毕业设计(论文)-基于单片机控制的教室灯光自动控制器的...

基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 摘 要 本研究针对教室灯光的控制方法，尤其是教室灯光的智能控制方面的发展现状，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机的教室灯光智能控制 系统的设计思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件装置和相应软件。 该系统以 片机作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用 成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对教室照 明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有多种报警功能；同时还采用了软硬件的 “ 看门狗 ” 技术等抗干扰措旅。单片机软件采用汇编语言编制，采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。该系统具有体积小，控制方便 ,可靠性高，专用性强，性价比合理等优点，可以满足各类大、中专院校教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。 关键词 红外传感器 单片机 热释电 基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 2 目 录 摘 要 . 1 . 错误 !未定义书签。 1 引言 . 1 课题研究的意义 . 1 国内外教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题 . 1 课题研究的内容和目标 . 4 研究内容 . 4 研究目标 . 5 课题拟解决的关键问题 . 5 2 教室灯光控制器简介及控制方案的分析 . 6 室灯光控制器简 介 . 6 统控制方案的分析 . 6 3 系统控制模块的硬件设计 . 7 制模块的硬件构成 . 7 制系统的主要硬件电路 . 8 统主控电路 . 8 光强度检测模块电路 . 10 释电红外人体检测模块电路 . 12 统时钟电路 . 16 基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 3 统看门狗电路 . 20 控键盘 管理模块电路 . 22 时报警电路 . 25 统供电电路 . 26 4 控制模块软件设计与开发 . 27 统监控主程序模块 . 28 统自检初始化 . 29 时中断处理 . 30 据采集模块 . 31 据采集软件设计的实现 . 31 体存在传感器的安装要求 . 33 钟模块 . 33 钟程序设计 . 33 统键功能 . 36 控键盘 . 36 功能处理程序 . 39 5 结论与建议 . 40 论 . 40 议 . 41 致 谢 . 42 参考文献 . 43 附基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 4 录 .1 1 引言 课题研究的意义 随着社会 经济和科学技术的发展，人们的生活水平也不断提高，导致用电负荷的加剧，又由于世界性的能源危机，能源缺乏已成为世界所面临的严峻问题。而此问 题对我国来说尤为严重。随着各类大、中专院校的扩招，教室的扩建，教室照明的需求也越来越多，而教室照明的管理不到位，往往造成电能的巨大浪费，这样，提高教室用电效率就成为首要考虑的问题。 目前对灯光的智能控制，国内外已经开始采用，但对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加 大，教室用电管理不善，造 成学校电能浪费，经济损失，这种的浪费与当今的节约能源理念楣违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。例如搂道灯光的自动控制等等。所有这些使得教室灯光控制也应该朝着智能的方向发展。 于是，开发简便，实用的教室灯光自动控制系统便具有重要的现实意义。 国内外教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题 世界各地发电的主要原料是煤炭、石油和天然气，面丹麦在能源基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 2 利用方面的成功经验提供了很好的借鉴。从 1974 年以来，尽管丹麦国民收入 增长了 50%。丹麦总的能源消费量并没有增加。丹麦是员国中能源消耗量和国民收入比值最小的国家。他们不断地提供一些节能供热系统。例如丹麦热电周供热电厂 (两且，他们尽可能的有效利用资源。这样，他们的能源使用总效率达到了 90%。丹麦政府很重视住房空同用电的节簏，并设立了对新建房屋节能的诸多要求。数据显示，居民入住有节能装置的房子时，他们要支付比没有节能方案房屋高出 8%的费 用。其节能项目经验在欧盟国家中广为流传。还有，欧司朗一斯维尼亚公司不断的推出新型高输出的荧光灯，节约 6%的总系统功率，并具有 更高的光通量和平均光通量。飞利浦照明公司推出的陶瓷金卤灯代替过去的卤钨灯，可节能 60%的电能。种种迹象表明世界各国都在采取不同方式 来节约能源，节约电能。 中国经济持续多年的高速发展让能源问题日益突出。