教室照明智能管理系統(tǒng)

1、2013 第九屆“博創(chuàng)杯”全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計大賽作品設(shè)計報告教室照明智能管理系統(tǒng)Classroom lighting intelligent management system設(shè)計報告參賽學(xué)校：西安培華學(xué)院 作 者：吳生旺 羅奇 指導(dǎo)教師：蔡傳波摘要當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展， 能源短缺問題日益突出， 成為一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā) 展的障礙。 作為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活不可或缺的電力能源更是如此。 尤其現(xiàn)今越 來越提倡低碳生活， 節(jié)約能源已經(jīng)成為一種全球共識， 而作為培養(yǎng)社會精英的高 校更應(yīng)該起到榜樣的作用。 但是，在校園內(nèi)， 教室空無一人燈火通明現(xiàn)象屢見不 鮮，這不僅造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，也對高校的形象造

2、成了很壞的影響。因此， 開發(fā)簡便、節(jié)能、實用的教室燈光智能控制系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。本文介紹的教室智能燈光控制系統(tǒng)主要是以 RS485總線為基礎(chǔ)，自定義的通 信協(xié)議相結(jié)合的方式， 搭建了一套了較為完善的集燈光智能控制與遠(yuǎn)程管理功能 為一體的系統(tǒng)。首先，本文結(jié)合燈光智能控制控制系統(tǒng)的特點， 提出了四種組網(wǎng)方式， 權(quán)衡 這四種組網(wǎng)方式，提出了以 RS485總線為教室控制網(wǎng)絡(luò)，以基于 FPGA綜合實訓(xùn) 平臺的EP2C35芯片的開發(fā)箱為教室智能控制主機(jī)，采用集中管理、節(jié)點自動控 制的方式對教室燈光進(jìn)行控制。其次，本文介紹了教室燈光智能控制系統(tǒng)中使用的電路模塊及實現(xiàn)的功能、 簡單介紹了搭建的硬件框架及

3、主要組成部分， 以及由STC單片機(jī)組成的教室設(shè)備 節(jié)點最小系統(tǒng)，同時簡介了最小系統(tǒng)的統(tǒng)一接口外掛傳感器模塊、 通信接收模塊、 控制模塊等，與主機(jī)相組成為一套完整的控制系統(tǒng)。再次，本文設(shè)計了一套采用熱釋電傳感器檢測人體信息和光照傳感器采集外 部環(huán)境的光照的系統(tǒng)，并通過微控制器及軟件編程的技術(shù)實現(xiàn)燈光系統(tǒng)的控制。 系統(tǒng)通過對人體的信號和環(huán)境光信號的識別和智能判斷， 作為教室合理開燈的條 件，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(fèi)。最后，通過主機(jī)上的顯示器模塊對每個教室節(jié)點的狀態(tài)進(jìn)行查詢， 通過通信 協(xié)議對每個節(jié)點傳輸查詢命令，教室節(jié)點便把該教室的燈光狀態(tài)發(fā)送到主控制 室，便于管理人

4、員進(jìn)行教室的管理。本文設(shè)計的教室燈光智能管理系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)開關(guān)照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能單一， 只能人為化控制無法實現(xiàn)自動化等對象缺點。 同時充分利用了自然光照， 減少了 能源過度的浪費(fèi)。關(guān)鍵字：智能控制系統(tǒng)、RS485總線、通信協(xié)議、燈光管理、傳感器AbstractNowadays, with the rapid economic development, energy shortages have become increasingly prominent, become a national economic development obstacles.As an integral part of

5、 industrial production and peoples life energy to power even more so. Especially in todays increasingly promote low carbon living, energy conservation has become a global consensus, but as a culture of social elite universities should play a role model. However, in the campus, classrooms empty light

6、s are common occurrences, which not only caused a serious waste of resources, but also on the universitys image caused a very bad influence. Therefore, the development of simple, energy-saving, practical classroom lighting intelligent control system has important practical significance.Firstly, comb

7、ined with intelligent control lighting control system, this paper proposes four networking, networking weigh these four put forward by the RS485 bus control network for the classroom, based on comprehensive training platform EP2C35 FPGA chip development intelligent control box for the classroom host

8、, centralized management, automatic node in a controlled manner to control the classroom lights.Secondly, this paper introduces the classroom lighting intelligent control system used in the circuit module and achieve the function, a brief introduction to the framework and the main structures of the

9、hardware components, as well as the composition of the classroom by the STC microcontroller minimum system device nodes, while the smallest system Introduction unified interface to external sensor module, the communication receiver module, control module, and the host phase consisting of a complete

10、control system.Again, the article has designed a pyroelectric sensor and light sensor detect human information collected in the external environment illumination system and programmed by the microcontroller and software technology to achieve lighting system control. System through the bodys signals

11、and ambient light signal recognition and intelligent judgment, as a classroom lights reasonable conditions, the completion of classroom lighting intelligent control loop to avoid wasting a lot of electricity in the classroom.Finally, the display module on the host status of the nodes in each classro

12、om query, via a communication protocol for each node transmits query command, put the classroom classroom node status is sent to the main control room lighting, ease of management personnel of the classroom management.This design of classroom lighting intelligent managementsystem to solve the tradit

13、ional function of a single switch lighting system structure can only be contrived control objects such shortcomings can not be automated. Taking full advantage of the natural light, reducing the excessive energy waste.Keywords: Intelligent Control System, RS485 bus, Communication Protocol， Lighting

