图书馆智能节能控制器的设计

图书馆智能节能控制器的设计摘要 随着科技的发展以及经济的增长，对电力能源的依赖显得日益突出，节约用电成为了各行各业都需要去完成的共同目标。本系统采用了AT89C52单片机作为整个照明系统的控制装置，采用人体红外感应模块热释红外传感器检测人体的存在与否，采用光敏三极管来判断外界环境的光照强度。通过本系统对环境信号以及人体信号的检测，判断是否开灯的条件，从而达到智能控制照明系统节约用电的目标，避免了资源的大量浪费。关键词：人体红外感应模块；智能控制系统；单片机Intelligent lighting system in the library Based on SCMABSTRACT With the development of science and technology and economic growth, the dependency on electric power energy is becoming increasingly prominent, energy saving has become the common goal of all walks of life are needed to complete the.The system uses the AT89C52 microcontroller as the control device of the entire lighting system,The infrared human body induction module pyroelectric infrared sensors to detect human existence in the classroom or not.The photosensitive triode to judge the environment illumination intensity. Based on the environmental signal and the detection signal of human body in the system, whether the conditions, so as to achieve the intelligent control of lighting system power saving target. To avoid a lot of waste of resource. Key word：Infrared human body induction module；Intelligent control system；MCU1目录第1章绪论11.1课题研究的背景及意义11.2智能节能控制系统研究的必要性11.3本课题研究的主要内容及目标21.4本课题的关键技术问题21.5智能节能控制方案的分析2第2章 智能照明控制系统的硬件模块42.1智能照明控制模块的硬件构成42.2控制系统的硬件电路4第3章 智能控制系统的软件设计133.1数据采集程序133.2主监控程序模块133.4显示驱动模块183.5系统调试19第4章 结论20参考文献21附录1部分元件特性介绍22附录2程序设计23附图A30附图B31第1章绪论1.1课题研究的背景及意义随着近代科学技术与经济的不断发展，人们生活水平得到了很大的改善，各式电器进入了我们生活，但是电能源的负荷也因此显得各加的突出。电力的短缺已经成为了全世界所要面临的严峻问题，而对于人口基数最为庞大的我国，对电力的需求更为迫切，问题显得尤为重要。因此，我们要通过各种方法去节约电力能源，通过提高能源应用效率，减少电能源不必要的浪费。在众多的用电效率低下的用电中，照明用电占据了相当大的一部分资源浪费。以我们学校为例，图书馆是人流量比较多的地方，为了方便学生的学习，图书馆的灯光照明基本处于全天工作的状态，无论环境光照强度是否已经足够，或者有没有人存在，灯基本上都处于开灯状态，这就造成了非常大的电力能源浪费，当然这绝不仅仅只有一个学校是这样的，全国绝大多数图书馆照明在我国仍然是靠人为的管理，而国外已经开始采用更为先进的智能控制，不仅方便管理还能节省资源。因为我国对图书馆智能照明节能控制技术的缺乏，造成了大量的能源浪费，用电负荷不断加大，但这种损失是可避免的。随着近年来科学技术取得的飞速发展，而科学技术让我们的生活越来越趋向于自动化，所以对于图书馆照明的管理也会朝着智能化的方向发展。因此，节能和智能的照明系统的研发具有非常重要的现实意义。1.2智能节能控制系统研究的必要性我国经济持续多年高速发展，经济的增长对能源的依赖的问题也日益显现出来，能源的缺乏已经成为了制约我国发展的一个关键要素之一。