教室自动感应照明控制系统设计

陕西理工学院毕业设计教室自动感应照明控制系统的设计 刘婧（陕西理工学院物电学院电子信息科学与技术专业 1202 班级，陕西 汉中 723000）指导教师:张政才摘要本设计介绍了基于单片机STC89C52 的教室自动感应照明控制系统，分析了教室灯光智能控制的原理与实现的方法，在此基础上开发了照明智能控制系统硬件装置和相应的软件。系统硬件包括时钟电路、红外对管电路、光线检测电路、显示模块电路、独立按键操作电路和LED灯控制电路，软件设计包括人数统计软件设计、光线亮度检测软件设计以及总体软件设计。让学校教室的用电合理化，节约了电能并且改善了对教室灯光的管理，实现了教室照明控制系统的自动化、智能化。关键词 STC89C52；智能控制；红外对管；光照检测The classroom design of the control system of automatic induction lightingLiu Jing(Shaanxi Institute of Electrical Engineering on Electronic Information Science and Technology 1202 class, Hanzhong, Shaanxi 723000)Instructor: Zhang ZhengcaiAbstract:This design introduces the automatic lighting control system based on the MCU STC89C52,and analyzes the principle of classroom lighting intelligent control and realization method.On the basis of this, the hardware and software of the intelligent control system are developed.The hardware includes clock circuit, infrared tube light detection circuit, display circuit. Independent key module circuit, operation circuit and LED lamp control circuit, software design includes the number of statistical software, software design and software design to detect overall brightness. Let the school classroom electricity reasonable, save energy and improve the classroom lighting management, realize the automation and intelligence of classroom lighting control system.Key words: STC89C52, Intelligent control, Infrared to tube, Light detection陕西理工学院毕业设计目录引言 .11 设计思想 .11.1 课题背景 .11.2 设计主要目的 .12 系统设计概述 .12.1 设计任务指标要求 .12.2 设计方案 .13 主要元器件介绍 .23.1 单片机 STC89C52.23.2 时钟芯片 DS1302.33.3 液晶显示器 LCD1602.43.4 模数转换器件 ADC0804 .53.5 光敏电阻 .53.6 红外对管 .64 系统硬件设计 .64.1 单片机最小系统 .6陕西理工学院毕业论文3 / 654.2 光线检测电路 .74.3 红外对管检测电路 .74.4 时钟电路 .84.5 独立按键操作电路 .84.6 显示屏电路 .9陕西理工学院毕业设计4.7 LED 灯控制电路 .95 系统软件设计 .95.1 人数统计子程序流程图 .95.2 光照度采样及模数转换子程序 .105.3 主程序设计 .116 安装与调试 .136.1 软件的仿真与调试 .136.1.1 仿真图 .136.1.2 调试与功能实现 .136.2 硬件的安装与调试 .146.2.1 原理图 .146.2.2 硬件的焊接 .146.2.3 硬件调试 .15总结 .16致谢 .16参考文献 .16附录 A 器件清单 .17陕西理工学院毕业论文附录 B 主程序 .18陕西理工学院毕业论文第 1 页 ，共 38 页引言 设计应用了先进的电子技术、自动控制技术以及实用的软件平台，成功地设计了一套功能完善的教室自动感应照明控制系统。由显示单元、传感探测单元、控制单元构成了整个系统。教室自动感应照明控制系统核心器件采用STC89C52 单片机采集数据，并由控制系统实现对教室光照强度、学生人数等的监控与显示，并对教室内部用电设备进行合理控制和管理，达到教学楼教室照明控制的智能化和节约化的目标。1. 设计思想1.1 课题背景 随着计算机网络的发展，控制技术、智能建筑的发展越来越迅速。目前，国内大多数智能建筑存在效率低下的现象，高能源消耗。智能建筑的照明系统，通常许多地方的灯打开是从早到晚的，无论在房间里还是在走廊里有人，无论有多少人。或者，当自然光线很好时，灯不关闭；相反，在自然光线很难满足人们的需求时，又不能及时打开灯。这种照明方式,不仅浪费能源，还不能满足人们对照明的基本要求，也会对人的视力造成很大影响。如今，各种高校不断扩招学生，扩大教室,教室里的电力负荷增加，电源管理不当，造成学校的电力浪费，这种经济损失、浪费与今天节能的理念背道而驰。此外，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，光管理的自动化、智能化方向发展。所有这些使教室照明控制也应该向智能方向发展。如此简单、方便、实用的教室灯光自动控制系统的发展，具有重要的现实意义。一些学校也意识到教室照明的巨大浪费，采取各种管理方法，试图杜绝这种浪费。如：成本和支出，课堂上教师责任制，组织勤工助学学生或雇用专业人员进行专业管理电力等等。许多学校已经采取这些方法，但始终没能坚持很长一段时间，没有达到理想的效果。由于管理不善等问题就会影响教学资源的配置和合理利用等等 1-3。1.2 设计主要目的 针对目前学校教学楼照明设备控制的现状，为使教室照明设备控制趋于自动化、智能化，提高教学管理的效率，开发了一套功能更完美的基于 STC89C52 的教室自动感应照明控制系统。