jié)論 24參考文獻 25教室燈光自動控制系統(tǒng)摘 要本研究針對教室燈光的控制現(xiàn)狀及用電大量浪費的現(xiàn)象，分析了教室燈光智能控制的原理和實現(xiàn)方法，提出了基于單片機的教室燈光智能控制的設(shè)計思路。該系統(tǒng)以AT89C52單片機作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外傳感器檢測人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測環(huán)境光的強度；根據(jù)教室合理開燈的條件，系統(tǒng)通過對人體的存在信號和環(huán)境光信號的識別和智能判斷，完成對教室照明回路的智能控制，避免了教室用電的大量浪費。該系統(tǒng)具有體積小，控制方便，可靠性高，專用性強，性價比合理等優(yōu)點，可以滿足各類大、中專院校教室燈光控制的要求，很大程度的達到節(jié)能目的。【關(guān)鍵詞】：教室燈光控制 熱釋紅外傳感器 光敏電阻 AT89C52 AbstractCurrently light intelligent control systems are not efficiently used in the classroom. In order to improve the system, based on control and current methods of how to keep control，developing intelligent classroom light control system and developed the hardware and software system. This classroom light intelligent control system the theory of the light put forward methods ofon the basis of AT89C52 is developed, which machine of AT89C52 is a major part, and the environment of development is better than before. This system can satisfy the following functions, such as controlling the circuit of illumination, testing and processing daylight signal, testing and processing the signal of human body that illuminates the back track exists, reporting to the warning devices,etc.In order to satisfy these functions, the system adopted the homologous methods respectively, and to the gearing of the system, analyzing how to install，test and run the system. The microcontroller software was developed based on assemble language. Assemble language is one kind of structured program languages, it has more advantages than other high-level languages. Assemble language adopts building block design. Its commonality is very good and easy to improve and expand. It could be used to develop larger一scale system with more perfect performance. At the same time, the anti-jamming technologies, such as watchdog, are necessary when developing hardware and software.This system had many advantages. For example, the physical volume was small，the system was conveniently controlled, the credibility was high, the appropriation was strong, and its price proportion was ideal,etc. The experiment proved that the system can satisfy the control command of the classroom s light device, so it could largely reduce the consuming of energy resources. Key words: Human body, infrared ray, sensor, automatic control，heat to release the electricity1.