室内灯光控制系统的设计之欧阳科创编

1、欧阳科创编欧阳科创编2021.02.05欧阳科创编2021.02.05室内灯光控制系统的设计时间：2021.02.05创作：欧阳科毕业设计（论文）欧阳科创编欧阳科创编2021.02.05欧阳科创编欧阳科创编2021.02.05摘要本课题主要研究的是针对室内灯光的自动控制展开研究，提出了室内灯光控制的具体原理以及它的具体设计思路，提出了基于室内灯光控制系统的详细设计详细内容，在研究该课题的途中努力学习了智能室内灯光控制系统的硬件设备以及相应的软件。本研究以STC89C52单片机为主要操作核心，本研究采用了光敏三极管做为对外界自然光线的强度来进行详细检测，采用热红外人体传感器检测教室有没人进出；再

2、根据本控制系统对外界自然光信号与人体存在的红外信号采取的智能判断，以及对室内需要合理打开灯的条件，以完成对室内照明回路智能控制，从而以达到合理节约利用电能的目的。此外，采用了LCD液晶显示器以用来显示室人数。本研究主要采用的结构为模块化设计，具有简单，体积小等很多优点，以用来满足本研究达到室内灯光控制系统的要求。关键词:STC89C52；热红外人体传感器；光敏三极管；自动控制；AbstractThedesignanalyzestheprincipleandrealizationmethodoftheclassroomlightautomaticcontrol,andputsforwardthe

3、classroomlightingdesignideaofautomaticcontrolsystem,andonthisbasistodeveloptheintelligentcontrolsystemhardwareandcorrespondingsoftwarethroughresearchingonautomaticcontrolmethodforclassroomlighting.Thisstudyadoptedthelightactivatedtriodeastooutsidenaturallightintensitytoadetailedinspection;Accordingt

4、othecontrolsystemsintelligentjudgmentoftheenvironmentallightsignalandthehumanexistencesignal,aswellastotheclassroomreasonableconditions,openingthelamptocompleteautomaticcontroloftheclassroomlightingcircuit,soastoachievethepurposeofsavingelectricity，tomeettherequirementsofthisstudytotheindoorlighting

5、controlsystem.Keywords:STC89C52;pyroelectricinfraredsensor;automaticcontrol;lightactivatedtriode目录TOC o 1-5 h z第1章绪论1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.1课题研究的背景及意义11.2课题研究的内容2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第2章系统总体分析3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2.1系统整体分析3 HYPERLINK

6、 l bookmark14 o Current Document 2.2设计中遇到的问题4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第3章系统硬件设计4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3.1系统硬件核心43.2系统主要电路53.2.1系统主控电路5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3.2.2自然光采集电路7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 3.2.3热红外人体传感器电路8 HYPERLINK l

7、 bookmark32 o Current Document 3.2.4系统时钟电路93.2.5灯控模拟电路11 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.2.6LCD1显示电路11 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 第4章系统软件设计12 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 4.1系统主程序设计12 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 4.2系统子程序设计13 HYPERLINK l bookmark4

8、2 o Current Document 4.2.1红外人体传感器模块13 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 4.2.2自然光采集模块14 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 4.2.3时钟模块15 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 4.2.4LCD显示模块16 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 第5章系统调试与仿真17 HYPERLINK l bookmark52 o Current Docume

9、nt 5.1仿真软件17 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 5.2仿真注意事项与方法195.3仿真结果19总结23参考文献24 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 附录25 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 附录一系统硬件仿真电路及原理图如下25附录二源程序如下26致谢33第1章绪论1.1课题研究的背景及意义在如今的现实生活中，环境保护和能源的枯竭问题一直困扰着人们。在过去的19世纪乃至追寻到很久之前的时间里，人类为了生存而对大自然做出了掠夺式的抢

10、夺资源，造成了现在世界中能源短缺，上世纪一流的污染问题还没有解决。而我国作为一个在发展中国家的代表人物，经济发展与能源枯竭而引发的矛盾日益增生，而本系统是为了室内灯光控制系统，作为一个能够根据外界光线的强度来控制室内灯光的亮度或者亮灯个数的多少，能够实现人来灯亮人走灯灭，完成自动调节灯光的作用，已完成节能的目的。在各个高校中，教室是一个很普遍的学生与教师教学的场所，随着各个高校的扩建以及高校的普遍，在高校中，经常会发生教室内一个人都没有，但是教室内的灯还亮着，或者教室内确实有人，但是灯光的强度太强学生们在学习的过程中国也感觉到很不舒服，学习效率下降，没有人的情况下，照明系统还处于工作状态，这种

