自习室灯光自动控制系统概要.doc

自习室灯光自动控制系统1引言在我国，大专院校教室的照明灯具控制大多采用手动开关,即使严格管理,仍不可避免地出现忘记关灯的情况。在白天,情况是这样,从而造成大量的能源浪费。然而，在晚间,所有教室都开放，如果自习室内学生人数较少，而一般情况是室内照明灯都会打开，这样就造成了能源的浪费。为解决上述问题, 即根据自习室内人数的情况，实现自习室照明灯具的自动控制。该自习室灯光自动控制系统是通过将光敏电阻、红外探测器结合，从而对室内光线强度和人数的识别，进而控制教室内灯的开关，起到按人数的多少控制教室灯光的作用。此系统能有效的节约大学内自习室的所用的电力资源。 2 系统总体设计 由于该系统应用于大学的自习室中，所以，要求该系统体积小，成本低，安全，可靠，节能型高，且智能化高。 对于该自动控制系统，所采集的量为两个：一是教室内外的光强数据，通过模数转换通道，进行数据处理。在自习期间，若教室外的光强达到要求，即停止教室内的灯光供电。二是教室内的人数识别，即通过红外探测器，设定好标志位和相应的延时处理进行控制，运用下降沿脉冲触发方式进行控制，实现教室内的人数的采集。利用门电路，结合设定的光强值，对采集的光强数据进行对比，然后通过对教室内的灯具进行灯光控制。自习室灯光自动控制系统的总电路如图1所示。（此为基本框图）光强采集自然光光敏电阻模数控制加减法器电压比较控制门口人数识别门电路进位灯控装置红外传感控制器灯系统可以实现以下几个功能：1. 教室外光线强度的采集， 通过模数转换进行处理。假如教室外的光线强度充足，则关闭所有荧光灯。若光线强度不充足，根据人数，开启荧光灯。 2.教室人数的识别与采集。荧光灯的开启应该根据人数多少而定。要实现教室内无人时关闭所有照明灯，有人时，多少人开启相应的多少灯。 3.应该根据人数和多媒体的使用情况判断是否上课。如果上课则要求教师控制整个光源，教师根据自己的需求开启，此时系统处于关闭状态。 3. 硬件设计 3.1 光强采集模块 用一个光敏电阻和一个 300k的分压电阻串联接到 12v直流电压上。由于光敏电阻的阻值随着光线强度的变化而增大或减小，光敏电阻两端的电压的变化范围在 0.24到4.9伏之间，且线性度较好，所以，用其直接加在总控制器前端。假如室内、室外光线充足，返给总控制器“1”信号，则直接关闭电源，如果不充足，返回“0”信号，开启灯控。3.2 红外人数采集模块红外人数采集电路由2个红外发射管和2个红外接收管组成，将它们接到同一个5 伏电源上，红外接收管串接一个可调的分压电阻，以便取出接收管的电压送到电压比较器。门口的安放结构如图所示：12321 人员进出的识别由图，可以看出两列个外探测器有前后顺序，用电压比较器比较1与2两端的电压情况，可以判断人员是进还是出。假如人进出房间，电压比较器中为： 即，1与2的电压信号有延迟，根据此延迟，可以判断人员是进还是出。322 多人组合进入时的人数识别 由安放结构图可以看出,假如多人同时进入的时候，进出电压会有很长的延迟以上是一个人和两个人同时进入的电压延迟图，因此，比较人数进入的延迟情况，即可确定人数的多少。3.3加减法进位控制模块 由于人数采集时，根据比较器返回的信号，进行加减处理。此处，加减法计数器选用门电路加法器、减法器，并用门电路控制。当有人进入时，返回加法器“1”信号，有人出门时，返回“1”给减法器。3.4 控制输出电路模块 由于进位控制用二进制码，所以，用七位二进制进位计数器的逻辑关系控制灯的开关。下面是二进制数与等控关系。 0 0 0 0 0 0 0 特例灯全部关闭0 0 0 0 0 x x 4人内打开一组灯0 0 0 0 1 x x 8人内打开两组灯0 0 0 1 x x x 16人内打开三组灯0 0 1 x x x x 32人内打开四组灯0 1 x x x x x 64人内打开五组灯1 x x x x x x 128人内打开全部的灯 整个过程用门电路控制，简单，方便。在该自动控制系统的设计中，由于开关的动作比较频繁，对传统的继电器寿命来说是相当大的考验，基于这种情况，我们决定使用无触电及机械吸合动作的交流固态继电器作为受控开关器件。判断出两个中断的先后顺序，并判断出人员行走的方向，将教室内的人数进行相应的加减。 4. 详细的电路设计红外人数采集的窗口：电路图，如图所示由于电压比较器使用数字信号比较方便，因此在红外电路与加减法电路之间加入了施密特触发器对电压波形进行整形。施密特触发器选择 CC40106B，因为这是一块集成了6个施密特触发器的 IC，但在实际电路中使用了555 定时器接成施密特触发器。施密特触发器的两个重要特点：第一，输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时间对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。第二，在电路状态转换时，通过内部电路的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效的消除。用 555 定时器接成的施密特触发器，可以将 555定时器的 v11和 v12 两个输入端连在一起作为信号输入端，如图 4所示。施密特触发器输入电压与输出电压的关系如图5。 34RST VCCTHR CVOLT DISCTRIGGND OUT125678 图 4 555 接成施密特触发器 vrvo图 5 施密特触发器输入输出电压关系 电压比较器：此处比较器用RS触发器，在前端加一个反向器 RS触发器的真值表：RdSdQnQn+1说明0001不允许00110100置“0”01101001置“1”10111100保持1111 由于红外探测器是两个并排的，在接线时注意，外侧的为1号，接线接Sd非，靠近门内侧的为2号，接线接Rd非。加法器件：减法器件：加减法器件采用74LS169 集成加减法计数器，器件小，方便可靠。控制器：此处，控制器采用非门，即，阳光充足的时候，室内的灯处于关闭状态。当阳光不充足的时候，启动室内照明。逻辑关系控制开关：如图所示，逻辑开关控制图。左侧为加减法器件的低数位级（从1开始），到高数位级的信号（到7结束）。右侧15为第一至第五组灯，6、7代表剩下的全部灯组。则，根据控制输出逻辑如图，实际电路图。5. 系统的优缺点本系统系统体积小，成本低，使用方便，反应速度快。但是，对于多人一同进入教室时，由于采用了延时控制采集，所以灵活性比较差，系统存在一定的误差