緒論隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會的進步越來越依賴于資源的開發(fā)與利用，然而與日俱增的能源需求和有限的資源數(shù)量形成了巨大的矛盾,能源短缺問題日益突出，成為一個國家經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”。在尋找替代品、提高能源利用率和節(jié)約能源等幾種緩解能源危機的途徑中，節(jié)能無疑是符合可持續(xù)發(fā)展要求。英國城市大型徹夜燈光照明現(xiàn)象很少見，無論公司和政府部門，都沒有虛浮華麗的所謂“照明工程”14。夜晚漫步在倫敦街頭，看不到大面積光華淌瀉與樓體通明的景觀，所有照明都基本以不影響人們的正常生活節(jié)奏為準(zhǔn)。許多店鋪櫥窗的燈光在打烊后會全部關(guān)閉，有些店鋪還采用定時關(guān)燈裝置。在政府住宅樓和公寓樓內(nèi)，樓道里的公用燈也大多采用自動斷電裝置。作為提高能源使用效率最重要的途徑之一，德國政府努力推動能源公司實施“供熱供電結(jié)合”，鼓勵能源公司將發(fā)電的余熱盡可能用于供暖。2002年，德國頒布了促進“供熱供電結(jié)合”的法規(guī)，根據(jù)這一法規(guī)，政府向?qū)嵤┰摯胧┑哪茉垂?，尤其是小型能源公司提供補助，幫助他們置辦相應(yīng)設(shè)備。中國城市每年用于公共照明的能源支出高達280多億，節(jié)能空間巨大。其中路燈照明能耗占30%以上。發(fā)展城市道路照明的同時，路燈以供街道照明以外，還大力興建了不少景觀照明工程，美化城市的夜景，但同時也帶來了能耗的極大浪費。據(jù)統(tǒng)計2005年，我國全社會的總用電量約為24000 億kWh，照明用電量約為3000 億kWh，且每年以13% 14%的速度遞增，預(yù)計到2010 年，照明用電量將超過5000 億kWh，新增照明用電2000 億kWh1。對高等院校，據(jù)測算，其照明耗電占本單位所有耗電的40% 左右，可見在保證照明質(zhì)量的前提下，對教室燈光進行自動控制，其節(jié)能效益和經(jīng)濟效益都是相當(dāng)可觀的10。目前對燈光的智能控制，國內(nèi)外已經(jīng)開始采用，但針對教室燈光的控制智能系統(tǒng)還不是很完善，依然是人工管理占主導(dǎo)地位?，F(xiàn)在伴隨各類大、中專院校的擴招，教學(xué)樓不斷擴建，教室用電負荷不斷加大，教室用電系統(tǒng)管理不善，造成學(xué)校資源的浪費與經(jīng)濟損失，這種做法顯然與當(dāng)今節(jié)約能源的理念相違背。當(dāng)今許多教室采用比較傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)：在主電源經(jīng)過一個配電箱分出多個支路，這些支路再分別向燈具供電，然后再通過串接在照明中的單雙極開關(guān)來通斷供電線路9，所以該控制系統(tǒng)只能通過開關(guān)來控制燈具，無法實現(xiàn)比較人性化、多功能化的系統(tǒng)管理。如在國內(nèi)外有些燈光控制系統(tǒng)采用聲控形式但是其沒有經(jīng)過單片機等芯片的處理使用仍是將采集信號處理后傳遞給邏輯電路來進行燈光控制，假使外界條件惡劣如有噪聲等仍會造成電能的浪費，而且邏輯電路只能實現(xiàn)較少功能，綜合而言，整個系統(tǒng)雖然簡單但是功能不全，而且無法人性化控制?，F(xiàn)代自動化程度不斷提高，計算機技術(shù)不斷普及應(yīng)用，教室燈光系統(tǒng)也應(yīng)朝著更人性化智能化得方向發(fā)展。本系統(tǒng)采用熱釋電紅外傳感器和光敏三極管來感知人體信息和外部光照環(huán)境改變，并通過單片機及軟件編程的技術(shù)實現(xiàn)燈光系統(tǒng)的控制，達到了部分智能化的控制。課題研究的目的和主要內(nèi)容：主要研究目的基于AT89C52單片機的教室燈光智能設(shè)計加強燈光控制智能化理念主要研究內(nèi)容（1）燈光控制方案的研究；（2）燈光檢測方案的研究；（3）教室內(nèi)人數(shù)檢測方案的研究；（4）熱釋電紅外傳感器的信息處理；（5）人體與光照環(huán)境信號采集與處理；（6）開發(fā)單片機系統(tǒng)；（7）實驗測試與數(shù)據(jù)分析。