11、情况就会造成能源的大量流失以及浪费。因此，节能就会显得尤为重要，这样才能提高教室内照明系统的效率。高校在节能的情况下才会有更多的资源去为学生们谋取更多的福利，才能让学生们专心致志的努力学习，为了自身的强大而努力。目前，对于智能灯光控制，国内外已经在各个地方开始实现这个功能，但是有关于室内灯光控制系统类型的智能控制系统却很少，随着高校的越来越多，规模也越来越大，学生也越来越多，所需要的教室也越来越多，教室内的灯光浪费现象越来越严重，电能也浪费的越来越多，但是，随着现代化与智能化的程度的越来越高，智能家居的普及也越来越高，随着计算机技术的普及，灯光的控制也越来越多资多彩，也在朝着智能化和自动化的方

12、向发展，为室内灯光控制系统的出现创造了便捷的条件，随着能源的日益减少，开发出一款智能化的室内灯光控制系统已经迫在眉睫，是实现现代化智能化的重要的一环，是具有跨时代的重要意义。由于我国多年来经济的持续发展，能源危机日益剧烈，虽然我国作为一个大国，但是又是人口基数过多，所以人均能源亮很少，平均产值的资源的消耗远远高于发达国家，能源问题对我国的发展至关重要，由于储量人均不足，能源已变成制约我国经济发展的重要问题。从2005年到现在的2015年，新增的照明用电远远超过预期，而对于各个高校来说，教室的用电量占了很大的一笔重要输出，其照明系统约占到各个高校总用电量的40%左右，由此可见，在保证各个高校内教

13、室灯光的照明质量的前提下，对教室内灯光进行智能控制迫在眉睫，其所能实现的经济效益和应有的节能效果都是相当的可观的，所以努力地开发室内灯光控制系统已经不容懈怠了。在我国的城市规划中，早已经将智能化灯光和绿色灯光当做重点来规划，本规划的主要选择方向是为了消除环境污染与废旧材料能源的回收等问题，着重强调了绿色灯光的问题，以及节能减排等维护环境的智能化设计，且室内灯光控制系统走在前列，说明我国已经将减少照明消耗绿色照明已经当做头等大事。舍内灯光控制系统的研究已经在逐步的发展。目前我国用在纯照明系统上的电量约占到全世界总量的13%左右，而要使我国采用高效的节能减排的绿色照明系统将比传统照明系统节约60%

14、-80%的电量，如今，首都北京正在努力推广效率照明系统的工程，推出了很多应用于照明系统的节能减排的大部分节能电器已经投入使用。而在我国的各个高校中节能的意识也正在努力地潜移默化的影响着学子，但是由于普宾得学生在高效节能这一方面的意识还是不够强烈，照明系统浪费的现象还是十分的严重，比如在光线足够强的教室内依然坚挺这的室内灯光，上完课了学生们都走了，还在努力工作着的卑微的灯泡。且各个高校节能减排的详细规划依然没有提上文件，室内的灯光依然有着教工手动控制，且因为教室数量巨大，教工也会走神，这样就造成了大批量的照明系统的点亮的浪费。1.2课题研究的内容本设计主要要求的主要内容包括控制模块和显示模块以及

15、收集模块，本设计使用了光敏三极管作为本设计与外界的联系探头，以对外界自然光显得强弱来进行数据收集，然后将在外界收集到的光强的光信号本设计要求包括收集数据模块、显示模块、控制模块。本设计采用光敏三极管做为探头，以对自然光线的强弱进行收集。将收集到的自然光强度输送给控制核心STC89C52单片机来进行处理；用热红外人体传感器检测室内有没有人进出，通过程序的的设定，在LCD1显示器上显示室内的人数，再根据室内人数来决定需要灯的数量。本设计的主要技术有以下：（1）在正常自然环境下打开数据收集仪器，假如外界自然光线比较强，无论有无人进入室内，都不会打开灯；要是外界自然光线较弱，那就根据进入室内的人数来选

16、择需要打开灯的数量。（2）在自动控制的时候在正常的工作状态下，在室内的前后门各需放置一个热红外人体传感器模块，以检测有没人进出室内。（3）需要能够控制显示器LCD1的显示人数。（4）在手动控制能够通过按键开光控制室内进出的人数。（5）室内灯光控制系统一样平常需要安置在室内没有被电灯直接照耀的位置而且热红外人体传感器安置时需要一人体与热感应电源标的目的感应器相互垂直如许才可以使人难以解决的存在的灯光信号收集才会加倍活络而且靠得住，另外还要尽量避免因外界热风直接吹向传感器而产生的干扰。第2章系统总体分析2.1系统整体分析本设计所研究的室内灯光控制系统的设计，以外界自然光线强度与教室人数作为基本输入

