基于单片机的室内灯光控制系统设计

基于单片机的室内灯光控制系统设计

0灯光自动控制系统向智能化发展的需要随着各大学和中等专业学校的扩建，建筑面积的不断扩大，能力的增加也在增加。由于缺乏有效的能源管理，导致能源浪费和学校财政损失。这种浪费与民族政策和呼吁脱节。其次,随着电力系统的智能化、自动化专业化发展,国外的灯光管理系统已经相当完善。但是针对目前我国的灯光管理系统,对于电力系统的灯光管理仍然是传统式的管理方式。由此可见,自习室灯光控制也应该向着智能化的方向发展。在国内各大院校中,目前浪费电的现象比较严重,同学对于节能意识不强烈。并且,节能规划极为缺乏,室内的灯光控制仍由管理人员手工执行。由于自习室很多,管理人员不能及时关闭电源,就造成不必要的电能浪费和经济损失。鉴于以上原因,提高室内用电效率就成为学校节能的重要措施之一。因此,室内节能灯光自动控制系统的研发便成为一项重要课题。因此开发此款自习室灯光管理系统具有重大现实意义。1环境好时,总开灯时间长所设计的灯光控制系统从采用光强度和人体温度两个参数作为输入,可以实现手动与自动控制相互兼容。在环境光较弱时,有人存在,且超过一定时间,控制器会自动打开电灯,等到人离开后再延时一定时间后灯关闭;在环境光线足够强时,无论人是否存在,都不开灯。同时,还要按照作息时间控制,若夜晚超过12点,还有人存在,那么自动控制器关闭,改用机械开关或遥控器来手动控制,以解决特殊情况下,非人性化的自动控制器的运行问题。2外围电路组成本系统设计的主要模块包括以单片机主控模块作为系统控制单元的核心,其它外围电路主要包括:系统供电模块、光度检测模块、红外传感器模块、看门狗模块、按键及超时报警模块。2.1振幅电路和复位电路本设计选用的单片机是AT89S52,主要完成系统控制功能。时钟电路:单片机的工作速度是由单片机的时间基准决定的。时钟可以由内部或外部产生,内部振荡电路是在XTAL1和XTAL2引脚上接一定时原件,内部振荡电路就产生自激,定时元件通常是由石英晶体(晶振)和电容组成的谐振电路。晶体振荡频率可在1.2MHz-12MHz之间,电容C1和C2的取值在5pF-30pF之间。电源电路:电源电路的功能就是给单片机提供工作电源。AT89S52单片机的工作电压范围为4.5v~5.5v,硬件连接为Vcc(40引脚)接电源+5V端,GND(20引脚)接电源地端。复位电路:确定单片机工作的起始状态,完成单片机的启动过程。给单片机一个复位信号(一个一定时间的低电平)使程序从头开始执行。一般有两种复位方式:上电复位,在系统一上电时利用电容两端电压不能突变的原理给系统一个短时的低电平;手动复位,同过按钮接通低电平给系统复位。2.2传感器的选择光线强度检测模块把单片机作为控制处理核心,具有价格低、体积小等优点,满足实际需求。传感器选择光敏电阻,用精密电阻与之串联分压得到一电压信号送给A/D。为了减小模块体积和降低成本,选择低功耗的ADC0832作为A/D转换器。2.3热释电红外传感器的安装热释电红外传感器的的电源信号端为引脚1,引脚3为GND,引脚2为信号采集输出端。在电路设计中,为了提高热释电红外传感器的工作可靠性,介于热释电红外传感器的信号引脚2与GND引脚3之间加一个6800pf的电容,另外人体存在传感器的信号引脚2与单片机的P3.3引脚相连,P3.3引脚再接一个100kΩ的上拉电阻,增加人体存在传感器输出信号的可靠性。2.4按按管理模块电路按键管理电路采用独立按键通过程序进行控制、通过按键进行电路的控制检测是自动检测还是手动检测,然后另有两个按键是控制检测的开或者关的。2.5超出过载警报器自习室超时报警电路有两种方式:一种是教室内无人的情况下报警,通过红外的情况检测室内是否有人,如果无人就进行报警。