教室照明智能控制系统------毕业论文

精品文档 I欢迎下载I欢迎下载I欢迎下载 设计任务书设计任务书 一 设计题目 教室照明智能控制系统 二 设计要求 设计一个教室照明智能控制系统 通过多种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 三 设计任务 1 画出电路原理图 2 编写设计说明书 1 万 5 千字以上 包括 1 设计任务书 2 前言 3 目录 4 正文 包括 设计思想 电路工作原理 元器件选择 电路元器件参数 总结 参考 资料等 3 B5 版面 正文 5 号或小 4 字号 章标题小 2 加粗 节标题小四加粗 精品文档 II欢迎下载II欢迎下载II欢迎下载 前前 言言 本设计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 以达到学校教室用电设备的合理使用 节约电能以及改善教学管理的目的 设计应用了先进的电子技术 网络技术 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智能教室照明动控制系统 由 传感探测单元 通讯网络 RS 232 控制单元构成了整个系统 智能教 室照明控制系统核心器件采用 AT89S51 单片机采集数据 并由控制系统 实现对教室光照度 学生人数 教室使用状态等的监控与显示 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 本系统将单片机控制系统与网络技术结合起来 各组成部分包括硬 件和软件设计的结构 功能与实现方法 最后通过 RS 232 方式实现与 上位机通信 实现数据的远程传输及上位机对教室照明状态的控制 完 成一个智能教室照明控制系统 关键词关键词 智能控制 热释电效应 光照检测 AT89S51 精品文档 III欢迎下载III欢迎下载III欢迎下载 ForewordForeword This design control method aiming at classroom light particularly the development present condition that the intelligence of classroom light controls analyzed the principle of the classroom light intelligence control and carry out a method design way of thinking put forward intelligence to control system according to the classroom light of the list slice machine and developed the hardware device of intelligence control system and correspond software on this foundation With attain classroom in the school is used to give or get an electric shock an equipments of reasonable use the purpose of economy electric power and improvement teaching management Designed to apply the forerunner s electronics technique network technique and automatic control technique and practical software platform successfully designed a set of intelligence with perfect function classroom lighting to move to control system From spread feeling to probe into unit the communication network RS 232 and controled unit to constitute the whole system The intelligence classroom illuminates to control system core a spare part adoption AT89 S51 list slice the machine collect a data and use to give or get an electric shock an equipments to carry on reasonable control and management to the classroom inner part attain teaching building the classroom illuminates a control of the intelligence turn and economize the target for turning This system list slice the machine control system