14、Management,Sensor目錄摘 要 1Abstract 2目錄 3第1章緒 論 41.1 教室照明智能管理系統(tǒng)的概述 41.2 教室照明系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展 5第 2 章系統(tǒng)方案 62.1 教室照明智能控制網(wǎng)絡(luò)的選擇 62.2 教室節(jié)點的控制方案 82.3 教室照明智能管理系統(tǒng)總體方案闡述 8第 3 章功能與控制模塊 93.1 教室燈光智能控制系統(tǒng)功能概述 93.2 單元模塊的選擇及原理圖 10第 4 章 硬件結(jié)構(gòu) 144.1 硬件結(jié)構(gòu)概述 144.2 通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 154.3 節(jié)點單片機(jī)子系統(tǒng) 17第 5 章 軟件系統(tǒng) 185.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計 185.2 信號采集設(shè)計 20第六章 總

15、結(jié) 21參考文獻(xiàn)： 22程序 錯 誤 ! 未定義書簽。第 1 章 緒 論隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 能源損耗的問題日益突出 我國教室甚至 是公司企業(yè)等室內(nèi)公共場所燈光的智能控制相對缺乏和不完善， 大多數(shù)是傳統(tǒng)式 的人工管理， 造成很多不必要電能浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失， 這種浪費(fèi)與當(dāng)今的節(jié)能理念 相違背。此外， 隨著計算機(jī)技術(shù)的普及和自動化程度不斷提高， 自動控制燈光的 措施還是非常有必要實施的。為了盡最大的可能節(jié)約資源，減少不必要的資源浪費(fèi)，本文設(shè)計了一套 可以有效的實現(xiàn)教室燈光的智能控制。 其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號和環(huán)境光 強(qiáng)度信號等外界因素。 環(huán)境光的強(qiáng)度達(dá)到一定值時不開燈， 環(huán)境光強(qiáng)度在

16、一定閥 值以下且有人存在時開燈，實驗證明這種方案可以實現(xiàn)對教室燈光進(jìn)行智能控 制。1.1 教室照明智能管理系統(tǒng)的概述當(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，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(jī)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(jìn)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(fèi)， 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

17、， 而且無法人性化控制。 現(xiàn)代自動化程度不斷提高， 計算機(jī)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。照明智能管理系統(tǒng)是一種可以自動對周圍環(huán)境的信號進(jìn)行采集和判斷， 然后 經(jīng)過微處理器進(jìn)行對信號的分析和處理，從而使燈光的狀態(tài)作出適應(yīng)性的變化。 與傳統(tǒng)的普通開關(guān)照明相比， 智能燈光照明系統(tǒng)將有助于提高照明控制的智能化 程度，使整個照明系統(tǒng)呈現(xiàn)全自動狀態(tài)；減輕電能消耗，具有良好的節(jié)電效果； 改善室內(nèi)工作環(huán)境， 提高室內(nèi)人員工作效率； 提高照明系統(tǒng)管理水平， 大大減少 大樓運(yùn)行、維護(hù)和管理費(fèi)用。這將使得照明智能管理系統(tǒng)更加適用于樓宇的照明。教室照明智能控制可以分為信號采集部分

18、、 信號處理部分、 串口通信三大部 分：信號采集部分，通過傳感器元件對周圍光照、人員等信號進(jìn)行采集，是控制 教室內(nèi)燈光狀態(tài)的條件因素； 信號處理部分， 是對傳感器采集到的信息進(jìn)行辨別 和處理，將收集到的環(huán)境信號轉(zhuǎn)化為電信號； 串口通信， 由于教室節(jié)點之間不能 相互進(jìn)行通信， 只能與主控制室進(jìn)行通信， 因此選擇一種可靠的通信方式至關(guān)重 要。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般采用集中式和分散式兩種控制方式： 集中式控制管理網(wǎng)絡(luò) 主要是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 系統(tǒng)中由一個位于網(wǎng)絡(luò)中心的中央總控制器實現(xiàn)對照明系 統(tǒng)的檢測與控制策略的實施， 各照明節(jié)點的控制和數(shù)據(jù)處理都要由總控制器來完 成；分散式網(wǎng)絡(luò)， 所有的子系統(tǒng)都掛接在總線

19、上， 各子系統(tǒng)通過通信協(xié)議進(jìn)行信 息通訊。各子系統(tǒng)可以獨立完成照明控制。 如果子系統(tǒng)發(fā)生故障， 其影響性只局 限在局部范圍，不會擴(kuò)散到整個系統(tǒng)。在教室照明智能管理系統(tǒng)的設(shè)計中，我們要考慮到以下幾個特點：（1）低成本：大量的燈具和傳感器終端節(jié)點是教室控制網(wǎng)絡(luò)中控制的主要 對象，這種較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)需要一個低成本的節(jié)點組網(wǎng)技術(shù)。（2）最低能耗：教室照明智能管理系統(tǒng)是一種能夠根據(jù)環(huán)境的變化進(jìn)行自 我的調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，確定一個最低能耗的工作點顯得非常重要。（3）可維護(hù)性：能夠在系統(tǒng)主框架不做改動的情況下進(jìn)行維護(hù)和更新，加 入新的電子設(shè)備。（4）簡單實用：教室照明智能控制系統(tǒng)的的電路一般都比較繁瑣，怎么才 能

20、使之簡單、實用是個重點，分散式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)解決了這一難題。1.2 教室照明系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展據(jù)國家建設(shè)部的統(tǒng)計，全國照明用電量大約占發(fā)電總量的10%12%。對照 明場所較多、 照明時間較長的如高等學(xué)校這樣的單位， 據(jù)測算， 其照明用電占學(xué) 校用電總量的 40%左右。然而，目前我國大部分高校都依賴人工進(jìn)行教室燈光的 管理，常出現(xiàn)教室空無一人卻燈火輝煌， 只有兩三個人卻開幾十盞燈， 或者白天 光線足夠強(qiáng)卻依然開燈。 管理員因教室數(shù)量巨大而無法及時對所有的教室都實施 有效的控制， 經(jīng)常出現(xiàn)無人時教室開燈， 光線充足時也開燈， 這就造成了不必要 的電能浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)代照明除了要滿足人的基本生活、 學(xué)習(xí)要