3灯丝控制系统的软件设计和开发3.1光控制系统的主程序模块整个系统的控制核心为系统的监控部分,在系统的监控部分实现对整个程序的检测,包括光度和人体温度的监控以及中断的处理。3.2路的子程序一个完整的程序除了主程序外还必须包括控制各个外围电路的子程序,本系统的子程序主要包括系统自检初始化、定时中断处理、ADC0832数据读取流程、数据采集的实现、系统按键功能、系统显示功能、超时报警功能。3.2.1系统初始化操作系统的初始化操作是系统复位后,直接进入初始化程序中,完成系统自检和初始化操作。实现对各寄存器的设置。3.2.2采用定额中断定时中断时可用定时器的定时时间已到或内部的计数器计数溢出来执行中断,内部定时器计数器的作用是内部时钟或外部引脚T0、T1的脉冲信号计数。当溢出时,定时器溢出标志位复位,向CPU发出中断申请。定时中断作为周期性的中断,每相隔一段时间段就会执行一次中断。此设计中使用的定时中断用来组成多任务操作系统,当系统执行中断响应后,该中断可启动相关的任务,即不需要实施断点现场保护,同时可以对多任务操作的时间进行划分,使得相应的任务操作准备就绪。3.2.3读取数据流程ac0832ADC0832所需数据转化时间是32μS,故模数转换频率可以很快,保证了的一些情况下对模数转换的实时性需要。3.2.4外界光照强度本系统考虑到并且有人体红外信号存在时开灯,人体红外信号不存在不开灯;外界光线强度足够时,无论是否有红外信号存在都不应该开灯。所以逻辑定义应为外界环境光强时为二进制的“1”,弱时为“0”,红外信号存在为“1”,不存在为“0”,灯亮为“1”,灯灭为“0”。3.2.5控制器控制键盘可以实现系统的输入控制,能够实现操作者对系统的控制。本系统键盘不多的情况下采用中断方式,把键盘信号采集放在中断程序中,实现键盘按键的处理。3.2.6习室内灯显示的质量系统显示模块分为显示灯和指示灯两个部分。显示灯是对自习室内灯的开闭以及开的个数进行显示。即在有人存在的条件下,光线强不亮灯,光线较弱亮四个灯,光线弱时灯全部亮。在无人存在的条件下,无论光线强度如何,都不亮灯。4系统调试4.1检测元件放置正确按照电路图将元件准备好之后,第一步要检查准备的元件是否有问题,对各元件按其各自的检测方法分别进行仔细认真的检测。然后,按电路图的位置把所有元件按照正确的顺序依次放置好。一定要保证电路元器件完好以及所有元器件放置正确合理之后,才能开始对电路连接布线。因为本设计使用面包板搭件,布线就一定要没有跨线而且工整。把硬件设计从布线到焊接安装完毕后,可以开始硬件的调试阶段。4.2程序错误排除纠正软件调试是通过keil、连接以及执行用户程序来找寻程序中存在的语法错误和逻辑错误,然后加以排除纠正的一个过程。程序运行后,编辑查看程序是否存在逻辑错误。这个系统的软件程序完全用C51编写,虽然C语言效率高,但是也存在一些缺陷(例如严格定时比较困难)。调试过程中采用的是自上至下的调试方法,分别调试好每一个模块,最后再连接成一个完整的系统调试。5配置智能设备的合理范围该自习室灯光系统的控制的核心是AT89S52单片机主控单元,利用计算机作为硬件驱动,完成对整体系统控制,系统在设计自动控制的同时,还设计了手动控制,以保证若系统智能控制出现故障后,能够进行手动控制,从而不影响自习室内的灯光的使用情况。整个系统的工作状态采用二极管亮灭显示,智能控制自习室灯光的开启或关闭。在保证系统与已有的灯光配套使用时,不需要对原有设备电路进行大的改动。若教室内面积较大时,超过传感器的辐射范围,这样采集的信号可出现误差,影响控制设备的运行。为防止这种现象的发生,使系