虽然我国能源总储量不低，但由于我国人口众多，所以人均储量少，单位产值的能耗 是发达国家的 3。能源问题已成为制约我国国民经济发展的关键 问题。从环境和自然资源角度出发，能源问题也是我国长期可持续发展 战略中一个关键因素。此外，能源问题不仅关系经济发展和环境生态，在特定情况下还会对社会稳定有很大影响。鉴于 能源问题的重要性，我 国在绿色照明工程新闻发布，绿色照明工程未来五年问将在公用设旅、 宾馆、商厦、只节能灯，节电 290 亿度电。上海、河北等一些地方采取政府对节能灯大宗采购每只补贴 3 至 4 元的方式进行推广。从普通白炽基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 3 灯到高效节能灯，使我国的电光源 产品结构逐步向节电型转变，荧光灯与普通白炽灯的比例由 1995 年的 1： 升到目前的 1： 目前，我国照明用电约占社会总用电量 12%，采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节电 60%如今，北京正在大力推行绿色照 明工程，己推出上百万只绿色照明光源和部分节能电器，据估算年节约用电可达 3442 万千瓦时，节约电费 元。政府已经在商厦、学校、医院等更换 24 万只节能灯具。在奥运工程的建设上、也大量运用节能技术，北京的奥运厂馆 “ 水立方 ” ，通过采用大量的节能灯具，装备新技术，通过增强透光性白天可节约照明能耗50%。 我们党在 2000 年 10 月 11 日党第十五届中央委员会第五次会议通过 的中共中央关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划的建议中明确指出： “加强基础设施建设是今后五年至十年一项十分重要的任 务。 ” 其中提 到的基础设施建设就包括了能源建设。建议还强调了能源建设要发挥资源优势，优化能源结构，提高利用效率，加强环境保 护。面临如此紧迫的能源问题，我们应该把着眼点放在 “ 高效 ” 利用 “ 清 洁 ” 能源上。由此可见，节能照明用电，对节能具有重要的意义。 目前国内各类院校中，由于同学们的自觉节能意识薄弱，在光线足够强时也开灯，课上完离开教室后灯还亮着的现象普遍存在；而且，节能规划极为欠缺，教室的灯光 控制由管理人员手工代替，教室极多，管理人员忙不过来 ,这样就造成不必要的电能 浪费和经济损失。基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 4 基于以上种种原因，提高教室用电效 率就成为学校节能的重要且主要的措施之一，因此节能技术的重要手段之一就是教室灯关自动控制系统的设计无疑就成为其中一项重要课题。 课题研究的内容和目标 研究内容 本课题的研究内容有如下几点： (1) 了解教室照明光强的标准 ; (2) 调研教室灯光照明需求以及环境光强弱与开、关灯的关系； (3) 研究人体存在探测技术，探测角度与范围； (4) 研究传感器在教室分布、安放问题，是否一灯一个传感器或多灯公用传感器等； (5) 研究确定人体传感器的有关参数； (6) 研究灯光控制器电源问题； (7) 研究控制器参数值设定的要求及方案； (8) 研究人工设置参数、掉电保存参数的问题； (9) 研究使用遥控器控制灯光控制器技术； (10) 研究与现有教室照明相兼容，易替代，不易被偷盗、被仿制，易于维护、维修等控制技术； (11) 研究报警等附加功能问题 基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 5 研究目标 研究的教室灯光控制系统能用于现有教室照明系统的改造，实现对照明系统的人性化智能管理，提高用电效率；实现自动、手动灯光控制相兼容，以降低成本；通过 反复试验和改进， 最终达到可靠性、实用性、推广性较好的目标。 课题拟解决的关键问题 本课题拟通过试验研究教室灯光的各种控制方案解决如下关键问题： (1) 照明回路的控制回路与控制器本身的节能问题； (2) 传感器与教室灯配合安装的问题； (3) 环境光参数输入采集问题 (4) 人存在传感器参数输入采集问题： (5) 开、关灯的自动与手动兼容措施； 基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 6 2教室灯光控制器简介及控制方案的分析 室灯光控制器简介 教室灯光控制器可实现有效的教室灯光智 能控制。其输入参数主要是人体存在信号和环境光信号等的外界因素，环境光的强度达到一定值时不开灯 ,环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，理论和实验证明用这种方式来对教室灯进行智能控制 可以实现上述目标。 教室灯光控制器一般安装在教室内避开电灯直射的位置，且人体传感器安置时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直，这样可使人体存在信号采集更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感器。 统控制方案的分析 所研制的控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数。可以 实现自动与手动控制相兼容。在自然环境光较强光线足够时，无论人是否存在，都不开灯 ;在自然环境光较弱时，有人存在基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 7 且超过一定时间，控制器自动打开电灯，直到人离开 后再延时一定时间后关灯。