and network technique knot to put together each constitute the part includes a hardware and software design of structure function and carry out a method Finally pass method RS 232 realization and place of honor machine correspondence carry out the long range of data to deliver and the place of honor machine illuminate the control of status to the classroom and complete lighting in an intelligence classroom control system KeywordKeyword the intelligence controls is hot to release to give or get an electric shock an effect only shine on an 精品文档 IV欢迎下载IV欢迎下载IV欢迎下载 examination AT89S51 精品文档 V欢迎下载V欢迎下载V欢迎下载 目 录 设计任务书 I 前 言 II 一 设计思想 1 1 1 课题背景 1 1 2 设计主要目的 1 二 系统总体方案 2 总述 2 2 1 系统总体构成 2 2 2 系统实现功能 3 三 教室控制与检测单元设计 4 总述 4 3 1 教室控制单元的设计与通信 5 3 1 1 控制单元的核心器件 5 3 1 2 现场人机交互模块 7 3 1 3 RS 232 串口通信 9 3 2 教室检测单元数据采集与处理 10 3 2 1 光照信号采集与处理 10 3 2 2 光照检测接口电路 12 3 2 3 红外数据采集与处理 13 3 2 4 开关控制电路设计 14 四 教室节能系统软件设计 16 总述 16 4 1 光照度采样及模数转换子程序 16 4 2 显示子程序 17 4 3 串行通讯程序设计 18 4 4 主程序设计 20 五 系统整体工作流程 21 5 1 教室内光信号采集处理 21 5 2 教室内人数分布信息处理 21 5 3 显示与通信 21 总结 22 致谢 23 参考文献 24 附录 25 附录 A 主程序 25 附录 B 设计原理电路图 33 精品文档 1欢迎下载1欢迎下载 一 一 设计思想设计思想 1 11 1课题背景课题背景 随着计算机网络 通信 控制等技术的发展 智能建筑的发展越来越 迅猛 目前 国内大多数智能建筑存在效率低 能耗高的现象 就智能 建筑的照明系统来说 许多地方的灯经常是从早到晚开着的 不管这些 房间或楼道是否有人 也不管有多少人 或者 当自然光照度很好时 灯不能及时关闭 反之 当自然光照度难以满足人的需求时 又不能及 时打开灯光 这种照明方式 不仅造成能源的浪费 而且不能满足人对 照明的基本需求 同时也给人的视力造成了很大的影响 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相违背 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 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 部分学校也意识到了教室照明中存在的巨大浪费 采取了各种各样 的管理方式 企图来杜绝这种浪费 如 费用包干制 任课教师负责制 组织勤工俭学学生或聘用专职人员进行专门管理 拉闸限电等等 许多 学校都采取过这些方法 但始终没能长久坚持下去 也就没有取得理想 效果 其次 学生对教学楼教室的利用状况的未知往往造成有些教室人 满为患 有些教室无人问津的状况 从而由于管理不当而影响教学资源 分配等种种问题 1 21 2设计主要设计主要目的目的 针对目前学校教学楼用电设备控制和教学管理不足的现状 以提高 教室用电设备控制的自动化和教学管理的效率为目的 开发了一套功能 较完善的基于总线的智能教室照明控制系统 本系统应用先进的电子技 术 网络技术 自动控制技术以及实用的软件平台 智能教室控制系统 采用单片机实现对教室光照 自习学生人数等的数据采集 并由 RS 232 和上位机 计算机 的通讯 实现教室使用状态监控与显示 并对教室 内部用电设备进行合理控制和管理 达到高校教学楼教室控制的智能化 和节约化的目标 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载 二 系统总体二 系统总体方案方案 总述总述 教室节能系统采用单片机和上位机组成的系统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 教室室使用 状态的监控 整个系统由教室检测单元 控制单元 通信单元等组成 单片机可以实现对教室内的教室检测控制元所采集到的信息的接收 处 理 并且由 LCD 显示教室状态 从而可以很轻松的对教室用电设备开关 状况 照强度 自习学生人数 教室使用状态等进行实时监控和统计 对于通讯网络部分 教室信号通过 RS 232 串行方式与上位机通信 检测 控制单元 