17、参数，同时结合对STC89C52所设计单片机的硬件进行控制，以用来实现室内灯光的自由控制。但是当外界的自然光光强度较强，外界环境光线很好的时候，无论室内有无人，有多少人，教室内的灯光都不会亮，不然就会造成资源的浪费，而当外界自然光线的强度较弱的时候，才会根据进入教室内部的人数来确认到底需要打开多少灯光，需要打开哪部分的灯光。本设计利用开关K4模拟光敏三极管采集到的自然光强度对控制系统进行控制，当K4按下表示外界光很强，灯都不亮，相反就根据室内人数来开灯；使用按键开关K1与K2来模拟热红外人体传感器所检测到的室内人数，即K1按键表示有人进入，K2按键表示有人出去，通过控制K1和K2以及对单片机上

18、的软件代码来实现进出室内的人数，并在液晶显示器LCD1上显示室内已有人数，通过之前对单片机的代码设定来决定开灯的数量，当室内没有时所有灯全灭。本计划的室灯光控制系统首要分为硬件与软件两部分。硬件设计是本系统的的条件，是本计划履行的根本，并且为软件部分提供了代码与法式运行的根本骨架。软件设计以对硬件部分为基础，加以采集、编程、模拟，以实现设计之前所希望系统能达到预期。经由过程对硬件和软件共同，而且对外界大概呈现的滋扰举行消倪或替代，以实现本设计的终极目的为方针。此外，为了预防室内学生因学习时间较长而休息时间不足的问题，本设计附加设计了时钟电路以及超时报警电路，在液晶显示器LCD1上会显示当前的当

19、地时间，当时间为22点整时本设计会报警，提醒已经很晚了，要注意休息，报警系统在20S之后自动关闭。2.2设计中遇到的问题在本研究中所遇到的问题如下：怎么将自然光线的光信号转换为电信号的收集题目液晶显示器LCD1上的表现人数的表现问题；怎么用热红外人体传感器来转换外单片机可用参数怎么用按键取代感应器或者取代光敏电阻。第3章系统硬件设计3.1系统硬件核心在本设计中，设计的主要控制模块的重要核心是以STC89C52单片机为主控核心然后再由按钮代替的光敏三极管组成的外界自然光光强采集电路与热红外人体传感器所组成的室内人数的采集电路作为主要的信息收集模块，再由液晶显示器LCD1所构成的显示区域。本设计主

20、要分为四大控制核心，主要的内容有：灯控制区、显示区、存储区、以及最重要的芯片等。本课题的主要研究硬件结构图如下图1所示。熱红外模块单片机模块环境光采集灯控IK模块!显示模块存储器模块超时模块图1硬件图3.2系统主要电路3.2.1系统主控电路如下图3-1为最小单在本设计中如下图3-1为最小单ruui-iriimuXIhjhjtiuyjtiRSTRlT.iAD?PlF2倔P2.310P2.3/3kl1ALEEAPI.0P2.4Z12P2.5/13円.翻dP：.7tt15Pl.lP3.1.PI.2Pj.iJlNTlPl.3P3.3ylNTIPl4PI5P：3时P3WHPI6Pl.7plP3-i3?曲

21、4BENH53&直旧34dO57直E血21PMP2123P22忌PM.27PE*76P2F：inP3Qx15P12-一rJ图3-1单片机最小系统模块STC公司出品的STC89C52是一种高能低耗的CMOS8位的微型控制器，在其内部有着系统在道可编程的Flash存储器，存储器是为8K字节的，该芯片使用的是MCS-51内核经典内核，相比老式的传统单片机51类型的做出了很大的改进，加入了很多51单片的所没有的很多功能。单片机详细分配情况如下表1所示。表1接口分配单片机Q口引脚外围电路引脚说明P0.0-P0.7D0-D7匸CD数据口P1.0JIN进入教室内人数按钮P1.1CHU走出教室人数按钮P1.2

22、D1匸ED指不灯P1.3D2匸ED指不灯P2.0RSLCD数据/命令选择端P2.1LCD读写选择端P2.2ELCD读写信号P2.5雨时钟芯片复位端P2.6时钟芯片数据端P2.7SCLK时钟芯片时钟线P3.2光敏三极管输入端P5.5超时报鑿信号输入端|3.2.2自然光采集电路自然光的采集作为本设计的主要参数之一，其主要的思想就是要将在外界采集到的自然光信号转变为能被单片机识别的电信号。光敏电阻是一种能够实现将光信号变为电信号的电阻，而且光敏三极管对光信号的灵敏度要远远高于光敏二极管，因此，采用光敏三极管采集自然光比较好。光敏三极管采用半导体的工艺制作成的半导体管。当有较强的光照射在基区时，产生的