同时，还要按作息时间来控制，夜晚超过 12 点，若还有人存在，则关闭自动控制器的运行，改用遥控器或机械开关来手动控制，以解决因特 殊情况下，自动控制器的不人性化运行。 本文所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提 ,是整个系统执行的基础 ,它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对 硬件端口所体现的信号 ，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功 能，达到控制器自动与手动相结合的教室照明智能控制。 3系统控制模块的硬件设计 考虑到本系统所安装的环境影响因素比较多，且教室控制设备中的人体存在传感器等经常会园环境情形变化而不稳定，所以在设计过程中，电子元器件 的选用、线路布置和设备的安放要充分考虑到抗干扰问题。 制模块的硬件构成 系统控制单元是以单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：系统供电模块、硬件时钟模块、看门狗模块、环境光模块、人体基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 8 存在传感器模块、遥控器模块、遥控器接 收模块及超时报警模块，其结构框图如图 3 图 3构框框图 制系统的主要硬件电路 统主控电路 本系统的主控模块主要采用 司的 为主控芯片， 个低功耗，高性能的 单片机，片内含 2可反复擦写的只读 28器件采用 司的高密度、非易失性存储遥控器模块 遥控器接收模块 电源模块 人体存在传感器模块 51 系统模块 环境光模块 看门狗模块 系统时钟模块 基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 9 技术生产，兼容标准 令系统， 片内置通用 8 位中央处理器和 储单元。 有 20 个引脚， 15 个 I/O 口（其中 位双向 I/ 2 个外中断口， 2 个 16 位可编程定时计数器， 2 个全双向串行通信口， 1 个模拟比较放大器。指令系统与 列完全兼容，除了没有外部数据存储器和外部程序存储器等扩展功能外，他具有 80机所有的功能。其主要特点为：（ 1）品完全兼容；（ 2） 2K 字节可编程闪烁内存；（ 3）编程次数可达 1000 次；（ 4）两级程序加密防盗；（ 5） 15 个可编程 I/O 口、 2个 16 位定时器 /计数器、可直接驱动 示， 5 个中断源；（ 6）二级中断优先级、全双工串行口。正是因为 片机具有上述特点，尤其是自带 储器，并且能够有效擦除 1000 次，使整个控制系统的硬件电路变得很简单，大大缩短了开发周期。 两种节电工作方式既空闲和掉电方式，遥控器采用了空闲节电方式。当 行完 （ ）指令后 ,系统进入了空闲工作方式 ,这时内部始终不向 供 ,而只共给中断、串行口、定时器部分。 一组 8 位双向 I/O 口， 供内部上拉电阻， 0 引入脚写入“ 1”时可以作输入端，当引脚 作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而输出电流。 还用于实现 殊功能，如表 3 基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 10 表 3特殊功能 口引脚 功能特性 行输入口） 行输出口） 外中断 0） 外中断 1） 0（定时 /计数器 0 外部输入） 1（定时 /计数器 1 外部输入） 只有 7 个引脚， 有引出。 带有内部上拉电阻的 7 个双向 I/O 口 。 缓冲器可吸收 20流。当 写入“ 1”时，它们内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的 将用上拉电阻输出电流。 光强度检测模块电路 日光强度检测模块采用单片机作为控制处理核心，具有价格 低、体积小等特点，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 如图 3了减小模块体积和降低成本，选择低功耗、串行方式工作的 为 A D 转换器，基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 11 其原理如图 3 采用 术并以开关电容逐次逼近原理工作的 8 位串行 A D 芯片，可与通用微处理器、控制器通过 I O 条口线进行串行接口。 有 4件控制电路，转换时间最长为 17s，允许的最高转换速率为 40000 次 /s。总失调误差最大为 0 5型功耗值为 6 干扰，可按比例量程校准转换范围，由于其 (-(1 V，故可用于较小信号的采样，此外，该芯片还单电源 3 6v 的供电范围。总之， 有控制口线少，时序简单，转换速度快，功耗低，价格便宜等特点，适用于低功耗袖珍仪器上的单路 A/D 采样，也可将多个器件并联使用。它的工作原理是 有片内系统时钟，该时钟与 I O 独立工作的，无需特殊的速度或相位匹配。当 高时，数据输 处于高阻状态，此时 IO 起作用。这种 制作用允许在同时使用多片 用 I 减少多路 (片 )A D 使用时的 I O 控制端口。 