照明强度采集是采用 AD0809 与单片机构建的数据采集网络 教室是否有人和人数是用热释电传感器通过检测电路与单片机相连进行 数据采集 2 12 1 系统总体构成系统总体构成 a 传感探测单元 热释电红外探测传感器组件 该组件由三个部分组成 热释电传感 器 匹配低噪放大器 菲涅尔光学系统 该组件本身不发任何类型的辐 射 器件功耗很小 隐蔽性好 价格低廉 可见光探测组件 可见光探 测组件由一些常用光敏器件和晶体管组成 特别说明 这个组件必须置 于本照明控制器控制照明的范围之外 用于探测自然光的有无及强弱 可根据需要进行调整 为控制器提供控制灯具亮 灭的依据 b 微控制与通信单元 控制器单元主要对该教室检测控制单元进行集中操作管理 状态显 示 通讯控制和维护该每间教室的用电对象 并协调各检测控制单元之 间的数据传送 提高整个智能教室控制系统的可靠性 通讯网络是保证整个智能教室控制系统远程控制正常运转的关键 所有的教室检测的数据和教室使用状态都连接在通讯网络的平台上 最 终与计算机单元相连 实现远程的监控与显示 本系统利用计算机的串 行口和单片机的串行通讯的功能 采用 RS 232 向上位机完成信息传输实 现教室控制单元显示和集中管理 上位机通过 RS 232 串行通讯线来读取 教室中的基本信息 同时每个教室控制单元中所采集的相关数据信息 并对所采集到的信息做基本显示的功能 c 软件实现 对教室人数进行进行实时计数 同时对光照度进行采样 并通过程 序由单片机控制 并在 LCD 上显示当前人数和教室照明灯开关状态 当 光照度低于设定值范围内时 再根据教室人数自动打开照明灯经串口 RS 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载 232 传到上位机 例如 当光照度高于设定值在单片机控制下自动关闭照 明灯 2 22 2系统实现功能系统实现功能 智能教室控制系统的设计的目的就是为了实现教室用电设备的合理 使用 节约能源以及改善教学管理 提高教室使用效率 在设计过程中 作者将整个系统分为了上述的三个部分 系统可以实现的功能则可以概 括为以下几个方面 a 教室检测控制单元数据采集 系统的底层设备教室检测控制单元具有自动采集和命令采集两种模 式 自动定时采集就是教室检测控制单元可以根据内部时钟设置对教室 进行循环采集数据 由控制器通过 RS 232 通讯信道将根据需要采集相应 的数据信息传送到上位机 上位机再经 RS 232 通讯信道传送把命令传输 到教室检测与控制单元 b 教室远程端控制功能 在远程控制中 往往都要使用远程控制软件 而这样的软件一般分 为两部分 一部分在本地主机上安装 使上位机成为控制端 另一部分 在现场控制器上安装 使现场控制器为服务端 也就是被控制端 通过 网络 在计算机与控制器之间建立起一条数据交换的通道 从而使得控 制端可以向服务端发送指令 操纵服务端完成特定的工作 在此时 现 场控制器负责发送指令和显示远程计算机执行程序的结果 而运行程序 所需的系统资源均由上位机机负责 系统采用了原有的教室内部用电设 备控制系统 在此基础上的教室远程监控系统可以根据采集到的数据对 教室实施相应的命令 使得教室的用电设备能够及时地开或关 实现节 能目的 c 数据与教室状态的显示 在这里显示任务包括整个智能教室控制系统各采样点数据 光照度 人数 照明灯的状态 由于教室控制系统的设计了自动 手动按键 有特 殊情况管理人员可不必去现场只需单击此按键即可从上位机界面直接进 行调整 并随时能获知各个教室实际的总体情况 这里使用 LCD1602 完 成显示任务 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载 三 教室控制与检测单元设计三 教室控制与检测单元设计 总述 总述 1 教室检测控制单元是智能教室控制系统中重要的部分之一 一方 面 教室检测控制单元具有对教室内数据的采集 处理 存储等功能 并响应楼层显示控制单元通讯查询的命令 另一方面 教室检测控制单 元根据楼层显示控制单元和中央计算机单元的具体要求控制照明灯等用 电设备 教室检测控制单元硬件接口电路如图 3 1 所示 2 教室检测控制单元采用模块化设计 其主要部分为数据采集模块 继电器开关模块 现场人机交互模块 串口通讯模块 现场设备控制模 块 电源模块等 系统的电源采用专用芯片将 220V 交流电转换成 5V 从而给控制节点中的 ADC0809 及单片机和继电器供电 教室检测控制单 元组成框如图 3 1 所示 12MHz晶振 内 外红外检 测电路 AT89S51 分频器 光敏传感器2 AD0809 LCD显示 继电器组教室照明灯 按键 MAX232 电源电路 B A 2 3 2 通 讯 线 220V 5V供电 5V供 电 光敏传感器1 图 3 1 智能教室控制系统整体组成框图 本系统中教室检测控制单元具体主要功能有 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载 1 教室检测控制单元实现对教室内光照强度 进入教室的学生人 数的数据采集 通过数据的转换和处理 可送入到楼层显示控制单元和 计算机单元 2 教室检测控制单元中光照传感器将采集到的电压值和设定电压 相比较从而自动完成对教室内是否开启 关闭照明灯组的操作 实现系统 中节约电能的目的 3 通过手动控制教室检测控制单元中的按键可对教室内照明灯的 现场开启 