23、I增大，成为光电流，而光电流的大小随着外界光照强度的增强而增强，于是在相对应的负载电阻上就会采集到随着外界光照强度变化而随之变化的电信号。由于本系统是在proteus7.4a中仿真，在仿真的时候用按键开关K4来控制显示中的外界自然光的强度，或者说来控制是白天还是晚上。当外界光强时，相当于K4闭合时；当外界光弱时，开关K4打开。R3.图R3.图3-3环境光采集模拟电路3.2.3热红外人体传感器电路热红外人体感应器是一种即使人体在静止的状态下依然会被它探测出来的一种红外探测感应器，主要的组成单位主要有感光电子元件与透镜之类的，应为无论不管室内存在的是人体在移动还是在或者不动的情况下，都会在感光兀件

24、之间产生一定量的极化压差，感光电路会发出有人走过来的识别信号的东西，以达到可以探测人体的目的。此热红外人体感应器可应到感应人体的控制范围之内，实现红外控制与防盗于一体化。使用热红外人体感应器时，一定要注意要尽量避免强烈灯光的直面照射，也不能直接对着暖气片或者其他的发热源以免破坏热红外感应器的参数以及其他的内容，避免因外界环境温度的强烈的变化而造成的参数误报或者一些不必要的数据或者参数的错误，而且传感器的表面也不要用手摸，因为手有温度，是热源，会影响数据的参数，还要避免尘土之类的灵敏度，还要特别注意热红外传感器所对的方向，要避免人来人往的外部地方。本计划考虑到尝试前提，只是在仿真软件中的仿真，是

25、用按键开关来控制进出教室内的人数。其模块电路如图3-4所示。K1TE.T-K2rrn22：00：08Nun口LINE*Wir-IrEp-P.Ep=TELCl?l.tHSL1吐：尼WC1WC2讯1SCLKroxz-=TE：图5-3环境光弱且人数在10人以上时总结经过了两个多月的艰苦奋斗，我终于将我的毕业设计完成了，在做毕业设计的时候，我发现了自己很多方面的很多的不足。从开始选题的时候，也许是因为自大，选择了有关硬件的这个课题，那是的我认为这个课题不是很难弄，但是等到自己开始动手做的时候，出现了太多的问题，许许多多的问题我读不知道是怎么产生的，但是还与我要做的课题息息相关，例如没有将外界自然光的因

26、素考虑在内，导致做了一遍又一遍还是没有完成自己所要做的课程设计，并且由于我自己的专业知识的不足，没有将自己的对专业知识了解的不够全面，提留在最初的阶段，我很气馁，感觉自己完不成这个课程实际的时候，我遇到了了我的好老师，很感谢我的老师，王琪老师，有了王琪老师的耐心的指导和耐心的解答，我终于对这个课题有了了解，不再是那么无从下手，慢慢的我对自己的课题有了更深入了的了解，这是我才开始做我自己的课程设计，使得我对课题进行了很久的研究和了解，同时查阅了有关于单片机知识的其他书籍，巩固了自己的理论知识，加深了对理论和实践相结合的概念的理解。同时也对自己设计中的旁支电路，如：时钟电路，复位电路，矩阵式键盘电

27、路，LED数码管电路进行了进一步的了解。在Protues软件中画电路图的时候，因为对一些需要的电子器件的名称和型号不熟悉，所以查阅了很多相关文献，并且通过网络进行查询，在原来积累的知识下，加上宿舍同学的帮助，完成了整体电路图的设计。在电路图逐渐完成的过程中，我深刻的认识到学无止境，自己的知识还需要不停的去积累。在软件方面，我选择用C语言作为编译代码进行程序的编译，因为C语言拥有汇编语言不具有的优势，那就是非常的接近人类使用的自然语言，在修改和编写的时候都可以提高自己的效率，而且我自己也比较喜欢C语言。但是在编写的时候还是出现了些小问题，比如在编写一段程序，使程序能够判断键盘是否被按下时，需要一