基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 12 图 3图 3，如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。根据工作原理，红外传感器分为热型 和量子型两 类，热型红外传感器也称基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 13 热释电红外传感器或被动红外传感器。与量子 型相比，响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。量子型与热型 的特点相反，而且要求冷却条件。本系统采用的是热释电红外传感器，人体存在传感 器主要采用了红外传感器的原理，它是目前在防盗报警、火灾检测、自动门、自动水 龙头、自动电梯、自动照明等场合，及非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。 其原因为：被测对象自身发射红外线，可不必另设光源；大气对 3个被称为 “ 大气窗口 ” 的特定光通量的红 外线吸收甚少，可非 常容易被检测； 中、远红外线不受可见光影响，可不分昼夜进行检测。 人体存在传感器的热释电红外探头的工作原理及特性如下： 人体都有恒定的体温，一般在 37 度，所以会发出特定波长 10动式红外探头就靠探测人体发射的 10体发射的 10外感应源采用 热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生由人体存在的信号。 1) 这种探头是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为 10 M 左右的 红外辐射非常敏感。 2) 为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面覆盖有特殊的菲泥尔滤光 片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。 3) 人体存在的探测，其传感器包含两个互相串联的热释电元，基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 14 而且制成的两个电 极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释 电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 4) 一旦有人进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦。并被人体存在传 感器的热释电元接收，但是两片热释电元 接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵 消，经信号处理而输出有人体存在的信号。 5) 菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。 人体传感器透镜的信号采集敏感区示意图如图 3 图 3号采集敏感区 有人进入时，移动人体发出的红外线被红外传感器接收，则人体存在被感应，并输出 高电平。若人体进入最不敏感移动方向时，则人体传感器所体现的信号就会不理想，有时还会产生误动作，所以要特别注意人体传感器的安装方向。 体存在信号 采集电路 基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 15 人体传感器 深圳市浩博特电子有限公司研发和生产的基于红外线技术的智能产品，它的主要特性如下： (1) 感应为全自动方式，人进入感应范围时输出高电平 (人离开感 应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平 (其高低电平利于采集； (2) 采用可重复触发方式。即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有 人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时 8 秒 (3) 人体传感器工作电压宽为 (4) 人体传感器制作成锥面形状，感应范围大，小于 140 度锥角，感应距离 为 7 米以内； (5) 其静态电流小于 50 微安，功耗低； (6) 工作温度介于 +700之间，适应性强； (7) 灵敏度高，可靠性强。 人体传感器 号的正视图如图 3示： 图 3体传感器 号 人体传感器的 1号引脚为电源信号端， 3 号引脚为地信号端， 2 号基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 16 引脚为采集信号输出端。在电路设计中，为了使人体传感器的工作更加可靠，介于人体传感器的信号引脚 2 与地信号引脚 3 之间加一个6800电容，另外人体存在传感器的信号引脚 2 与单片机的 脚再接一个 100 的上拉电阻，增加人体存在传感器输出信号的可靠性。其电路原理图如图 3图 3体传感器电路图 统时钟电路 根据教室灯光使用特性，该系统还应受到时间的控制，控制系统的时间应符合学校的作息时闯。比如晚间休息、假期等时闻段应该关掉教室灯光控制系统，以节约 能源，因此本研究还加入硬件时钟电路以保证系统的智能化运行。 件时钟芯片的选取极其接口电路 传统的时钟芯片，如 ，这些芯片的引脚太多，体积大，占用的口线多。