关闭操作 4 教室检测控制单元中 LCD 显示教室内用电设备的开关状态 5 通过 RS 232 总线完成单片机与上位机控制单元的通讯 6 可接收计算机的命令并实现相应的控制信号的传输 3 13 1 教室控制单元的设计与通信教室控制单元的设计与通信 3 1 1 控制单元的核心器件 1 单片机 AT89S51 AT89S51 是一个低功耗 高性能 CMOS 8 位单片机 它具有如下特点 40 个引脚 4k Bytes Flash 片内程序存储器 128 bytes 的随机存取数 据存储器 RAM 32 个外部双向输入 输出 I O 口 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断 2 个 16 位可编程定时计数器 2 个全双工串行通信口 片内时钟振荡器 主要特性 8031 CPU 与 MCS 51 兼容 4K 字节可编程 FLASH 存储器 寿命 1000 写 擦循环 全静态工作 0Hz 24KHz 三级程序存储器保密锁定 128 8 位内部 RAM 32 条可编程 I O 线 两个 16 位定时器 计数器 6 个中断源 可编程串行通道 其管脚分布如图 3 2 所示 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载 图 3 2 AT89S51 引脚图 复位电路 RST 引脚对地电阻为 40 220 千欧姆 因此在 RST 引脚和电源 VCC 之 间接一容量为 10 22 微法的电容后 即可构成最简单的 RC 复位电路 如 图 3 3 复位电路所示 图 3 3 复位电路 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载 2 模数转换器件 A D0809 A D0809 是 8 路模拟信号的分时采集 片内有 8 路模拟选通开关 以及相应的通道地址锁存用译码电路 其转换时间为 100 s 左右 ADC0809 引脚图如图 3 4 所示 IN3 1 IN4 2 IN5 3 IN6 4 IN7 5 START 6 EOC 7 D3 8 OE 9 CLK 10 VCC 11 REF 12 GND 13 D1 14 D2 15 REF 16 D0 17 D4 18 D5 19 D6 20 D7 21 ALE 22 ADD C 23 ADD B 24 ADD A 25 IN0 26 IN1 27 IN2 28 U2 ADC0809 图 3 4 ADC0809 引脚图 A D 转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理 数据传送的关键 问题是如何确认 A D 转换的完成 因为只有确认完成后 才能进行传送 1 ADC0809 内部带有输出锁存器 可以与 AT89S51 单片机直接相 连 2 初始化时 使 ST 和 OE 信号全为低电平 3 送要转换的哪一通道的地址到 A B C 端口上 4 在 ST 端给出一个至少有 100ns 宽的正脉冲信号 5 是否转换完毕 我们根据 EOC 信号来判断 6 当 EOC 变为高电平时 这时给 OE 为高电平 转换的数据就输 出给单片机 3 1 2 现场人机交互模块 人机交互模块包括按键 LCD 显示 图中没有画出 人机交互部件 可以实现在教室内对教室检测控制单元进行手动操作控制 并通过 LCD 显示观察到当前教室用电设备开关状态 这里采用字符型液晶显示模块 它是一种专门用于显示字母 数字 符号等点阵式 LCD 目前常用 16 1 16 2 20 2 和 40 2 行等的模块 下面以长 LCD1602 字符型液晶显 示器为例做介绍 一般 1602 字符型液晶显示器实物如图 3 5 精品文档 8欢迎下载8欢迎下载 图 3 5 LCD1602 字符型液晶显示器实物图 1602LCD 主要技术参数 显示容量 16 2 个字符 芯片工作电压 4 5 5 5V 工作电流 2 0mA 5 0V 模块最佳工作电压 5 0V 字符尺寸 2 95 4 35 W H mm 引脚功能说明 1602LCD 采用标准的 14 脚 无背光 或 16 脚 带背光 接口 各 引脚接口说明如表 3 1 所示 表 3 1 引脚接口说明表 编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1VSS 电源地 9D2 数据 2VDD 电源正极 10D3 数据 3VL 液晶显示偏压 11D4 数据 4RS 数据 命令选择12 D5 数据 5R W 读 写选择 13D6 数据 精品文档 9欢迎下载9欢迎下载 6E 使能信号 14D7 数据 7D0 数据 15BLA 背光源正极 8D1 数据 16BLK 背光源负极 第 1 脚 VSS 为地电源 第 2 脚 VDD 接 5V 正电源 第 5 脚 R W 为读写信号线 高电平时进行读操作 低电平时进行写操作 第 7 14 脚 D0 D7 为 8 位双向数据线 第 15 脚 背光源正极 第 16 脚 背光源负极 人机交互模块中使用两个按键 这两个按键都采用微动开关 此开 关一端通过与门接单片机的 INT1 脚 另一端接地 即通过单片机的外部 中断来执行手动操作 它也可做为一般的按键使用 按键接口电路图如图 3 6 所示 两个按键分别是 自动 手动键 全 开 全关键 通过控制模块上的开关按键并由第二排 