28、两个小时进行不停的修改和编写，但是在同学的帮助下，最后都很好的把问题解决了。随着有一年毕业的到来，我也即将完成我的课程设计，希望我能完美的结束我自己的课程设计，我的大学生涯这就将是终点，但是我真正的人生才刚刚开始，在我的设计做完的过程中有了很多学生的帮助，我很感谢他们，他们很好，我很感谢他们，他们帮助我了解到了我子身上的很多不足，他们让我感受到了课程设计过程中的各种问题与难点，但是他培养了我独立思考的能力，相信我是最棒的。也许到最后我的课程设计做的不够完美，但是在我的心里，我的毕业设计是做的最好的，我毕竟为它努力了。而且在做毕业设计的过程我中学到的知识，和独立思考的能力，这些才是我人生中宝贵的

29、财富，而同学们的奇思妙想也是我人生中最快乐的回忆。参考文献孙龙杰，王方，周燕，李欢.单片微型计算机原理与接口技术.西安科技大学高新学院，2013.6戴继周.网络教学平台的设计与实现D.长春：吉林大学计算机应用技术专业，2004周明珠.无触点开关在控制中的应用.现代电子技术,2002,4(1)何成万，余秋惠.模型2及软件框架Struts的研究J.计算机工程，2002，06：274-276.俞海珍，李宪章，冯浩.热释电红外传感器及其应用.电子照明技术,2006.7(1)张海藩.软件工程导论(第四版)M.北京：清华大学出版社，2003.谢晓军.红外遥控技术在付费率电度表中应用.电测与仪表，1996.

30、4(1)吴可久.8031单片机在遥控解码方面的应用.电子技术，1993.2张维明.信息系统原理与工程.电子工业出版社.2002年1月尹朝庆.计算机系统结构教程M.北京：清华大学出版社.2005.余永权.ATMEL89系列单片机应用技术北京航空航天大学出版社,2002.4MartyHall，LarryBrown著，赵学良译.Servlet与JSP核心编程(第2版)M.北京：清华大学出版社，2004.张萌,和湘,姜斌.单片机应用系统开发综合实例.清华大学出版社,2007.7孙育才，王荣兴，孙华芳.ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用清华大学出版社,2005.1姜海涛,岳继光.实时时钟电路

31、及其通用程序的开发.保定师范专科学校学报.2004.2附录附录一系统硬件仿真电路及原理图如下LCD1ci-hiia.-TErT-XHl1Pd如3Fi!-.i:-DIF-UMJ-HTO.1FtJa5DJX.b!Pi!沁gRiTX.T!i|TPJ-JMP；1曲殆WiBPSTF-J-J011MF阳02FTPZMiFiJ呼FMF站:F-i.iPJ.iHWp-lJ-PJJMlbF-iJFJJMTTF-i.-FJ-fHU-F-iJ-FJ-mTiF-iJ-F-iJFJ.THT附录二源程序如下Tinclude#defin-e取城.un由gn&dchar+J#defin-ewifflunsigned加defin

32、eREAD_SEC0X81#ddinREAD_iUN0XS3READHOU0X85+J#defin七READ1DAY0X87m#defin-eREADZHO0X8B+1#d宙氓READMON0X89#derfinREADYEAOXSIX1defineTUTE_SEC0X80#ddinTE_MIN0X82汝i西酮TdTE_HOUCX84defineTUTE_DAT0X86#ddin咖10”*咖丹gASS他姒Za)屮血庄磁峽恐0431)屮血J戲他翅呵晋血城越姒巧屮血疋_城型以碣；屮1302程序*f睛;；卄；七i*ffi*ff；十；i*fft|i；|iifiifli*ffi|ii*ff卅*(；|ii

33、fi矽皿Tite_1302(yjto城如理加加”虑1；*发送地址Mi=0：K8:i屮dfeo屮mo碱,TCW鮒A=1屮取1汁发数据Mi=0：K8：i取旦屮迪g如gcg碗A=1汁dfel屮严:+：爭*电*电订g3Q1j寺出手呈序帛牢*:+：層：牡牡*电愍瞼.i;cad_l咒賈取城temp*徳。屮sJfeo屮翊或0屮徳1屮M=0：i屮陽0；屮ACC=temp*ZCCQ严映卩=1出加1汁读取数据pfe=o：ks：i-yACCfdfci汁ACC=ACO1:辍歳0屮voidinit_13020讥池芯片初始化子函数（2012-0$18丄2:00:gwecik?”曰屮或評vmte_L302(KTE_PROTECr,0 xaa):允许写，隽止写保护心te_1302KlTE_SEC,0 x+0):向DS1302内写秒寄有器S0H写入初始数00write_1302(T?TE_MIV0 x5Q)2.DS1302内写井寄有器82H写人初始数00+J血快_口02TaTE_HOU?0 x21):向DS132内写小时寄存器対H写入初皓数12)；7wnte_13