引言1.1本課題研究的意義隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活水平也不斷提高，導(dǎo)致用電負荷的加劇，又由于世界性的能源危機，能源缺乏已成為世界所面臨的嚴峻問題。而此問題對我國來說尤為嚴重。隨著各類大、中專院校的擴招，教室的擴建，教室照明的需求也越來越多，而教室照明的管理不到位，往往造成電能的巨大浪費，這樣，提高教室用電效率就成為首要考慮的問題。 目前對燈光的智能控制，國內(nèi)外己經(jīng)開始采用，但對教室燈光的控制，尤其是我國教室燈光的智能控制尤為缺乏和不完善，依然是傳統(tǒng)式的人工管理。各類大、中專院校不斷擴招，教室不斷擴建，教室的用電負荷不斷加大，教室用電管理不善，造成學(xué)校電能浪費，經(jīng)濟損失，這種的浪費與當(dāng)今的節(jié)約能源理念相違背。再者，現(xiàn)代自動化程度不斷提高，計算機技術(shù)的普及，燈光的管理也在朝著自動化、智能化方向發(fā)展。例如樓道燈光的自動控制等等。所有這些使得教室燈光控制也應(yīng)該朝著智能的方向發(fā)展。于是，開發(fā)簡便、實用的教室燈光自動控制系統(tǒng)便具有重要的現(xiàn)實意義。1.2國內(nèi)外教室燈光控制器研究的現(xiàn)狀及其存在的問題 世界各地發(fā)電的主要原料是煤炭、石油和天然氣，而丹麥在能源利用方面的成功經(jīng)驗提供了很好的借鑒。從1974年以來，盡管丹麥國民收入增長了50%，丹麥總的能源消費量并沒有增加。丹麥?zhǔn)荗ECD成員國中能源消耗量和國民收入比值最小的國家。他們不斷地提供一些節(jié)能供熱系統(tǒng)，例如丹麥熱電同供熱電廠(CHP)，而且，他們盡可能的有效利用資源。這樣，他們的能源使用總效率達到了90%。丹麥政府很重視住房空間用電的節(jié)能，并設(shè)立了對新建房屋節(jié)能的諸多要求。數(shù)據(jù)顯示，居民入住有節(jié)能裝置的房子時，他們要支付比沒有節(jié)能方案房屋高出8%的費用。其節(jié)能項目經(jīng)驗在歐盟國家中廣為流傳。還有，歐司朗一斯維尼亞公司不斷的推出新型高輸出的熒光燈，節(jié)約6%的總系統(tǒng)功率，并具有更高的光通和平均光通量。飛利浦照明公司推出的陶瓷金鹵燈代替過去的鹵鎢燈，可節(jié)能60%的電能。種種跡象表明世界各國都在采取不同方式來節(jié)約能源，節(jié)約電能。中國經(jīng)濟持續(xù)多年的高速發(fā)展讓能源問題日益突出。雖然我國能源總儲量不低，但由于我國人口眾多，所以人均儲量少，單位產(chǎn)值的能耗是發(fā)達國家的3-10倍。能源問題已成為制約我國國民經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵問題。從環(huán)境和自然資源角度出發(fā)，能源問題也是我國長期可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中一個關(guān)鍵因素。此外，能源問題不僅關(guān)系經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境生態(tài)，在特定情況下還會對社會穩(wěn)定有很大影響。鑒于能源問題的重要性，我國在綠色照明工程新聞發(fā)布，綠色照明工程未來五年間將在公用設(shè)施、賓館、商廈、居民住所等全國建筑物中推廣1.5億只節(jié)能燈，節(jié)電290億度電。上海、河北等一些地方采取政府對節(jié)能燈大宗采購每只補貼3至4元的方式進行推廣。從普通白熾燈到高效節(jié)能燈，使我國的電光源產(chǎn)品結(jié)構(gòu)逐步向節(jié)電型轉(zhuǎn)變，熒光燈與普通白熾燈的比例由1995年的l:6.25前的l: 1. 5。 目前，我國照明用電約占社會總用電量的12%，采用高效照明產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低效照明產(chǎn)品可節(jié)電60%到80%。如今，北京正在大力推行綠色照明工程，己推出上百萬只綠色照明光源和部分節(jié)能電器，據(jù)測算年節(jié)約用電可達3442萬千瓦時，節(jié)約電費2519.7萬元。政府己經(jīng)在商廈、學(xué)校、醫(yī)院等更換了24萬只節(jié)能燈具。在奧運工程的建設(shè)上，也大量運用節(jié)能技術(shù)，北京的奧運廠館“水立方”，通過采用大量的節(jié)能燈具，裝備新技術(shù)，通過增強透光性白天可節(jié)約照明能耗50%。 