21、求之外， 將更注重能量的節(jié)省和 使用上的便利， 以及滿足人類工程學(xué)的個性方面的要求。 特別是近年來大廈內(nèi)利 用計算機(jī)工作的人員比例上升，不同視覺要求的工作的數(shù)量和復(fù)雜程度大大增 加。所以，要做到合理、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能，首先應(yīng)采用先進(jìn)成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，如電 光源、燈具、照明控制設(shè)備等， 另外，還要選擇合適的照明方式和照明控制系統(tǒng)。 因此，適應(yīng)不同個人和工作需要， 結(jié)合自動調(diào)節(jié)與手動調(diào)節(jié)的的智能化照明系統(tǒng) 已經(jīng)成為必不可少了。而目前常見的智能照明系統(tǒng)也只是主要應(yīng)用于辦公領(lǐng)域、 家居領(lǐng)域、 公共設(shè) 施領(lǐng)域。而在這些領(lǐng)域內(nèi)， 照明控制系統(tǒng)采用聲控形式， 其控制形式是將采集到 的聲音信號處理后傳遞給邏輯電路來

22、進(jìn)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(fèi)， 邏輯電路只能實現(xiàn)較少功能， 一般僅適應(yīng)走廊或門廳 使用，比較成熟點的照明智能控制系統(tǒng)主要是運(yùn)用在比較大型的酒店。 為了體現(xiàn) 酒店的高品位及自身形象，傳統(tǒng)的硬線控制不能滿足節(jié)能性、智能性、便捷性、 可擴(kuò)展性的需求， 目前酒店的智能照明控制系統(tǒng)已經(jīng)具備了多樣化、 組合化、數(shù) 字化等特點。目前，比較流行的智能照明控制方式按照技術(shù)可劃分為三類。（ 1 ）基于多線型的控制方式多線型智能照明控制系統(tǒng)由兩級網(wǎng)絡(luò)組成， 上級網(wǎng)是基于以太網(wǎng)的內(nèi)部局域 網(wǎng)，主要包括系統(tǒng)主機(jī)、區(qū)域智能控制器及相應(yīng)工作站，子網(wǎng)是由上位機(jī)（ 樓層通訊工作站）和下位機(jī)

23、（區(qū)域智能控制器）組成的RS-485總線網(wǎng)絡(luò)。區(qū)域智能控制 網(wǎng)絡(luò)通常可以由調(diào)光模塊、 開關(guān)模塊、控制面板、液晶顯示觸摸屏、 智能傳感器、 編程插口、時鐘管理器、 手持式編程器和中央控制單元組成， 將上述各種具備獨 立功能的模塊用獨立的通訊線與中央控制單元點到點的連接， 組成一個區(qū)域型的 控制網(wǎng)絡(luò)。（2）基于總線型的控制方式總線型智能照明控制系統(tǒng)與多線型在控制原理上十分相似， 但是由統(tǒng)一的網(wǎng) 絡(luò)組成，結(jié)構(gòu)簡單，主要包括系統(tǒng)主機(jī)、智能控制器及智能終端模塊，智能控制 器及智能終端模塊分布于現(xiàn)場， 在網(wǎng)絡(luò)中都對應(yīng)著唯一的地址， 通過一根總線電 纜可以與系統(tǒng)內(nèi)的任一設(shè)備進(jìn)行通訊。（ 3）基于 IP 技術(shù)

24、的控制方式IP 技術(shù)智能照明控制系統(tǒng)是目前市場上技術(shù)最先進(jìn)的控制方式， 其控制原理 與總線型系統(tǒng)相似， 但它已經(jīng)突破了智能控制網(wǎng)絡(luò)的界限， 直接將照明系統(tǒng)納入 到以太網(wǎng)絡(luò)或是In ternet網(wǎng)絡(luò)中去，利用TCM協(xié)議為系統(tǒng)中的每一個控制節(jié)點甚 至是網(wǎng)絡(luò)燈具都分配了全球唯一的IP地址，由于有了雙向高速的傳輸特性，可以 實時遠(yuǎn)程監(jiān)控、 設(shè)置系統(tǒng)所有設(shè)備的安全工作情況， 系統(tǒng)可在網(wǎng)內(nèi)多個信息終端 實時預(yù)警系統(tǒng)故障。第 2 章 系統(tǒng)方案2.1 教室照明智能控制網(wǎng)絡(luò)的選擇在照明智能控制系統(tǒng)中， 教學(xué)樓子網(wǎng)的構(gòu)建是重中之重。 教室網(wǎng)絡(luò)的選擇一 般有以下兩個基本原則：一是教室節(jié)點的性能要求，如數(shù)據(jù)傳輸速率、

25、可靠性、 接入速度等； 另一個就是能否滿足設(shè)計的功能需求。 一般系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用集中 式和分散式兩種控制方式，集中式系統(tǒng)是把所有的功能都集成到主服務(wù)器上,這樣對服務(wù)器要求很高 ,性能也不好,優(yōu)點是便于維護(hù) ,操作簡單。 然而這類網(wǎng)絡(luò)不 利的一面是來自所有終端的模塊都由主機(jī)完成，這類網(wǎng)絡(luò)處理速度可能有些慢。 分布式系統(tǒng)是把各地不同地理位置的模塊集中起來形成一個系統(tǒng)， 這種性質(zhì)使得 分布式系統(tǒng)可以減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)， 同時系統(tǒng)設(shè)計上具有更大的靈活性， 可為獨 立的模塊提供特殊的功能。2.11 幾種教室組網(wǎng)模型組網(wǎng)模型有許多種， 但是大致可分為兩種模型： 無線組網(wǎng)和有線組網(wǎng)。 在針 對實際生活中，各有