LCD 显示 显示 O C 教室照明灯的开关状态 图 3 6 按键接口电路 3 1 3 RS 232 串口通信 串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议 在进行串行通信接口 设计时 主要考虑的问题是接口方法 传输介质及电平转换等 大多数 计算机包含两个基于 RS 232 的串口 串口同时也是仪器仪表设备通用的 通信协议 很多 GPIB 兼容的设备也带有 RS 232 口 同时 串口通信协 议也可以用于获取远程采集设备的数据 1 RS 232 是实现单片机和计算机通信的接口 相当于一个桥梁作 用 P3 0 和 P3 1 是 STC89S51 的两根全双工串行通信传输线 其中 精品文档 10欢迎下载10欢迎下载 RXD P3 0 为输入线 TXD P3 1 为输出线 从理论上讲 它是可以 实现全双工工作的 但 CPU 是不可能同时执行 接收 和 发送 两种 指令的 因此该 全双工 的定义只是对串行接口有独立的接收通道和 发送通道而言 发送缓冲器只能写入发送数据 但不能读出 接收缓冲 器只能读出接收的数据 但不能写入 当然也可以用其它口模拟串口协 议实现串口通信 但没有使用 AT89S51 自己提供的串口方便 接口如 3 7 图 图 3 7 RS 232 通讯接口 2 MAX232CPE MAX232CPE 是用于完成计算 机 232 端口数据电平转换 连接 CMOS 电路的 换言之 如果离开它 我们就无法用软件监控电源状态了 需要串口返回信号 MAX232CPE 完成 232 电平与 TTL 电平转换 提供一个本地接口 为调试和维护提供方便 TXD 接 SX52 的 RA2 脚 RXD 接 SX52 的 RA3 脚 RS RXD 和 RS TXD 是 RS232 电平 为标准串口 电平 数据可以从串口输入到单片机SX52 SX52 再把数据送到 RTL8019AS 传出去 3 23 2 教室检测单元数据采集教室检测单元数据采集与处理与处理 3 2 1 光照信号采集与处理 教室检测控制单元数据采集模块对教室内光照强度 教室的学生人 精品文档 11欢迎下载11欢迎下载 数 教室内的灯状态 主要通过光照传感器 红外传感器来完成 各器 件将检测到的非电量转化成各自对应的电量进而传送给单片机进行处理 单片机可实现对各传感器的定时采集并根据设定值进行比较处理 同时 通过通讯接口将处理后的数据向上位机控制单元传送 也可通过该通讯 接口 上位机单元发出的控制指令 现场控制单元实现相应的控制命令 操作 1 光电检测器件选择 目前 在光电检测技术中常用的一些光电检测器件有光敏电阻 光 电池 光电二极管 光电三极管等 选择光照传感器可根据参考表 3 3 来进行比较选择 表 3 2 各种光电器件特性比较 特性 器件 光敏电阻 光电池 光电二极管 光电三极管 光谱和光电特性 光谱响应灵敏度 可见光至红外 可见光至红外 可见光至红外 可见光至近红 外 高 低 一般 高 线性度 差 一般 好 差 伏安特性 电阻型 光伏型 光伏型和 饱和型 饱和型 电特性 输出电流 大 最大 小 大 噪声特性 低 低 高 高 光敏电阻和其它光电检测器件相比具有以下特点 a 灵敏度高 光电导增益大于 1 b 工作电流大 可达数毫安 c 所测光强范围宽度 既可检测强光也可检测弱光 2 光敏电阻的工作原理 光敏电阻的工作原理是 在其两极加上一定的电压后 当光照射在 光电导体时 由光照产生的光生载流子在外加电场作用下沿一定方向运 动 在电路中产生电流 达到光电转换的目的 光敏电阻的工作原理如 图 3 8 所示 精品文档 12欢迎下载12欢迎下载 光照 光电导体 Ip 电极 电极 图 3 8 光敏电阻的工作原理 光敏电阻随光照强度的增加起导电性能变好 既光敏电阻的电导率 增加 流过其内的光电流增加 其本身的电阻值减小 随光照强度的增 加起导电性能变差 既光敏电阻的电导率减小 流过其内的光电流增加 其本身的电阻值增加 3 2 2 光照检测接口电路 a 光敏电阻与电阻 R 构成反向比例放大电路 由于光敏电阻是敏感 性元件 对光照强度 距离等有一定的敏感性 以及电源的噪声等引起 的各种干扰都会随设备进入到单片机控制系统中 系统的干扰影响了需 要采集的真实信号 给光敏电阻检测判断和进一步数据分析处理带来了 不利因素 从而影响其测量结果的准确性 对光敏电阻的前端供电加上 稳压管 以避免电源的噪声的影响获取更接近真实的信号 单片机的模 拟信号输入端 GM 口 b 当光敏电阻的阻值发生变化时 GM 端上的应发生变化 该信号被 单片机的模拟通道 GM 采集 采集的是光敏电阻上的暗时 光敏电阻上的 电压值接近 5V 光强时 大约 0V 模数转换为数字量后 0 255 精品文档 13欢迎下载13欢迎下载 图 3 9 光电测量电路原理图 利用光敏电阻对教室内光照强度进行探测 其工作方法是 l 教室无人时 不管照度如何 所有照明灯均熄灭 2 当教室有人时 分成三种情况 a 若室内照度小于设定值时照明灯全部打开 b 若室内照度介于设定值很小范围时 根据教室人数打开排照 明灯 c 若室内照度大于设定值 则所有照明灯均熄灭 3 2 3 红外数据采集与处理 使用红外传感器的作用是通过其内部接收端接收由障碍物反射或发 射回来的红外光 来判断是否有障碍物 有障碍物时 检测电路输出高电 平 否则 电路输出低电平 这里使用两组红外传感器 分别安装在教 