我們黨在2000年10月11日黨第十五屆中央委員會第五次會議通過的中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十個五年計劃的建議中明確指出:“加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是今后五年至十年一項十分重要的任務(wù)。”其中提到的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)就包括了能源建設(shè)。建議還強調(diào)了能源建設(shè)要發(fā)揮資源優(yōu)勢，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高利用效率。面臨如此緊迫的能源問題，我們應(yīng)該把著眼點放在“高效加強環(huán)境?！崩谩扒鍧崱蹦茉?。由此可見，節(jié)能照明用電，對節(jié)能具有重要的意義。目前國內(nèi)各類院校中，由于同學(xué)們的自覺節(jié)能意識薄弱，在光線足夠強時也開燈，護潔課上完離開教室后燈還亮著的現(xiàn)象普遍存在;而且，節(jié)能規(guī)劃極為欠缺，教室的燈光控制由管理人員手工代替，教室極多，管理人員忙不過來，這樣就造成不必要的電能浪費和經(jīng)濟損失。就我校為例，初步統(tǒng)計大小教室大約安裝了共有5400盞燈，以每天僅亮燈8小時來計算，一年中扣除假期后，教室燈的耗電量約為52.25萬度，學(xué)校在教室用電的經(jīng)費上就得支出約為30.46萬元人民幣。而以每天浪費2小時用電來計算，一年大約要浪費13.06萬度的電量，占教室照明用電經(jīng)費的四分之一。我省各類大中專院校及其中小學(xué)總共有600百多所，若都象我校一樣每年浪費13.06萬度電的話，我省就會浪費近7900萬度的電。導(dǎo)致電能的極大浪費。再者，每所院校不斷的擴招，教室不斷的擴建，若再沒有改進教室的用電管理設(shè)備，那么用電負荷可想而知，浪費的電能就更、涼人了。 基于以上種種原因，提高教室用電效率就成為學(xué)校節(jié)能的重要且主要的措施之一，因此節(jié)能技術(shù)的重要手段之一就是教室燈關(guān)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計無疑就成為其中一項重要課題。1.3本課題研究的內(nèi)容和目標(biāo)1.3.1研究內(nèi)容本課題的研究內(nèi)容有如下幾點:(1)了解教室照明光強的標(biāo)準(zhǔn)；(2)調(diào)研教室燈光照明需求以及環(huán)境光強弱與開、關(guān)燈的關(guān)系；(3)研究人體存在探測技術(shù)，探測角度與范圍；(4)研究傳感器教室分布、安放問題，是否一燈一個傳感器或多燈公用傳感器等；(5)研究確定人體傳感器的有關(guān)參數(shù)；(6)研究燈光控制器電源問題； (7)研究控制器參數(shù)值設(shè)定的要求及方案；(8)研究人工設(shè)置參數(shù)、掉電保存參數(shù)的問題；(9)研究與現(xiàn)有教室照明相兼容，易替代，不易被偷盜、被仿制，易于維護、維修等控制技術(shù)；(10)研究報警等附加功能問題1.3.2研究目標(biāo) 研究的教室燈光控制系統(tǒng)能用于現(xiàn)有教室照明系統(tǒng)的改造，實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的人性化智能管理，提高用電效率;實現(xiàn)自動、手動燈光控制相兼容，以降低成本;通過反復(fù)試驗和改進，最終達到可靠性、實用性、推廣性較好的目標(biāo)。1.4本課題擬解決的關(guān)鍵問題本課題擬通過試驗研究教室燈光的各種控制方案解決如下關(guān)鍵問題:(1)照明回路的控制回路與控制器本身的節(jié)能問題；(2)傳感器與教室燈配合安裝的問題；(3)環(huán)境光參數(shù)輸入采集問題；(4)人存在傳感器參數(shù)輸入采集問題；(5)開、關(guān)燈的自動與手動兼容措施；1 教室燈光自動控制整體描述1.1 燈光控制總體思想該系統(tǒng)以AT89S52單片機8作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測環(huán)境光的強度；根據(jù)教室合理開燈的條件，系統(tǒng)通過對人體的存在信號和環(huán)境光信號的識別和智能判斷，完成對教室照明回路的智能控制。整體系統(tǒng)由人體傳感器感應(yīng)信號，再送入單片機進行處理，再由單片機控制控制教室燈光。同時將環(huán)境亮度檢測、人工控制、報警控制等功能加入到系統(tǒng)中。系統(tǒng)設(shè)計流程圖如下：圖1 設(shè)計方案流程圖1.2 燈光控制方案分析本電路具有對教室內(nèi)的人數(shù)進行統(tǒng)計和對光照情況進行鑒定的功能，并對燈光進行實時控制，達到方便和節(jié)約能源的目的。