26、各的優(yōu)缺點。無線網(wǎng)絡(luò)雖然解決了教學(xué)樓布線麻煩的缺點， 但是由于無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率慢且不穩(wěn)定，一直是無線網(wǎng)絡(luò)無法普及的一大缺 點。有線組網(wǎng)繼承了智能家居布線麻煩等傳統(tǒng)性的缺點， 另外可擴(kuò)展性也比較差。 但是有線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率快， 使之成為燈光智能控制系統(tǒng)的主流選擇。 我們結(jié)合 了一下三種教室組網(wǎng)的優(yōu)缺點，提出了以下三套方案。（1）基于 zigbee 域網(wǎng)協(xié)議的無線組網(wǎng)Zigbee 是一種新興的短距離、低速率、低功耗無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介 于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。它此前被稱作“ HomeRF Lite ”或 “FireFly ”無線技術(shù)，主要用于近距離無線連接。它有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)，

27、在 數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。 這些傳感器只需要很低的功耗， 以 接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器， 因此它們的通 信效率非常高。 最后，這些數(shù)據(jù)就可以進(jìn)入計算機(jī)用于分析或者被另外一種無線 技術(shù)如WiMaX攵集。Zigbee的缺點是傳輸距離短，只介于10100m之間，對于中長距離的節(jié)點 難以控制。（2）基于以太網(wǎng)的局域組網(wǎng) 以太網(wǎng)是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)， 該標(biāo)準(zhǔn)定義了在局 域網(wǎng)（LAN中采用的電纜類型和信號處理方法。以太網(wǎng)在互聯(lián)設(shè)備之間的傳輸 信息的速度高（速率為 1 01 00M bps ，同時又具有低耗、易于安裝和兼容性好等 方面的

28、優(yōu)勢 , 由于它支持幾乎所有流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 ,所以在大多數(shù)系統(tǒng)中被廣泛 采用。近些年來 ,隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 , 以太網(wǎng)進(jìn)入了控制領(lǐng)域 ,形成了新型的以 太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。以太網(wǎng)的連接方式有總線型和星型兩大類： 總線型連接所需的電纜較少、價格便宜、管理成本高，不易隔離故障點、采 用共享的訪問機(jī)制， 易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。 早期以太網(wǎng)多使用總線型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 采 用同軸纜作為傳輸介質(zhì)， 連接簡單， 通常在小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中不需要專用的網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備，但由于它存在的固有缺陷， 已經(jīng)逐漸被以集線器和交換機(jī)為核心的星型網(wǎng)絡(luò) 所代替。星型連接的以太網(wǎng)管理方便、 容易擴(kuò)展、需要專用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)的核 心節(jié)點、需要更

29、多的網(wǎng)線、對核心設(shè)備的可靠性要求高。 采用專用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如 集線器）作為核心節(jié)點，通過雙絞線將局域網(wǎng)中的各臺主機(jī)連接到核心節(jié)點上， 這就形成了星型結(jié)構(gòu)。 星型網(wǎng)絡(luò)雖然需要的線纜比總線型多， 但布線和連接器比 總線型的要便宜。 此外，星型拓?fù)淇梢酝ㄟ^級聯(lián)的方式很方便的將網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到很 大的規(guī)模，因此得到了廣泛的應(yīng)用，被絕大部分的以太網(wǎng)所采用。（3）基于RS-485總線的有線組網(wǎng)RS-485 總線通信模式由于具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、通信距離和數(shù)據(jù)傳輸 速率適當(dāng)?shù)忍攸c而被廣泛應(yīng)用于儀器儀表、智能化傳感器集散控制、樓宇控制、 監(jiān)控報警等領(lǐng)域。RS485專輸數(shù)據(jù)以差分通信，用極性定義了信號的邏輯狀態(tài)。

30、傳輸數(shù)據(jù)高達(dá)一千米以上，最高速率達(dá)10Mbps并且總線上可掛載的設(shè)備可達(dá)32以上，滿足一般工業(yè)及智能家居通信的需求。但RS485總線存在自適應(yīng)、自保護(hù)功能脆弱等缺點， 如不注意一些細(xì)節(jié)的處理， 常出現(xiàn)通信失敗甚至系統(tǒng)癱瘓 等故障，因此提高RS-485總線的運(yùn)行可靠性至關(guān)重要。2.12基于RS-485總線的有線組網(wǎng)用于教室照明智能管理系統(tǒng)的可行性 教室組網(wǎng)是整個教室燈光智能控制系統(tǒng)的神經(jīng)與核心， 對于教室組網(wǎng)來說必 須滿足以下幾個特點：（1）可靠性 教室組網(wǎng)要求數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃圆荒芤驗楦蓴_或者信道阻塞而下降， 要保證 主控室主機(jī)與教室節(jié)點之間安全、無差錯的數(shù)據(jù)傳輸。在RS485總線系統(tǒng)中，由 于

31、存在自適應(yīng)、 自保護(hù)功能脆弱等缺點， 如果不注意這些細(xì)節(jié)的處理， 就會出現(xiàn) 通信失敗甚至系統(tǒng)癱瘓等故障， 為了解決這個缺點， 主機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時， 特別在 分節(jié)點加入了反饋功能， 主機(jī)得到其反饋信息在作出相應(yīng)的措施， 就避免了其缺 點的產(chǎn)生，大大提高了其穩(wěn)定性、可靠性。（2）低成本性 教室燈光智能控制系統(tǒng)在教學(xué)樓的應(yīng)用中，會有幾十個乃至上百個節(jié)點， 對于這些節(jié)點的開支是相當(dāng)可觀的， 我們采用的大多數(shù)是市場上主流的芯片和模 塊，但是價錢卻很實惠， 可盡可能小為學(xué)校節(jié)省不必要的開支。 實現(xiàn)真正的低成 本，高性能。（3）可維護(hù)性 在教室中設(shè)備不會一成不變， 而在實際應(yīng)用中經(jīng)常需要添加或者減少一些設(shè) 備