室门内外两侧 用来计数当前教室内的学生人数 两组红外传感器依据接 收有障碍物 人体 反射回来的红外光并根据对其接收的先后顺序来判断 是否有进入 出去的人 进 出 进而实现对教室学生人数的 记数 1 热释电传感器检测原理 a 热释电效应 当一些晶体受热时 在晶体两端将会产生数量相 等而符号相反的电荷 这种由于热变化产生的电极化现象 被称为热释 电效应 图 3 10 表示了热释电效应形成的原理 精品文档 14欢迎下载14欢迎下载 图 3 10 热释电效应的形成原理 b 热释电传感器利用的正是热释电效应 是一种温度敏感传感器 当人体进入检测区时 因人体温度与环境温度有差别 产生 T 则有信 号输出 若人体进入检测区后不动 则温度没有变化 传感器也没有输 出 所以这种传感器能检测人体或者动物的活动 c 为了只对人体的红外辐射敏感 在它的辐射照面通常覆盖有特殊 的菲涅耳滤光片 使环境的干扰受到明显的抑制作用 图 3 11 菲涅耳透镜 d 菲涅耳透镜 图 3 11 把红外光线分成可见区和盲区 同时又 有聚焦的作用 使热释电人体红外传感器 PIR 灵敏度大大增加 2 人体红外传感器电路 精品文档 15欢迎下载15欢迎下载 人体红外传感器用于检测人体发出的特定波长的红外线 进行非接 触式距离较远的检测 其内部结构与外形如 3 12 图所示 Rt U U 输输出出 地地 图 3 12 红外传感器实物图与原理图 传感器外部有一白色半球形菲涅尔透镜 能有效聚集人体发出的红 外线 提高传感器的灵敏度 其工作电压为 3 15V 当人体进入传感器感 测区域时 传感器接收到频率为 0 1 8Hz 的人体红外信号 2 脚即输出微 弱的交流信号 经放大后可由 CPU 进行处理 信号处理电路如 3 13 图所示 图 3 13 红外信号处理图 传感器 2 脚的输出信号经两极放大后 从 LM324 输出 信号幅度为 0 5 5V 直流分量为 3V DL1 DL2 R12 R13 R14 R15 组成双门 6 电 压比较器 若 LM324 无信号输出 则 J2 为 3 3V J3 为 2 7V ALARM 指 示灯不亮 J1 输出为低电平 当 LM324 输出大于 4V 或小于 2V 时 ALARM 指示灯点亮 VOUT 端输出高电平 3 2 4 开关控制电路设计 1 继电器原理简介 继电器主要由一个线包和若干个触点对组成 当线包两端加上合适 的电压时 线包上的电流产生磁场 控制每一组触点的闭合与断开 一 组触点包括常开 常闭与中间三个触点 其结构图如 3 14 图 精品文档 16欢迎下载16欢迎下载 2 3 1 54 K 图 3 14 继电器结构图 其中 触点 1 为中间点 触点 2 为常闭点 触点 3 为常开点 K 为线包 2 电灯开关控制电路 继电器开关控制电路图如图 3 15 设计中使用继电器中 5V 的两组 因为开发板输出电压是 3 3V 必须加驱动电路 模块中只有 5V 继电器设 有驱动电路 使用 12V 的一组需外加驱动电路 图 3 15 继电器应用电路图 精品文档 17欢迎下载17欢迎下载 四 教室节能系统软件设计四 教室节能系统软件设计 总述总述 对教室人数进行进行实时计数 同时对光照度进行采样 并在 LCD 上显示当前人数和教室照明灯开关状态 当光照度低于设定值范围内时 再根据教室人数自动打开照明灯经串口 RS 232 传到上位机 当光照度高 于设定值自动关闭照明灯 当光照度超过设定的限制时 将发送报警信 号并发送到上位机 当有自动 手动键按下时变成手动处理 此时人为的 对教室照明灯进行全开或者全关 等待恢复自动检测教室状态时再继续 当前检测 整体流程图如图 4 1 初始化并开中断 等待计人数同时 等待光照度采样 及ADC转换 采集两路数据与 设定值比较 是否有手动键按下 检测开关键开或者关 并执行照明灯的开关 根据比较结果和人数执 行照明灯的开关状态 送LCD显示 送串行口 Y N 图 4 1 系统整体实现流程图 4 14 1 光照度采样及模数转换子程序光照度采样及模数转换子程序 A D 转换器是采集教室光照度的一个重要器件 A D 转换器应能确保 模拟信号在数字位流中被准确地表示 并提供一个具有任何必需的数字 精品文档 18欢迎下载18欢迎下载 信号处理功能的平滑接口 A D 转换器将光敏电阻采集的光照度的模拟信 号变换成数字位流以进行处理 传输及其他操作 并根据人数执行继电 器吸 合动作 单片机把它实时监控检测采集的两路数据分别与设定值 进行比较 然后根据比较结果和教室人数启动继电器 光照检测程序流 程图见图 4 2 所示 读出转换结果 等待中断 开启A D并选 中通道1 选中通道2并退 出中断 等待中断 读出转换结果 选中通道1 开始 返回 图 4 2 ADC 采样及转换流程图 4 24 2 显示子程序显示子程序 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令 如表 3 4 所示 表 4 1 控制命令表 序号指令 RSR WD7D6D5D4D3D2D1D0 1 清显示 0000000001 2 光标返回 000000001 3 置输入模式 00000001I DS 4 显示开 关控制 0000001DCB 5 光标或字符移位 000001S CR L 6 置功能 00001DLNF 7 置字符发生存贮器地 址 0001 字符发生存贮器地址 8 置数据存贮器地址 001 