電路有兩種控制方式：自動控制狀態(tài)和強制執(zhí)行狀態(tài)。自動控制狀態(tài)：電路上點復(fù)位后自動處于自動控制狀態(tài)，當(dāng)環(huán)境光照充足時且教室光照強度大于設(shè)定值時，不管有沒有人，燈都不亮。若教室光照強度小于設(shè)定值，控制會根據(jù)人數(shù)多少來確定燈的開關(guān)，如果有人進入教室，紅外傳感器感應(yīng)到后把信號經(jīng)過隔離緩沖送到CPU且數(shù)碼顯示電路顯示人數(shù)為1，同樣再有人進出則顯示器上數(shù)字自動加減1。強制執(zhí)行狀態(tài)：在電路正常工作的情況下，按下強制開關(guān)可以通過人對教室燈進行強行控制，再通過按下此按鈕也可以恢復(fù)到自動控制狀態(tài)6。系統(tǒng)框圖如下：圖2 系統(tǒng)方框設(shè)計圖2 硬件電路設(shè)計2.1 控制核心模塊本系統(tǒng)采用STC89C52單片機處理芯片5，其特點是外圍電路簡單，價格低廉，雖然此款單片機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。另外此款單片機有32個I/O端口，方便了設(shè)計的需要。圖10為單片機最小系統(tǒng)。因為51單片機的P0口驅(qū)動電流小，因此需要外加上拉電阻。單片機最小系統(tǒng)主要還有晶振電路以、復(fù)位電路、及報警電路。由于蜂鳴器需要的驅(qū)動電流較大，單片機I/O端口不能直接驅(qū)動，所以通過一個三極管進行電流放大。當(dāng)教室里面沒有人時系統(tǒng)會通過熱釋電紅外感應(yīng)無人信息，傳遞給單片機進行處理后使教室里面（即控制區(qū)）的燈全部關(guān)閉。知道下次有人進來時才點亮。同時當(dāng)人出去后蜂鳴器報警然后燈關(guān)閉。本報警電路由蜂鳴器、三極管、非門組成。如圖所示：圖3 單片機最小系統(tǒng)2.2 教室人數(shù)檢測模塊2.2.1 熱釋電紅外傳感器的原理熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器2的熱電系數(shù)遠遠高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾，該傳感器在工藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號，并不能直接使用，因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式，該電阻阻抗高達104M歐姆，故引入的N溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式(即源極跟隨器)來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計時應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負極性的。圖4 雙探測元熱釋電紅外傳感器圖4是一個雙探測元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。使用時D 端接電源正極，G端接電源負極，S端為信號輸出。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。信號經(jīng)過熱釋電紅外傳感器之后，產(chǎn)生的波形不能為單片機所接受，中間必須有一個信號調(diào)節(jié)電路。本系統(tǒng)采用BISS00011集成電路可將傳感器的信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的高低電平。其電路原理圖如圖5所示。圖5 熱釋電信號調(diào)節(jié)電路BISS0001芯片的引腳圖如圖6所示，各引腳的定義和功能如下： VDD工作電源正端。范圍為35V。VSS工作電源負端。一般接0V。I B運算放大器偏置電流設(shè)置端。經(jīng)RB接VSS端，R B取值為1M左右。 1 IN-第一級運放放大器的反相輸入端。1 IN+第一級運放放大器的同相輸入端。1 OUT第一級運算放大器的輸出端。2 IN-第二級運算放大器的反相輸出端。2 OUT第二級運算放大器的輸出端。VC觸發(fā)禁止端。當(dāng)VCVR時允許觸發(fā)。VR0.2VDD。VRF參考電壓及復(fù)位輸入端。一般接VDD。接“0”時可使定時器復(fù)位。A可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)控制端。當(dāng)A=“1”時，允許重復(fù)觸發(fā)，當(dāng)A=“0”時，不可重復(fù)觸發(fā)。