32、節(jié)點，當(dāng)設(shè)備節(jié)點數(shù)目發(fā)生變動時，系統(tǒng)應(yīng)該具備一定的機(jī)制擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)節(jié)點， 而不需要改變網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。 在本系統(tǒng)中， 我們針對傳統(tǒng)照明智能管理可擴(kuò)展性差 的缺點，特意多加了許多沒有接燈具或者設(shè)備的節(jié)點， 這些多出來的節(jié)點正好補(bǔ) 充了節(jié)點變動帶來的無法擴(kuò)展的缺點。2.2 教室節(jié)點的控制方案2.21 教室節(jié)點具有獨立控制燈光能力 室節(jié)點布置有可以自主控制控制其節(jié)點的控制按鈕， 可以使燈具擺脫周圍環(huán) 境的束縛， 顯得更具有人性化。 我們?yōu)榱藢崿F(xiàn)這種功能特意在教室里安裝了可人 工控制的開關(guān)，這樣使得可以根據(jù)人的的特定需求而使得教室燈光狀態(tài)作出改 變。我們?yōu)榻淌业恼彰飨到y(tǒng)設(shè)計了三個開關(guān)：開、關(guān)、自動。當(dāng)開關(guān)調(diào)到

33、開時， 燈具強(qiáng)制打開，不管教室內(nèi)有沒人和光照強(qiáng)度如何。開關(guān)調(diào)到關(guān)時，燈具熄滅， 而且傳感器也處于關(guān)閉狀態(tài)。 當(dāng)調(diào)到自動擋時， 燈光狀態(tài)由周圍的光照強(qiáng)度和人 員有無的狀況決定。2.22 教師節(jié)點受主機(jī)控制 作為主控制端的主機(jī)，應(yīng)具有能夠管理其子系統(tǒng)的功能，起著心臟的作用， 故主機(jī)上必須能夠同時控制所有的教室的功能。教師的主機(jī)安放于主控制室內(nèi)， 主機(jī)上具有開關(guān)電源控制， 可以由一個主控制室控制所有教室的燈光狀況， 而且 主控制器的開關(guān)具有優(yōu)先級， 它是整個系統(tǒng)的正常工作的主控制按鈕。 這樣做的 好處就是能夠一個地方對多個不同的地方集中式的管理。2.3 教室照明智能管理系統(tǒng)總體方案闡述本文完成的教室

34、燈光智能控制系統(tǒng)是以 RS485為基礎(chǔ)，綜合了一套自主改編 的通信協(xié)議建立起來的一套比較完善的燈光控制系統(tǒng)。 設(shè)計目的是將教室中的燈 具設(shè)備組建成一個有線網(wǎng)絡(luò)，使燈具設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)化、自動化、智能化的特征。 在此基礎(chǔ)上運(yùn)用傳感器的元件對教室內(nèi)光照和人員信號進(jìn)行采集， 通過處理電路 對信號進(jìn)行處理， 轉(zhuǎn)換為電信號， 傳入微處理器。 微處理器具有將電信號識別的 功能，同時控制燈具的輸出狀態(tài)。從功能層次來看， 本文的教室照明智能控制系統(tǒng)由教室設(shè)備節(jié)點、 教學(xué)樓主 機(jī)兩部分組成。 從網(wǎng)絡(luò)層次上看， 為教室智能控制系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。 圖 2-1 即為本文總的設(shè)計結(jié)構(gòu)圖:圖2-1教室燈光智能控制系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖教室

35、設(shè)備節(jié)點包括以下三個部分：收發(fā)模塊、運(yùn)算和控制單元、傳感模塊。 收發(fā)模塊作為系統(tǒng)中各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的通信接口，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)電設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)或指令的收發(fā)。節(jié)點的傳感模塊，主要進(jìn)行對周圍環(huán)境的光照強(qiáng)度和人員的探測， 然后檢測和控制是否開燈，這種控制或者檢測功能需要通過運(yùn)算和控制單元操作 完成。在本系統(tǒng)中教室設(shè)備節(jié)點的硬件設(shè)備是基于STC 52系列單片機(jī)，其他傳感器模塊等設(shè)備為輔。本文介紹的教室照明智能管理系統(tǒng)主機(jī)是采用Nios II嵌入式處理器，主機(jī)與教室的通訊采用FPGAEP2C35開發(fā)平臺，其作用是實現(xiàn)主機(jī)與教室節(jié)點快速 通訊。FPGA采用了邏輯單元陣列LCA(Logic Cell Array )

36、這樣一個概念，內(nèi)部包 括可配置邏輯模塊、輸出輸入模塊和內(nèi)部連線三個部分。現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA是可編程器件，與傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列相比，F(xiàn)PG曲有不同的結(jié)構(gòu)。FPGA利用小型查找表(16X1RAM來實現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動其他邏輯電路或驅(qū)動I/O ,由此構(gòu)成了既可實現(xiàn)組合邏輯功能又可實現(xiàn)時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊。FPGA的邏輯是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲單元加 載編程數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及 各模塊之間或模塊與I/O間的聯(lián)接方式，并最終決定了 FPGA所能實現(xiàn)的