显示数据存贮器地址 9 读忙标志或地址 01BF 计数器地址 10 写数到 CGRAM 或 DDRAM 10 要写的数据内容 11 从 CGRAM 或 DDRAM 读 数 11 读出的数据内容 1602 液晶模块的读写操作 屏幕和光标的操作都是通过指令编程来 实现的 说明 1 为高电平 0 为低电平 精品文档 19欢迎下载19欢迎下载 主要的显示子程序流程图如下 开始 LCD初始化 延时 设第一行显示位置 设第二行显示位置 显示设第一行内容 返回 显示第一行内容 图 4 3 显示子程序流程图 4 34 3 串行通讯程序设计串行通讯程序设计 1 上位机与单片机之间的通讯一般分为四个过程 联机 发送数 据 接收 单片机控制器可以实时监测现场和控制系统的各项工作参数 可以接受远端监控中心的查询 控制 并可以向中心上报工作状态 2 在所设计的串行接口中 要求通信速率为 4800 波特 实现单 片机与主机之间进行通信 同时 设单片机的时钟频率是 12MHZ 在此选用串行口工作方式 1 在方式 1 的情况下 串行口的通信 速率与定时计数器 T1 的溢出速率和电源控制器 PCON 中的波特率控制位 SMOD 有关 3 本系统利用 STC89C51 自备的串行接口 其控制程序非常简单 串行通信的初始化在主程序初始化部分已经完成 因为本系统要传送的 数据具有一定的特殊性 所以没有采用通用的仪器仪表的串行通信协议 而是自定义了一套串行通信协议 以提高下位机与上位机间的通信效率 单片机发送数据包的格式如表 4 2 所示 精品文档 20欢迎下载20欢迎下载 表 4 2 单片机发送数据包格式 两字节三字节两字节 FFFF 教室人数 三排灯的态 AAAA 该数据包中前两个字节 FF 是包头 其后是八个字节的数据字节 分 别传送数据 最后以两个 AA 作为包尾 定义用串口发送一个字节的函数为 void send char com unsigned char ch SBUF ch 将要发送的字节送到发送缓冲区 while TI 0 等待发送完毕 TI 0 复位 这样当要发送一个数据包时只需按照协议按顺序发送相应的字节即 可完成下位机向上位机传递数据的工作 4 在利用 MSComm 控件进行串口通信之前必须对串口进行初始化 通过打开主程序时对 MSComm 控件的属性进行设置来完成此工作 因此在 Form Load 函数中加入下列语句 With MSComm1 CommPort 1 将通信端口设为串口 1 Settings 9600 n 8 1 波特率设为 9600 无奇偶校验位 8 位数据位 一位停止位 InBufferSize 1024 设置接收缓冲区为 1024 字节 OutBufferSize 512 设置发送缓冲区为 512 字节 InputMode comInputModeBinary 设置接收数据类型为二进制 InputLen 1 一次从接收缓冲区读取 1 字节 SThreshold 0 发送时不产生 ONComm 事件 RThreshold 1 接收到 1 字节时产生 ONComm 事件 On Error Resume Next47 If PortOpen False Then PortOpen True 如果串口没打开则打开串口 If Err Then msg MsgBox 串口 COM1 外中断源 INT0 的中断服务程序 void ext1 void interrupt 2 外中断源 INT1 的中断服务程序 在教室检测控制单元主程序中 首先应对系统进行初始化 然后再等待 外部中断 红外传感器和按键用或门连接到外中断源 INT1 当有人进出 教室或者有按键按下就分别进行相应的中断处理 ADC0809 的 EOC 引脚通 过非门连接到外中断源 INT0 当每一路光照采集的数据转换完后就进入 此中断服务程序 采集后的数据送入串行口和 LCD LCD 为本地显示 同 时上位机也显示相应的数据 教室节能系统软件设计主流程图如图 4 4 所示 精品文档 22欢迎下载22欢迎下载 开始 初始化并定义各变量 开总中断 红外处理子程序 光照处理子程序 按键处理子程序 显示处理子程序 串口处理子程序 图 4 4 系统软件设计主流程图 五 系统整体工作流程五 系统整体工作流程 5 15 1 教室内光信号采集处理教室内光信号采集处理 光照强度采集主要是通过光敏电阻构成光照传感器 利用光照传感 器采集教室内的光照强度 自然光和教室内灯光 并将光信号变成电信 号 并通过 ADC0809 将模拟信号转化成数字信号和单片机实现通信 将 采集到的电平和单片机内设定电平相比较 从而在单片机内部程序控制 下自动完成对教室内是否开启 l 教室无人时 不管照度如何 所有照 明灯均熄灭 当教室有人时 分成三种情况 a 若室内光照度小于设定值时照明灯全部打开 b 若室内光照度介于设定值很小范围时 根据教室人数打开排 精品文档 23欢迎下载23欢迎下载 照明灯 c 若室内光照度大于设定值 则所有照明灯均熄灭 5 25 2 教室内人数分布信息处理教室内人数分布信息处理 使用红外传感器的作用是通过其内部接收端接收由障碍物反射或发 射回来的红外光 来判断是否有障碍物 有障碍物时 检测电路输出高电 平 否则 电路输出低电平 这里使用两组红外传感器 分别安装在教 室门内外两侧 用来计数当前教室内的学生人数 两组红外传感器依据接 收有障碍物 人体 反射回来的红外光并根据对其接收的先后顺序来判断 