而现在流行的串行时钟芯基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 17 片很多，如 ，这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛的使用。考虑到 本系统停电时只需对时钟电路提供电源、且不需要占用太多单片杌资源，本系统采用美国 8的用于临时性存放数据的存器的实时时钟芯片 是串行通信方式，还可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。它可以对年、月、日、周 日、时、 分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 升级产品，与 容，但增加了主电源后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。而且本系统采用的 需三根线即可与单片机进行通信，体积小，使用简单，时钟精度较高，满足系统的要求， 可为掉电保护电源提供可编程的充电功能的时钟芯片 引脚图如图 3图 3钟芯片 单片机接口电路连接原理图如图 3中 基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 18 接 充 电的锂电池，为 备用电源。 接系统供电模块的输出稳定电压 +5V，为 主电源。 者中较大者供电。系统正常运行时， 于 因此由 电，在主电源关闭的情况下，则由 电，保持 时钟的连续运行。 X 和 振荡源，振。 复位 /片选线，通 过把 入驱动置高电平来启动所有的数据传送，与单片机的复位信号相连。时钟 输入端 接单片机 脚，进行时钟控制。数据输入 /输出端 I/脚，进行数据传输。 图 3件时钟芯片的引脚功能极其工作原理 复位 /片选线，通过把 入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 入有两种功能：首先 ， 通控制逻辑，允许地址 /命令序列送入移位寄存器；其次 供终止单字节或多字节数据的传送手段。当 高电平时，所有的数 据传送被初始化，基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 19 允许对 行操作如果在传送过程中 为低电平，就会终 止此次数据传送， I/O 引脚变为高阻态。上电运行时，在 05须保持低电平。只有在 低电平时，才能将 I/O 为串行数 据输入输出端（双向），后面有详细说明。 硬件时钟芯片 微处理器进行数据交换时，首先由微处理器向电路发送命令字节，命令字节最高位 7)必须为逻辑 1，如果 ，则禁止写 写保护； ，指定时钟数据， ,指定 定寄存器；最低位 0)为逻辑 0，指定写操作（输入）， ，指定读操作 (输出 )。 在 须首先发送命令字节。 若进行单字节传送， 8 位命令字节传送结束之后，在下 2个 期的上升沿输入 数据字节，或在下 8 个 期的下降沿输出数据字节。 关的寄存器分为两类：一类是单个 元，共 31 个，每个单元组态为一个 8 位的字节，其命令控制字为 中奇数为读操作，偶数为写操作；再一类为突发方式下的存器，在此方式下可一次性读、写所有的 1 个字节。 要特别说明的是备用电源，可以用电池或者超级电容器 (上 )。虽然 主电源掉电后的耗电很小，但是，如果要长时间保证时钟正常，最好选用小型充电 电池，以用老式电脑主板上的 电电池。如果断电时间较短（几小时或几天），就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。 100 小时的正常走 时。 20 在第一次加电后，必须进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法调整时间。 统看门狗电路 在单片机工作过程中，不可避免的回由于外界的干扰而产生程序跑 飞，死机甚至照成整机瘫痪等情况，为了能够恢复单片机的工作，只能采用复位的方法。虽然在程序设计中，可以使用软件陷阱的方法来减少这种情况的发生，但是不能完全解决这个问题，因此还应该在硬件设计中使用看门电路，这样的单片机发生死机的情况下，看门狗将产生一个复位信号给单片机，使单片机复位，重新执行程序。现在的 的集成了看门狗，如 于系统需要看门狗和 5045。 门狗定时器，复位控制和 引脚封装的 电源监控和看门狗功能与高速三线非易失性存储组合在一起，从而在很大程度上降低了系统成本减少了系统并减少了对电路板空间的要求， 基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 21 图 35045的引脚排列 看门狗定时器的预置时间是通过 表格 3位有含义。其中 余位和 表 3态寄存器 6 4 2 0 X X ,预置时间为 ,，预置时间为 ， ,预置时间为 ,禁止看门工作。 看门狗电路的定时时间的长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。 本系统中 基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 22 图 3系统中 系统数据存储及故障保护部分由 通讯的 512字节 时兼有看门狗和电源监控功能， 电和 出复位信号，了复位更加可靠，其复位输出端外接一个 10与 门狗能在电源上电、掉电期间产生一个复位信号。该芯片还带有一个 104秒的看门狗定时器可监控单片机的工作。如果在 现故障，内部定时器将使看门狗 系统提供保护，避免死机程序跑飞货进入死循环等意外的发生。 