Vo控制信號輸出端。由Vs上跳邊沿觸發(fā)使Vo從低電平跳變到高電平時為有效觸發(fā)。在輸出延時間TX之外和無Vs上跳變時Vo為低電平狀態(tài)。 圖6 BISS0001外引線連接圖RR1RC1輸出延遲時間TX的調(diào)節(jié)端。TX49152R1C1。 RR2 RC 2觸發(fā)封銷時間TI的調(diào)節(jié)端。TX24R2C 2。BISS0001芯片的特點是：(1) CMOS數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。(2) 具有獨立的高輸入阻抗運算放大器，可與多種傳感器匹配，進行信號與處理。(3) 雙向鑒幅器，可有效抑制干擾。(4) 內(nèi)設(shè)延遲時間定時器和封鎖時間定時器，結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)節(jié)范圍寬。(5) 內(nèi)置參考電壓。2.2.2 教室人數(shù)檢測模塊的功能實現(xiàn)熱釋電紅外傳感器采集到的信號首先由BISS0001芯片1在不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下經(jīng)一、二級運算放大器、雙向鑒幅器、延時器等處理后變成比較標(biāo)準(zhǔn)的高低電平后，將此標(biāo)準(zhǔn)信號接到單片機上的P2口上，并對相應(yīng)引腳通過軟件方法對引腳信號進行檢測來統(tǒng)計進入教室的學(xué)生人數(shù)。另外也可以將它接到中斷引腳采用外部中斷的方法將采集到得信號轉(zhuǎn)化成統(tǒng)計的進入到教室里的人數(shù)。對于本系統(tǒng)，采用普通引腳信號檢測的方法用兩個熱釋電紅外傳感器：一個放在前門用來感應(yīng)進來教室的人體信號；另一個放在后門用來感應(yīng)從教室出去的人體信號，來實現(xiàn)對進出教室的人數(shù)的檢測。若此部分通過兩個開關(guān)來模擬熱釋電紅外傳感器感應(yīng)信號的情況如下圖所示：圖7 紅外檢測模塊示意圖2.3 教室光照強度檢測模塊2.3.1 光敏三極管的選擇及功能簡述光照強度檢測采用的是光敏三極管2。光敏三極管與普通半導(dǎo)體三極管一樣，是采用半導(dǎo)體制作工藝制成的具有NPN 或PNP 結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體管它在結(jié)構(gòu)上與半導(dǎo)體三極管相似，它的引出電極通常只有兩個，也有三個的。光敏三極管的結(jié)構(gòu)為適應(yīng)光電轉(zhuǎn)換的要求，它的基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積做得較小，入射光主要被基區(qū)吸收。和光敏二極管一樣，管子的芯片被裝在帶有玻璃透鏡金屬管殼內(nèi)，當(dāng)光照射時，光線通過透鏡集中照射在芯片上。將光敏三極管接在圖6所示的電路中，光敏三極管的集電極接正電位，其發(fā)射極接負電位。當(dāng)無光照射時，流過光敏三極管的電流，就是正常情況下光敏三極管集電極與發(fā)射極之間的穿透電流Iceo 它也是光敏三極管的暗電流，其大小為Iceo =(1 + hFE) I式中: Icbo-集電極與基極間的飽和電流;hFE -共發(fā)射極直流放大系數(shù)。當(dāng)有光照射在基區(qū)時，激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對增加了少數(shù)載流子的濃度，使集電結(jié)反向飽和電流大大增加，這就是光敏三極管集電結(jié)的光生電流。該電流注入發(fā)射結(jié)進行放大，成為光敏三極管集電極與發(fā)射極間電流它就是光敏三極管的光電流。可以看出，光敏三極管利用普通半導(dǎo)體三極管的放大作用，將光敏二極管的光電流放大了( I + hFE) 倍。所以，光敏三極管比光敏二極管具有更高的靈敏度。光敏三極管產(chǎn)品特點：(1) 靈敏度高，響應(yīng)速度快，易與晶體管、集成電路相匹配；(2) 帶有基極引出線的光敏管，可以在基極上施加相應(yīng)偏置電壓，進行信號調(diào)制；(3) 體積小，重量輕，壽命長，可靠性高；(4) 金屬玻璃封裝的器件，具有玻璃表面耐磨性好、光潔度高、耐焊接、耐高低溫性能好等。2.3.2 光敏三極管檢測光強原理及其模擬形式光敏三極管本身就是一個放大器，但是由于外界環(huán)境（如溫度等）對其干擾較大，我們需要另外一個集成運放電路對它的信號進行進一步的放大，使其檢測轉(zhuǎn)化的范圍大一點11。另外再放大的電流信號后面接上一個電阻（范圍在1K-3K之間），將電流信號轉(zhuǎn)化成電壓信號。該電壓信號通過AD轉(zhuǎn)換后變成相對穩(wěn)定的值后通過軟件設(shè)置定值并與其進行比較，從而達到對光信號的檢測目的。