是否有进入 出去的人 进 出 进而实现对教室学生人数的 记数当人体进入传感器感测区域时 传感器接收到频率为 0 1 8Hz 的人 体红外信号 2 脚即输出微弱的交流信号 经放大后可由单片机进行处理 5 35 3 显示与通信显示与通信 利用 LCD1602 和单片机连接 利用 1602 的按键和显示功能以实现 在教室内对教室检测控制单元进行手动操作控制 并通过 LCD 显示观察 到当前教室用电设备开关状态 利用 RS 232 把单片机直接和计算机相连接 利用计算机的串行口和 单片机的串行通讯的功能 采用 RS 232 向上位机完成信息传输实现教室 控制单元显示和集中管理 计算机通过 RS 232 串行通讯线来读取教室中 的基本信息 并对所采集到的信息进行显示和处理 总结总结 本课题对智能教室照明控制系统的控制部分进行了研究 以环境光 人体存在状况等外界环境为控制器的输入参数 比单纯的人员管理教室 灯光更合理 更有效的降低教室用电的浪费 同时还加入了时间控制参数 使教室灯光的控制更加符合学校的作息时间 本控制系统的设计对于各 类大 中专院校的教室灯光管理具有重要的意义 也适用于各类办公室 的灯光控制 设计中应用了学过的数字电子 模拟电子 单片机 传感器等课程 不仅丰富了已学知识 而且理论联系实际 是我的实践能力有了很大的 提高 精品文档 24欢迎下载24欢迎下载 该教室灯光系统的控制是以 AT89S51 单片机为主控单元为核心 通 过相关电路的驱动 完成对系统设备 电灯 的控制 采用一个二极管闪 烁显示整个系统的工作状态 实现了对教室灯光的自动开灯 关灯控制 系统设计在实现智能化控制的同时 还设置了手动 自动控制键 这样在 系统智能控制偶尔出现故障时 可采用手动操纵 不至于影响教室灯光 的正常应用 在保证装置能稳定可靠工作的前提下 硬件设计上尽量采用性价比 高的元器件 以降低成本 软件设计上采用多任务形式对信号的采集 处理 达到最终控制灯光的目的 致谢致谢 本论文的工作是在马老师的悉心指导下完成的 马老师严谨的治学 态度和科学的工作方法给了我极大的感染和影响 使我受益匪浅 马老 师给我的设计工作和论文都提出了许多的宝贵意见 电路设计上遇到了 好多麻烦 通过上网查阅资料并马老师和同学的耐心帮助下 我不但完 成了这次毕业设计而且使我的模拟电子电路和数字电子电路 单片机等 有了很大的提高 在此表示衷心的感谢 感谢母校 河南工业职业技术学院的辛勤培育之恩 感谢电子工 精品文档 25欢迎下载25欢迎下载 程系给我提供的良好学习及实践环境 使我学到了许多新的知识 掌握 了一定的操作技能 适应了社会发展的需要 大学即将毕业 人生最美好的大学生活即将结束 感谢学校 感谢 这一路走过来的所有人 在撰写论文期间 同学们对我论文的研究工作给予了热情帮助 在 此向他表达我的感激之情 最后 非常荣幸能在母校三年的学习 使我增长了知识开阔了眼界 最重要的是认识了我的良师益友 感谢这一切的一切 附录附录 附录附录 A A 主程序主程序 include 精品文档 26欢迎下载26欢迎下载 include define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit RS P2 0 sbit LCD EN P2 1 sbit EOC P3 2 sbit ADDR P2 5 sbit baojing P2 6 sbit ST P2 7 bit flag 0 sbit LED 1 P2 2 sbit LED 2 P2 3 sbit LED 3 P2 4 sbit KEY1 P3 4 sbit KEY2 P3 5 sbit KEY3 P3 6 sbit KEY4 P3 7 bit A M bit QK QG uchar renshu uchar set gz 0 x78 uchar ad data1 ad data2 uchar bai 1 shi 1 ge 1 bai 2 shi 2 ge 2 uchar code table renshu uchar code table1 D1 uchar code table2 D2 uchar code table3 D3 void delay uint z uint x y for x z x 0 x for y 1 y 0 y void adc 0809 EA 0 if flag 0 ADDR 0 精品文档 27欢迎下载27欢迎下载 else ADDR 1 ST 0 ST 1 ST 0 delay 10 EA 1 void ext0 void interrupt 0 if flag 0 flag 1 ad data1 P1 bai 1 ad data1 100 shi 1 ad data1 100 10 ge 1 ad data1 10 else flag 0 ad data2 P1 bai 2 ad data2 100 shi 2 ad data2 100 10 ge 2 ad data2 10 void kongzhi if A M 0 if ad data1 set gz LED 2 1 LED 3 1 else LED 1 0 LED 2 0 LED 3 0 if ad data1set gz 亮处接近暗 if ad data2 set gz 10 if renshu 0 LED 1 1 LED 2 0 LED 3 0 else LED 1 0