虽然我国能源总存储量很高，但不可忽略人口基数，这一实质性的问题，平均下来人均存储量很少，远低于世界平均水平。目前照明系统的用电量通过调查得知，已经占据我国全社会用电总量的12%。但如果采用智能节能照明系统可以节省60%到80%的电能源。这种可避免的浪费是节能所必须要考虑的，鉴于以上的原因，提高图书馆的用电效率，使用高效的智能节能控制代替传统的人工管理成为减少用电浪费的重要措施，而且每所学校都在不断扩建图书馆，用电需求还在不断的增加，如果仍然没有改进图书馆的照明管理系统，浪费的能源将更加的惊人！所以研发智能节能控制照明系统非常的必要也是一项非常重要的课题。1.3本课题研究的主要内容及目标1.3.1本课题需要研究的内容：（1） 教室标准照明光照强度。（2） 关照的强弱与开、关灯之间的关系。（3） 人体红外感应模块检测人体存在技术。（4） 智能节能控制器的参数值设定的要求及方。1.3.2本课题研究目标本课题研究的主要目标是通过对图书馆智能照明系统的研究，实现对现有的靠人工管理灯光照明的取代，完成自动化管理，具有提高用电效率，节约能源的作用。并且为了预防不可控因素，需要同时手动与自动控制能相兼容，通过不断反复的试验及调整，从而达到可靠性、实用性都具备的目的。1.4本课题的关键技术问题（1） 外界环境光照强度采集问题。（2） 人体红外感应模块数据采集问题。（3） 人体存在与开关灯之间的问题。（4） 手动开关与自动开关相结合的问题。1.5智能节能控制方案的分析大多数的照明控制器都是以自然环境光照强度和人体存在作为主要的参数，并且还要具有手动控制与智能控制相兼容。在自然关照强度足够的情况下，无论人是否存在都不开灯，在自然光照不足的情况下，如果检测到有人存在且人存在一段时间，控制器自动开灯，如果检测到人离开，那么控制器延时一段时间后自动关灯。尽可能的做到资源利用效率最大化，同时还要按照作息时间来人为的控制，满足特殊情况下开灯或者关灯的需求，如夜晚12点过后，还有人存在则应该关闭智能控制系统，采用市面上的普通开关来手动控制照明，解决特殊情况下智能控制系统所带来的不够人性化，在满足我们需要照明条件的前提下，尽可能的节约能源。整个控制系统分为两个部分即硬件和软件。硬件是软件的运行的平台，是执行整个智能照明系统的基础。软件部分则是对硬件采集到的信号进行分析和处理，实现智能控制所要达到的功。219第2章 智能照明控制系统的硬件模块由于本系统所受到安装环境影响因素很多，并且控制设备中的人体红外模块、光敏三极管会因为受到环境影响而变得不稳定，所以在设计的过程当中，设备的安放和硬件的选用需要充分的考虑到抗干扰的问题。2.1智能照明控制模块的硬件构成系统的主控模块采用的是AT89C52单片机作为整个照明系统的控制装置，外围电路则包含了：ISP下载线模块、电源模块、人体存在感应模块、硬件时钟模块、51单片机模块、环境光模块、灯光驱动模块、看门狗模块、LED显示模块、数码管显示模块。结构图如2-1所示。51系统模块ISP下载线模块看门狗模块LED显示模块数码管显示模块灯光驱动模块环境光模块硬件时钟模块电源模块人体存在传感器模块图2-1 智能控制照明系统硬件的结构框图2.2控制系统的硬件电路2.2.1系统的主控模块系统的主控模块采用的是AT89C52单片机作为整个照明系统的主控芯片，该单片机片内，有8k的快闪只读程序存储器和256B的随机存取数据存储器，以及4KB的EEPROM。为了使电路结构简洁且合理的安排片内RAM空间，故不需要片外RAM。根据本照明系统设计要求，软件设计的流程图如下图2-2所示；自然光是否充是否有人YNY设置延时时间点亮照明设备N图2-2 程序设计流程图2.2.2在线编程模块电路由于今年来flash型单片机的发展，采用软件模拟写片的方法已经取代了过去单片机依赖于仿真机。较之于后者模拟结合写片验证更加的方便与经济时间实用。AT89C52芯片是flash型单片机，它具有支持在线编程即ISP的功能，用户仅需通过接口就可以直接对主控芯片进行在线编程，极大的方便了程序的烧写与修改等工作。当使用ISP进行对CPU的在线编程时，需使用AT89C52单片机的P1.5、P1.6、P1.7接口的引脚及RST端口。要注意的是当显示红色的LED灯是电源指示灯，显示绿色的LED灯是复位作用，显示黄色的是时钟信号指示灯。2.2.3对系统供电电路因为AT89C52单片机的工作电压为+5V，而我们日常用电压为220V，这里我们需选用一个输出电压为9V的变压器，当系统接通220V的电压通过变压器后，将变压至9V，然后经过如下图3.2.3的装置会得到一个单片机工作所需要的+5V直流电源，用其给单片机以及单片机的外围电路供电，接至Vcc+端。