37、功能。第3章功能與控制模塊3.1教室燈光智能控制系統(tǒng)功能概述(1)自然光亮度采集功能要實現(xiàn)室內(nèi)照明的節(jié)能，最根本的問題是要充分的利用自然光， 從而減少電 能的消耗。本系統(tǒng)是在教室內(nèi)安裝光敏電阻，實現(xiàn)對教室內(nèi)光照信號的采集。 光 照信息作為判斷是否亮燈的優(yōu)先級，如果外界光照強(qiáng)的話，那么即使是教室內(nèi)有人員存在都不亮燈。(2)人體數(shù)量采集功能由于經(jīng)常出現(xiàn)人走了，教室燈還亮著的情況，這種現(xiàn)象給學(xué)校和國家都造成 了很大的經(jīng)濟(jì)損失。為了智能的控制教室燈光在人走后燈滅，故在教室內(nèi)安裝熱釋電人體傳感器，用于判斷教室內(nèi)是否有人活動。當(dāng)識別出有人進(jìn)入教室時，就 能夠發(fā)送出信號給控制電路，同時能夠計算出教室內(nèi)的人數(shù)

38、。熱釋電傳感器(PIR)是利用了人體向外不斷輻射的熱紅外光波(中心波長約為9.65卩m)在鈦酸鋇類晶體上產(chǎn)生的熱電效應(yīng)達(dá)到感知人體目的的，RE200B熱釋電傳感器為該單元的核心器件。其原理圖如下圖 3-1所示。；傳感器T:R偏置X 電團(tuán)L U!?M電容封粕內(nèi)部電盒丄GND圖3-1熱釋電傳感器原理圖(3) 具有自動控制功能系統(tǒng)根據(jù)傳感器采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)為判斷依據(jù)，并結(jié)合人數(shù)預(yù)測模型，綜合判斷后，給出控制命令控制燈光狀態(tài)。本系統(tǒng)利用電壓比較器對傳感器收集的信號 進(jìn)行處理，再經(jīng)過微處理器的控制使得該系統(tǒng)具有自動控制功能。(4) 具有通訊功能每個教室的控制器都是通訊網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，都有獨立的地址，能實

39、現(xiàn)與上位機(jī)系統(tǒng)的通訊，發(fā)送數(shù)據(jù)并接收命令。系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和 整體控制的基礎(chǔ)。本課題利用FPGA EP2C35的RS232串行通訊功能和單片機(jī)機(jī)的 UART串口，并考慮到系統(tǒng)的傳輸距離和穩(wěn)定性的要求，設(shè)計了利用RS485總線的通訊網(wǎng)絡(luò)。3.2單元模塊的選擇及原理圖3.21光敏傳感器的采用作為教室燈具開關(guān)的判斷依據(jù)，光敏傳感器對環(huán)境光照的判斷起著重要的作用。我們?yōu)楣饷魝鞲衅鞯脑O(shè)計作出了兩種方案：(1)方案一：采用光敏電阻對光照強(qiáng)度的判斷由于室內(nèi)燈光亮度會對光敏電阻對環(huán)境光信號的判斷產(chǎn)生干擾，所以需要在教室的內(nèi)外同時安裝光敏傳感器。教室內(nèi)部教室外部教室外部光敏傳感器由光敏電阻、電壓比

40、較器(LM393、LM3914勾成，由單片機(jī)進(jìn)行控制。當(dāng)教室燈光亮?xí)r，室內(nèi)傳感器無法對環(huán)境光照強(qiáng)度進(jìn)行判斷，失去其功能，于是在教室外也安裝光敏傳感器。該傳感器同時還具有對教室外部光 強(qiáng)度顯示的功能。LM3914是 10位發(fā)光二極管驅(qū)動器，它可以把輸入模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出 驅(qū)動10位發(fā)光二極管來進(jìn)行點顯示或柱顯示。4腳和6腳之間連接有10個精密 分壓電阻，7腳和8腳之間是一個參考電壓源，9腳為點/柱模式選擇，5腳為信 號輸入端。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。R 100ULED1 z LEDtO100uFLM39144 5GND o12 11 1089IB 1716 15 1413圖3-2 LM39

41、14結(jié)構(gòu)電路圖(2)方案二：基于BH1750芯片對光照的采集主控器通過 IIC (Inter Integrated Circuit、通訊接口讀取 BH1750采集到的數(shù)據(jù)，然后按照用戶要求的形式通過界面將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)從系統(tǒng)的框架圖可 以看出，使用BH1750搭建測光系統(tǒng)相對比較簡單.因此，開發(fā)人員可以很容易 地將此IC嵌入到其他需要測光功能的系統(tǒng)中，從而降低系統(tǒng)的復(fù)雜度.BH1750只需占用主控器的3個I/O端口就可以正常工作。如果系統(tǒng)需要是 采用多片此IC,則每兩片BH1750可以共用這3個I/O端口，只需將其中一片 的地址腳ADDR接高電平，另一片接低電平就可以互不干擾。主控器將通過不同地址訪

42、問不同ICo BH1750接線圖如圖3-3所示。3.22熱釋電傳感器人體檢測單元熱釋電紅外傳感器是一種新型敏感元件，制造熱釋電紅外傳感器的高熱材料 是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為 0. 2209m為了對某一波長范圍的紅 外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。 此濾波片只 允許某些波長范圍的紅外光通過， 而阻止燈光、陽光和其它紅外光通過。采用熱 釋電傳感器的優(yōu)勢是成本低，不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源，隱蔽性好，可流動安裝，靈敏度高、控制范圍大。熱釋電紅外傳感器利用熱釋電效應(yīng)，能以非 接觸形式檢測出人體輻射的紅外線， 并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柾瑫r，它還能鑒別出 運(yùn)動的生物與