这个系统应用先进的电子技术、自动控制技术和实用的软件平台，通过传感器采集室内光线，人数分布等信息，利用控制电路调节照明强度，实现节能控制，智能控制系统通过单片机实现对教室光照、自习学生人数等的数据采集，由 LCD1602 显示，对教室内部用电设备进行合理的控制，达到教学楼教室照明控制的智能化和节约化的目标。 2. 系统设计概述2.1 设计任务指标要求设计并制作一个教室智能照明控制系统，通过传感器采集室内光线，人数分布等信息，利用控制电路调节照明强度，实现节能控制。系统应包括 1.自然光检测电路，对照明现场的亮度进行检测，如果现场亮度符合照明要求，系统应关闭照明设备；2.人体红外检测电路，当照明现场亮度不符合照明要求且有人进过时，系统启动照明设备；3.强制开灯和关灯按键。陕西理工学院毕业论文第 2 页 ，共 38 页STC89C52时钟电路光线检测部分红外对管电路显示模块电路独立按键操作电路L E D 灯控制电路2.2 设计方案教室自动感应照明控制系统是基于单片机对学校教室照明设备进行控制和管理，教室亮度的检测、教室学生人数的统计、自动与手动状态的切换。整个系统由时钟电路、红外对管电路、光线检测电路、显示模块电路、独立按键操作电路、LED 灯控制电路组成。单片机可以实现对教室内的教室检测控制元件所采集到的信息的接收、处理，从而可以很轻松的对教室光照强度、自习学生人数等进行实时统计。检测控制单元：照明强度采集是采用 ADC0804 与单片机构建的数据采集网络，显示使用 LCD1602，教室是否有人和人数是用红外对管电路通过检测电路与单片机相连进行数据采集。系统总体框图如图 2.1 所示。 图 2.1 系统总体框图系统实现的主要功能有：1. 时钟电路可以记录正常的实时时间，还可以设置定时时间，让系统在我们设定的时间范围内自动工作，减少因不在学习时间范围内，对电能造成的浪费。2. 红外对管电路，也是人数检测电路，可以对进入教室的人数进行统计，然后在光线黑暗的条件下，根据教室的人数决定打开照明灯的多少。3. 光线检测电路可以对教室的光照强度进行检测。当光照强度高于一定值时，不管统计到教室的人数是多少，照明灯都不打开；当光照强度低于一定值时，打开照明灯的多少根据统计到的人数而定。4. 显示电路可以显示实时时间的年、月、日、时、分、秒和星期，还可以显示统计到进入教室的人数。5. 独立按键操作电路，可以对实时时间和定时时间进行设置，还可以切换自动状态和手动状态。手动状态就是可以手动控制教室的照明灯。6. LED 灯控制电路，符合光线黑暗、统计到人数的条件下，会打开。陕西理工学院毕业论文第 3 页 ，共 38 页3. 主要元器件介绍3.1 单片机 STC89C52 STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k 字节Flash， 512 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构） ，全双工串行口 5。除了 STC89X52 静态逻辑运算可以减少到 0 赫兹,支持两种类型的软件可以选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/ 计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机停止所有工作，直到下一个中断或硬件复位。最高运作频率 35MHz， 6T/12T 可选。其管脚分布如图 3.1 所示。图 3.1 TC89C52 引脚图VCC（40）：5V。GND（ 20）：接地。 P0 口（3932）：P0 口是八位漏极开路双向输入输出口，每个引脚可以接收 8 个 TTL 门电流P1 口（18）：P1 口是 8 位双向输入输出口，它的功能是可以单片机里面提供上拉电阻，P1口的缓冲器能够接收和输出四个 TTL 门电流。 P2 口（2128）：P2 口是 8 位双向输入输出口，它的功能是可以单片机里面提供上拉电阻，P2 口的缓冲器能够接收和输出四个 TTL 门电流。P3 口（1017）：P3 口是 8 个带有单片机里面上拉电阻器的双向输入输出口，可接收和输出4 个 TTL 门电流， P3 口亦可以作为 STC89C52 的特殊功能接口。 RST（9）：复位我输入。如果振荡器处于复位状态，这个口就得保持 RST 引脚 2 个机器周期有所需要的高电平保持时间。 陕西理工学院毕业论文第 4 页 ，共 38 页RST5 SCLK7 I/O6X1 2X2 3VCC18 VCC21U3DS1302ALE/PROG（30）：如果在访问单片机外部存储器的时候，那么地址锁存器这个时候所允许的输出电平就会用在锁存地址其中的低位字节，在 FLASH 编程的这段时间里，这个引脚就会被用来输入编程所需脉冲。在大多数时间里，ALE 端就会输出正脉冲信号（这里的信号是恒定的频率周期），这个频率是振荡器频率的六分之一，我们可以用它来定时或者对外部输出脉冲，这里需要注意的就是，每次在访问单片机外部数据存储器的时候，就会跳过一个 ALE 脉冲。 PSEN（ 29）：这个管脚是单片机外部程序的存储器的选通信号。如果取指的工作是由外部程序存储器来完成的时候，那么每个机器周期里面的两次 PSEN 是有效的，但是如果是在访问单片机外部数据存储器的时候，就不会出现前面我们所讲的两个 PSEN 信号。 EA/VPP（31）：当 EA 一直处于低电平状态下时，单片机外部的程序存储器的地址会变成（0000HFFFFH）不管这个时候有没有内部程序的存储器。在 FLASH 编程的这段时间里，施加12V 编程电源（VPP）的工作也是由这个引脚完成的。 XTAL1（19）：单片机内部反向振荡放大器的输入以及单片机内部时钟电路的输入。 XTAL2（18）：来自反向振荡器的输出 6。3.2 时钟芯片 DS1302DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加 31 字节静态RAM，采用 SPI 三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和 RAM 数据。 DS1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。实时时钟可提供年月日、秒分时和星期，一个月小于 31 天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压为2.55.5V。DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，采用双电源供电（主电源