此部分由一個滑動變阻器、AD轉(zhuǎn)換芯片(ADC0808)12 構(gòu)成，由滑動變阻器來模擬光線的強弱控制，通過AD轉(zhuǎn)換后蔣模擬量轉(zhuǎn)化為單片機可以處理的數(shù)字量并且信號通過P1口來傳遞給AT89C52單片機進行處理。如圖所示：圖8 感光信號采集模擬電路2.4 燈控模擬模塊本控制系統(tǒng)用四個按鈕分別來表示進出門情況、強制開關(guān)、模式開關(guān)。強制控制與自動控制模式的轉(zhuǎn)換按鈕功能如下：先按下MODE再對FORCE鍵進行控制，當(dāng)按下MODE后第一次按下FORCE時燈控區(qū)有一半的燈亮，第二次按下FORCE時燈控區(qū)燈全亮，第三次按下FORCE時燈控區(qū)的燈全部熄滅；當(dāng)你再次按下MODE鍵時FORCCE鍵就失效了，只有再次按下MODE它才可以控制。如圖所示：圖9 燈控區(qū)模擬2.5 液晶顯示和報警模塊本設(shè)計使用的LM016L液晶模塊采用HD44780控制器8。HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動、閃爍等功能。LM016L與單片機MUC通信可采用8位或者4位并行傳輸兩種方式。HD44780控制器由兩個8位寄存器、指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器(DR)、忙標(biāo)志顯示數(shù)據(jù)(BF)、字符發(fā)生器(ROM)、顯示數(shù)據(jù)（RAM）、地址計數(shù)器等組成。IR用于寄存器指令碼，只能寫入不能讀出；DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM，或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出數(shù)據(jù)。BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。DDRAM用來存儲顯示字符，能存儲80個字符碼。CGRAM由8位字符碼生成5*7點陣字符160種和5*10點陣字符32種。AC可以存儲DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR，則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或者CGRAM單元。LM016液晶模塊的引腳功能如下：VDD工作電源正端。范圍為35V。VSS工作電源負端。一般接0V。RS高電平時數(shù)據(jù)線上為數(shù)據(jù)信號；低電平是為指令信號。 RW-高電平時為讀數(shù)據(jù)模式；低電平時為寫數(shù)據(jù)模式。E使能信號端。DB0DB7數(shù)據(jù)線。如圖所示：圖10 液晶顯示圖3 系統(tǒng)程序設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計主要完成采集紅外傳感器的信號和根據(jù)當(dāng)前設(shè)置狀態(tài)自動對教室內(nèi)燈光系統(tǒng)進行控制。主要包括處理、鍵盤掃描、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果顯示。3.1 系統(tǒng)主程序流程圖該流程圖描述的是整個流程的控制情況。首先上電復(fù)位后系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)。此時當(dāng)有人進出教室時液晶顯示屏?xí)詣语@示人數(shù)的加減情況，并且根據(jù)人數(shù)的多少與光強的大小來控制教室里燈的亮滅。按下強制轉(zhuǎn)換按鈕后系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為強制控制狀態(tài)，此時通過人工來控制教室燈的點亮情況。圖11 系統(tǒng)主流程3.2 系統(tǒng)子程序流程圖3.2.1 按鍵控制流程圖此流程圖是描述用按鍵模擬紅外檢測人數(shù)變化和用滑動變阻器模擬光敏三極管檢測光強變化的情況。在自動控制狀態(tài)時，按下jin按鍵則液晶屏顯示人數(shù)加1，按下chu按鍵則液晶屏顯示人數(shù)減1。當(dāng)人數(shù)大于10且光強沒有超過上限值是燈全亮，當(dāng)人數(shù)小于10時則燈亮一半。處于強制狀態(tài)時則有人工控制燈亮情況。 圖12 按鍵控制流程圖3.2.2 液晶顯示控制流程圖此流程圖為液晶顯示的情況。首先是對液晶進行初始化，在對信息進行檢測，最后對相應(yīng)信息進行顯示。液晶初始化啟動檢測NY顯示人數(shù)與光強獲取信息值顯 示圖13 顯示子程序流