43、其他非生物。RE200B的 D C、S端分別為電源端、地端和目標(biāo)輸 出電壓端輸出信號VO接單片機(jī)，如圖3-4為熱釋電傳感器外接電路圖。繼電器驅(qū)動接口電路如圖3-5所示，這里繼電器由相應(yīng)的PNP型號的59012 三極管來驅(qū)動，開機(jī)時，單片機(jī)初始化后的P3. 5/P3. 6為高電平，三極管截止， 所以開機(jī)后繼電器始終處于釋放狀態(tài)，如果P3. 5/P3. 6為低電平，三極管的基極就會被拉低而產(chǎn)生足夠的基極電流， 使三極管導(dǎo)通，繼電器就會得電吸合，從 而驅(qū)動負(fù)載，點亮相應(yīng)電燈。繼電器的輸出端并聯(lián) 100歐的電阻和6800皮法電 容,目的是避免繼電器吸合與釋放期間產(chǎn)生火花。 每個繼電器都有一對常開常閉

44、的觸點，便于在其他電路中使用，繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸收 反向電動勢的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動三極管，這種繼電器驅(qū)動方式硬件結(jié)構(gòu)比較 簡單。P3.5為低時維恥器含L.anripOui ikj ntT2J3COM2P NV 9012圖3-5繼電器驅(qū)動電路圖3.24各節(jié)點穩(wěn)壓電源單元穩(wěn)壓單元采用LM7805線性穩(wěn)壓集成電路構(gòu)成，輸入電壓范圍5-35V，輸出穩(wěn)壓5V直流電，最大電流可達(dá)1.5A。D1與D2兩只二極管分別為電容反向放電 電壓保護(hù)二極管和防反接保護(hù)二極管。如下圖3-6所示。WEZXD3MBir017X02zxmMB圖3-6各節(jié)點穩(wěn)壓電源電路圖第4章硬件結(jié)構(gòu)4.1硬件結(jié)構(gòu)概述主機(jī)

45、為整套教室燈光智能控制系統(tǒng)的核心，其通過RS485總線網(wǎng)絡(luò)與下屬單 片機(jī)子系統(tǒng)通信。單片機(jī)子系統(tǒng)以反饋的方式回應(yīng)主機(jī)的循環(huán)問詢，達(dá)到上報傳 感器信息，執(zhí)行控制命令的功能。單片機(jī)子系統(tǒng)與單片機(jī)子系統(tǒng)間不直接通信，由主機(jī)完成信息的收集與控制功能。如下圖4-1所示。圖4-1教室智能燈光管理系統(tǒng)硬件框架圖通過主機(jī)連接顯示器，對系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行輸出顯示。顯示器件采用的是 1602液晶顯示器，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。 它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字 符,每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距 的作用。

46、如圖4-2所示為1602液晶顯示器與主控制器的連接圖。U 1! 7A&TR2.UA9- 川 P9 21&1 D L l如1 訊Al 2* 皿占剛J 円Si 4匹r.yfsu PJ-1frtE- 旳遍匚時.P3vF尸了 PF二-FBqhtBa亠圖4-2 1602液晶顯示器與主控制器連接圖1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時 對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器 調(diào)整對比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指

47、令 寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平1時進(jìn)行讀操作，低電平0時進(jìn)行寫操作。第6腳：E（或EN）端為使能（enable端,高電平1時讀取信息，負(fù)跳變時執(zhí)行指令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。4.2通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)4.21 RS485標(biāo)準(zhǔn)介紹電子工業(yè)協(xié)會（EIA）于1983年制訂并發(fā)布RS485標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)通訊工業(yè)協(xié)會（TIA）修訂后命名為TIA/EIA-485-A，習(xí)慣地稱之為 RS485標(biāo)準(zhǔn)。RS485標(biāo)準(zhǔn)是為彌補(bǔ)RS232通信距離短、速率低等缺點而產(chǎn)生的。RS485標(biāo) 準(zhǔn)只規(guī)定了平衡發(fā)送器和接收器的電特性，而沒有規(guī)定接

48、插件、傳輸電纜和應(yīng)用層通信協(xié)議。RS485數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式（Differential Driver Mode ）,也稱作 平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為 A,另一線定義為B,如下圖 4-3所示。圖4-3 RS485邏輯示意圖通常情況下，發(fā)送發(fā)送器 A B之間的正電平在+2 - +6V,是一個邏輯狀態(tài)； 負(fù)電平在-2 - -6V，是另一個邏輯狀態(tài)。在RS485器件中，一般還有一個“使能” 控制信號?！笆鼓堋毙盘栍糜诳刂瓢l(fā)送發(fā)送器與傳輸線的切斷與連接，當(dāng)“使能” 端起作用時，發(fā)送發(fā)送器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，它是有別于邏輯“ 1” 與“0”的第三種狀態(tài)。對于接收發(fā)送器，

49、也作出與發(fā)送發(fā)送器相對的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞 線將A-A與B-B對應(yīng)相連。當(dāng)在接收端 A-B之間有大于+200mV的電平時，輸出 為正邏輯電平；小于-200mV時，輸出為負(fù)邏輯電平。在接收發(fā)送器的接收平衡 線上，電平范圍通常在200mV至 6V之間。定義邏輯1 （正邏輯電平）為BA的狀態(tài)，邏輯0 （負(fù)邏輯電平）為AB的 專題，A、B之間的壓差不小于200mV.TIA/EIA-485串行通訊標(biāo)準(zhǔn)的性能如表格所示:規(guī)格TIA/EIA-485傳輸模式平衡電纜長度90Kbps4000ft(1200m)電纜長度10Mbps50ft(15m)數(shù)據(jù)傳輸速度 10Mbps最大差動輸出6V最小差動輸出1.