图2.2.3 单片机电源电路2.2.4采集数据电路智能节能照明系统的主要输入参数是环境光照强度和人体的存在与否，这两个因素是系统主要的数据采集对象，本课题中环境光照强度的采集选用了光敏三极管，检测人体存在与否选用了人体红外检测模块。（1）环境光照采集：如下图2.2.4-1所示，当环境光照强度大于一定强度的时候，D6三极管呈现低阻态，其值小于1000欧姆，Q12的基极电压升高，当Q12饱和时集电极输出低电平。当环境光照强度小于一定强度的时候，D6呈现高阻态，其值为1000欧姆，导致Q12截止，输出高电平。图中可通过调节R26的大小，来控制三极管导通的适当光照强度。图3.4.2-1 环境光照强度采集电路图2.2.4-1 环境光照采集电路（2）热释电红外传感器的工作原理为，人体红外感应模块采用与热释电效应同压电效应类似的HC-SR501热释电红外传感器，因为其温度发生了变化从而导致晶体表面负荷电。热释电传感器对温度很敏感，会受到温度的影响。它主要由压电晶体元件或者陶瓷氧化物构成，它会在元件表面而形成的两个电极，当传感器检测到有T温度的变化由于，根据上述可得由于热释电效应也将会形成Q的电荷变化在电极上，这样会导致电压变化V。HC-SR501的输出阻抗高，在传感器中形成了一个场效应管阻抗，由热释电效应而形成的电荷Q空气中的离子自由结合然后消失。即如果环境温度维持稳定状态时，温度没有发生变化时，那么传感器没有输出。因为人体温度与环境温度的差异，当人体进入到检测区域会产生T的输出；如果人体进入到了检测区域后没有移动或者停止行动，那么温度不会发生变化，传感器也就不会有输出。这种传感器可以检测人体等有体温的生物的活动传感功能。 由实验验证到传感器如果不加光学透镜其检测距离很有限只有小于2m，但如果加上了光学透镜，检测的距离可以大大的增加到7m左右。注意几点：1：工作电压为直流且数值需要符合我们的要求，电压过高或者过低都会影响热释电红外模块的性能。2：在调试时候人体尽量避免在感应区域，因为人体触摸电路也会影响模块的正常工作。 3：若模块不接负载时能够正常的工作，但接上负载后却发生工作紊乱等情况，可能是因为电源容量很小，而负载比较耗电，负载在工作时所引起电压的波动导致工作紊乱。另外一种原因是负载因为得电工作而产生了干扰。4：人体红外感应模块在室内才能正常工作，并且室内环境应避免强光的照直接照射。若果有强烈的气流干扰，阻止对流可以减小影响比如说关窗关门。感应区域应避免对着会发热的电器。5：人体红外感应模块最佳的存放地点是安装在密封盒子里，不受其他条件的影响，否则可能会一直有信号输出。6：如果人体感应模块的探测角度比较小，那么可以采用不透明物体遮挡镜片或者裁剪来缩小镜片。7：人体红外感应模块拥有双元探头，其红外模块的特性直接决定了它无法精确的控制感应距离。（3）人体存在与否信号采集：HC-SR501的工作参数如下表-2.2.4所示：电气参数：产品型号HR-SR501人体感应模块工作电压范围直流电压4.5V至20V静态电流50uA电平输出高3.3 V ，低0V触发方式H（重复触发），L（不可重复触发）封锁2.5S制作范围内为零点几秒至几十秒延时5-200S制作范围内为零点几秒至几十分钟电路板外形尺寸（32*24）mm感应角度0； i- ) /循环8次移位 SCLK = 0； temp = addr； DIO = (bit)(temp&0x01)； /每次传输低字节 addr = 1； /右移一位 SCLK = 1； /发送数据 for ( i=8； i0； i- ) SCLK = 0； temp = dat； DIO = (bit)(temp&0x01)； dat = 1； SCLK = 1； CE = 0； /数据读取子程序 unsigned char Read1302 ( unsigned char addr ) unsigned char i，temp，dat1，dat2； CE=0； SCLK=0； CE = 1； for ( i=8； i0； i- ) /循环8次移位 SCLK = 0； temp = addr； DIO = (bit)(temp&0x01)； /每次传输低字节 addr = 1； /右移一位 SCLK = 1； for ( i=8； i0； i- ) ACC_7=DIO； SCLK = 1； ACC=1； SCLK = 0； CE=0； dat1=ACC； dat2=dat1/16； /数据进制转换 dat1=dat1%16； /十六进制转十进制 dat1=dat1+dat2*10； return (dat1)； /初始化DS1302 void Initial(void) Write1302 (WRITE_PROTECT，0X00)； /禁止写保护 Write1302 (WRITE_SECOND，0x56)； /秒位初始化 Write1302 (WRITE_MINUTE，0x34)； /分钟初始化 Write1302 (WRITE_HOUR，0x12)； /小时初始化 Write1302 (WRITE_PROTECT，0x80)； /允许写保护 二、1602显示程序/*- 名称：LCD1602 修改：无 内容： 引脚定义如下：1-VSS 2-VDD 3-V0 4-RS 5-R/W 6-E 7-14 DB0-DB7 15-BLA 16-BLK-*/#include 1602.h#include delay.h#define CHECK_BUSYsbit RS = P20; /定义端口 sbit RW = P21;sbit EN = P22;#define RS_CLR RS=0 #define RS_SET RS=1#define RW_CLR RW=0 #define RW_SET RW=1 #define EN_CLR EN=0#define EN_SET EN=1#define DataPort P0/*- 判忙函数-*/ bit LCD_Check_Busy(void) #ifdef CHECK_BUSY DataPort= 0xFF; RS_CLR; RW_SET; EN_CLR; _nop_(); EN_SET; return (bit)(DataPort & 0x80);#else return 0;#endif /*- 写入命令函数-*/ void LCD_Write_Com(unsigned char com) while(LCD_Check_Busy(); /忙则等待 RS_CLR; RW_CLR; EN_SET; DataPort= com; _nop_(); EN_CLR; /*- 写入数据函数-*/ void LCD_Write_Data(unsigned char Data) while(LCD_Check_Busy(); /忙则等待 RS_SET; RW_CLR; EN_SET; DataPort= Data; _nop_(); EN_CLR; /*- 清屏函数-*/ void LCD_Clear(void) LCD_Write_Com(0x01); DelayMs(5); /*- 写入字符串函数-*/ void LCD_Write_String(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s) while (*s) LCD_Write_Char(x,y,*s); s +; x+; /*- 写入字符函数-*/void LCD_Write_Char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char Data) if (y = 0) LCD_Write_Com(0x80 + x); else LCD_Write_Com(0xC0 + x); LCD_Write_Data( Data); /*- 初始化函数-*/ void LCD_Init(void) LCD_Write_Com(0x38); /*显示模式设置*/ DelayMs(5); LCD_Write_Com(0x38); DelayMs(5); LCD_Write_Com(0x38); DelayMs(5); LCD_Write_Com(0x38); LCD_Write_Com(0x08); /*显示关闭*/ LCD_Write_Com(0x01); /*显示清屏*/ LCD_Write_Com(0x06); /*显示光标移动设置*/ DelayMs(5); LCD_Write_Com(0x0C); /*显示开及光标设置*/ 三、照明控制程序：#include#include#include1602.h#includedelay.hsbit hongwai=P36;sbit guangxian=P35;sbit dengguang=P10;sbit shoudong=P37;/*- 主程序-*/main() unsigned char s; LCD_Init(); /初始化液晶屏 DelayMs(10); /延时用于稳定，可以去掉 LCD_Clear(); /清屏 LCD_Write_String(0,0, Welcome To Use); /写入第一行信息，主循环中不再更改此信息，所以在while之前写入 LCD_Write_String(0,1,ShiYangQing Made); /写入第二行信息，提示输入密码 for(s=0;s25;s+)/延时5s DelayMs(200); LCD_Clear(); dengguang=1;while (1) /主循环 if(shoudo