的运用极大的节省了系统空间和资源，同时简化了电路设计，缩短产品开发周期。 控键盘管理模块电路 红外遥控键盘是目前使用最广泛的一种遥控手段。由于红外线遥基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 23 控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其他小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅可靠而且能有效地隔离电气干扰。我们采用市场上很容易就能买到，且信号较稳定的 外遥控数据流的编码结构 为了使系统具有较强的抗干扰能力，信号的码流绝大多数采用“重复”发送方式，但其重复规则有所不同，可概括为以下几种： （ 1） 简单重复方式，即将数码进行简单重复发送； （ 2） 有引导码的数据重复方式，引导码主要是为了保证接收同步； （ 3） 重复码方式，为了降低功耗，第一组数据发送出去后，每隔一定时间仅发出一个窄脉冲，称为重复码； 外遥控数据流的识别 选用遥控器键盘的时候，原本我们并不知道其具体的编码规则及数据码流。本人采用顾伟电子实业有 限公司生产的 20/840系列的数字储存示波器，来采集遥控器发出的键码信号并总结码流方式，以备遥控器的软件设计使用。 每个键的信号测量数据如表 3宽度单位为 表中数据可以计算出 基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 24 表 3个键的信号测量数据单位： 1值 2值 此可知当一个键被按下延迟 40 40一个 16位数据码（ 成。如果按键下超过 40下来发射重复代码，仍为一个起始码（ 一个 16位数据码（ 成。 采用脉宽制的串行码，以脉宽为 隔 0”；以脉宽为 隔 期为 1”。解码的关键是如何识别“ 0”和“ 1”，由示波器 采集的信号及位的定义我们可以发现“ 0”、“ 1”均以 同的高电平的宽度不同，“ 0”为 1”为 以必须根据高电平的宽度区别“ 0”和“ 1”。如果从 开始延时 读到电平为低、说明该位为“ 0”，反之则为“ 1”。 遥控器的数据流识别后，就为遥控器的软件设计提供了依据。本系统采用微机一体化红外接头，适合各种红外线遥控和红外线数据传输的红外线接收器其红外线接收器如图 3红外线接收器是一种集红外线接收和放大于一体，不需要任何外 接元件，只是焊上一个10以使接收器工作更可靠。遥控器信号的接收模块与单片机的连接如图 3接收器的引脚。接基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 25 收器输出端外接单片机的 于遥控信号采集。 图 3外线接收器 图 3控器信号的接收模块与单片机的连接 时报警电路 在教室中，若采用手动方式控制时，一方面由于学生及管理人员的疏忽，教室里没人而灯还亮着，导致教室灯工作超时，能源浪费，基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 26 于是本系统采用超时报警电路，以声音的方式来提醒管理人员是否关闭电源，另一方 面由于学生学习紧张，在夜里忘了时间点，学习期间开灯时间过长，致使教室灯工作超时于是本系统超时报警电路就会发出声音，提醒学生该休息或必须改用遥控器手动方式来控制灯了。 本系统采用超时报警的电路如图 3片机的 0经过限流电阻 100欧与三极管 基极为低电平时，三极管导通，驱动蜂鸣发出声音以示教室灯工作超时，若 基极为高电平时，三极管截止，蜂鸣器不工作，教室灯工作正常。 图 时报警的 电路 统供电电路 要取得 +5选用 12流滤波后输出往往大于12V，会使稳压器功耗大，自身温度较高，故不选用输出电压为 12选用输出电压为 9统接通 22027 后，将 220V，经过二极管全波整流、电解电容 经一只正在正输出稳压器 了缓冲负载突变，改善瞬态响应，输出端还采用了电容 后得到 +5于给控制系统中单片机系统及其它外围电路的 供电，其供电原理图如图 3 图 3电原理图 在硬件时钟模块中，为了在断电后硬件时钟能够正常运行，故采用主从双电源供电方式。硬件时钟一般在系统的 +5只有系统 +5确保硬件时钟的正常运行，设计一个 4 控制模块软件设计与开发 在单片机硬件系统的基础上，再配上相应的软件，才能构成一个完整的系统。用户软件的开发与系统硬件有着密切的关系。在系统的硬件及输入输出方法的确定后，程序软件就可以完全独立的进行设计、开发。 本控制软件的模块主要包括：系统监控主程序模块、数据采集 模基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 28 块及系统功能键。 统监控主程序模块 监控主程序是整个控制系统的核心部分，其外围模块一般都需要经过监控模块实现其在监控系统中的作用。监控主程序接受和分析来自键盘的命令，进而把控制转到相应的处理子程序的入口，起引导作用。 本系统监控主程序模块包括对系统外围器件输入、输出参数的初始化自检，看门狗的激活，多任务操作模块的调用，实时中断处理等。其监控主程序流程图如图 4 基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 29 图 4控主程序流程图 统自检初始化 系统自检初始化是保 证整个控制系统能够正常运行的重要条件，系统初始化 设定定时器，允许定时中断 看门狗激活 人体传感器处理任务 环境光处理任务 遥控器处