50、5V接收器敏感度0.2V發(fā)送器負(fù)載（歐 姆）60最大發(fā)送器數(shù)量32單位負(fù)載最大接收器數(shù)量32單位負(fù)載RS485標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mbps通常，RS485網(wǎng)絡(luò)采用平衡雙絞線作為傳輸媒體。平衡雙絞線的長度與傳輸 速率成反比，只有在20kbps速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。只有 在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般來說，15米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mbps注意：并不是所有的RS485收發(fā)器都能支持高達(dá)10Mbps的通訊速率。如果 采用光電隔離方式，則通訊速率一般還會受到光電隔離器件響應(yīng)速度的限制。RS485網(wǎng)絡(luò)采用直線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，需要安裝 2個終端匹

51、配電阻，其阻值要求等 于傳輸電纜的特性阻抗（一般取值為120Q）。在短距離、或低波特率波數(shù)據(jù)傳輸時可不需終端匹配電阻，即一般在 300米以下、19200bps不需要終端匹配電 阻。終端匹配電阻安裝在RS485傳輸網(wǎng)絡(luò)的兩個斷點，并聯(lián)連接在A-B引腳之間。RS485標(biāo)準(zhǔn)通常被用作一種相對經(jīng)濟(jì)、具有相待高噪聲抑制、相對高的傳輸 速率、傳輸距離遠(yuǎn)、寬共模范圍的通信平臺。同時，RS485電路具有控制方便、成本低廉等優(yōu)點。在過去的20年時間里，建議性標(biāo)準(zhǔn) RS485作為一種多點差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾?氣規(guī)范，被應(yīng)用在許多不同的領(lǐng)域，作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。目前，在我國應(yīng)用的現(xiàn) 場網(wǎng)絡(luò)中，RS485半雙工異步通信總線

52、也是被各個研發(fā)機(jī)構(gòu)廣泛使用的數(shù)據(jù)通信 總線。但是基于在RS485總線上任一時刻智能存在一個主機(jī)的特點，它往往應(yīng)用 在集中控制樞紐與分散控制單元之間。4.22 URRT-RS485總線集線器目前單片機(jī)、計算機(jī)普遍使用的是串行接口UART標(biāo)準(zhǔn)，UART為單端通信模式，而RS485為差分通信模式并不直接兼容。為了適應(yīng)本管理系統(tǒng)的應(yīng)用情況， 利用UART與 MAX48驅(qū)動芯片，以TTL信號為中介、構(gòu)建 UART-RS48轉(zhuǎn)接器與總線集線器。三極管Q1與MAX48雙向使能端連接，構(gòu)成自動換向電路。如下圖4-4所示。9 STC89C5240vcc RXD10 1Ph 7； vssTX0RXD VCC RE

53、 B DE aTXD20MAX485C圖4-4 uart-485總線集線器電路圖4.3節(jié)點單片機(jī)子系統(tǒng)單片機(jī)子系統(tǒng)由STC52系列單片機(jī)構(gòu)成最小系統(tǒng)，通過 MAX48驅(qū)動芯片將 單片機(jī)UARTS 口的TTL信號接入RS485總線網(wǎng)絡(luò)。單片機(jī)子系統(tǒng)自身并不集成 功能設(shè)備，但預(yù)置多組統(tǒng)一形式的接口，不斷擴(kuò)展功能型外掛設(shè)備。如下圖4-5所示。P20 P2 1 P2 2 P23 芮4AT89C51圖4-5單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖貂瞬rPX6P27ALEES poo PO I POJ K).3 P04 P0.5 PO.A第5章軟件系統(tǒng)5.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計教室節(jié)能系統(tǒng)采用單片機(jī)和FPGA組成的系統(tǒng)對學(xué)校教室照

54、明設(shè)備進(jìn)行控制 和管理，教室亮度的檢測、教室學(xué)生人數(shù)的統(tǒng)計、教室燈光使用狀態(tài)的監(jiān)控。整 個系統(tǒng)由教室檢測單元、控制單元、通信單元等組成。單片機(jī)可以實現(xiàn)對教室內(nèi) 的教室檢測控制元所采集到的信息的接收、處理，并且由1602顯示器顯示教室狀態(tài)，從而可以很輕松的對教室用電設(shè)備開關(guān)狀況、光照強(qiáng)度、教室的學(xué)生人數(shù)， 教室使用狀態(tài)等進(jìn)行實時監(jiān)控和統(tǒng)計。對于通訊網(wǎng)絡(luò)部分，教室信號通過RS-485 串行方式與主機(jī)通信。檢測控制單元：照明強(qiáng)度采集是采用光敏傳感器與單片機(jī) 構(gòu)建的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，教室是否有人和人數(shù)是用熱釋電傳感器通過檢測電路與單 片機(jī)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。5V供電FPGA繼電器組教室照明燈1602顯示V=

55、MAX485548通訊線圖5-1主控系統(tǒng)框圖STC89C52熱釋電 檢測電路室內(nèi)外光敏傳感12V 供電源電路220V圖5-2節(jié)點控制框圖智能教室控制系統(tǒng)的設(shè)計的目的就是為了實現(xiàn)教室用電設(shè)備的合理使用，節(jié)約能源以及改善教學(xué)管理，提高教室用電效率。在設(shè)計過程中，系統(tǒng)可以實現(xiàn)的 功能則可以概括為以下幾個方面： a:教室檢測控制單元數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的底層設(shè)備教室檢測控制單元具有自動采集功能， 自動采集就是教室檢 測控制單元可以連續(xù)的對周圍的環(huán)境的信號進(jìn)行采集，不依賴于人的控制?？刂?器通過RS-485通訊信道將根據(jù)需要采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息傳送到主機(jī)，主機(jī)再經(jīng)RS-485通訊信道傳送把命令傳輸?shù)浇淌覚z測與控制單元。b:教室遠(yuǎn)程端控制功能在遠(yuǎn)程控制中，往往都要使用遠(yuǎn)程控制軟件。而這樣的軟件一般分為兩部分， 一部分在本地主機(jī)上安裝，使主機(jī)成為控制端，另一部分在現(xiàn)場控制器上安裝， 使現(xiàn)場控制器為服務(wù)端，也就是被控制端。通