毕业论文-教室灯光智能控制系统

IPAGE2本科毕业论文（设计）(2011届)教室灯光智能控制系统院系电子信息工程学院专业电气工程及其自动化姓名指导教师2014年5月河南理工大学毕业设计（论文）说明书本科毕业论文（设计）323-摘要随着我国经济的高速发展，能源消耗的节奏也越来越快。电力资源已经成为一种稀缺资源。如何节能降耗已然成为近几年来值得研究的热门话题。在本文中，我们研究的教室灯光智能控制系统就是在针对我国城市巨大的能源消耗而开发的新的节能控制系统。它是一个集电压控制、软启动功能、智能自动起停于一体的教室灯的控制系统。晶闸管功率转换单元和智能控制系统的结合是这个控制系统的主要特点。这里讨论了教室灯光智能控制系统的设计方案与构思，介绍了仪器的系统设计与工作原理，分析了以AT89C51为主要控制单元的硬件电路的设计。实验表明，教室灯光智能控制系统可以明显提高教室灯的功率效率，在节约能源，电力资源合理利用今天的当今时代，该系统有一个非常广阔的社会和商业前景。关键词:节能控制，单片机，软起动AbstractWiththerapiddevelopmentoftheChineseeconomy,electricpowerconsumptionalsorisesfleetly.recentyears,therisingspeedofelectricpowerconsumptionishigherthanthatofeconomydevelopmentremarkably.Electricpowerresourcehasbecomeveryscanty.Hence,howtoeconomizeenergysourcesandreducewastagehasbecomeahotproblemresearchedinrecentyears.ThemainfeatureiscombiningtheSCRPowerConversionandIntelligentControlSystemmodules,thePowermodulesisolatehigh-voltageandlow-voltageusingSubstationConverterReactance,getingthefastwindingofReactor(high-voltage)andstreetlampinseries,increasingthesecondwinding(low-voltage)inthereactor.Thesecondarycoil,theSCRandthecontrolsystemsoffuzzycontrolalgorithmsareassociateingtogether,Wediscusstheconceptoftheintelligentsystemofenergy-savingandcontrolingstreetlamp,andintroducethesystemdesignoftheinstallation,operation.wedetailedanalysisconnectithehardwarecircuitdesignwithacontrolunitof89C5l,anditselectricalconnection.Experimentsshowthattheintelligentsystemofenergy-savingandcontrollingstreetlampcansignificantlyimprovedthesystemstreetlamps'electricityeficiencyandimprovetheratafactorinenergy.Nowadays,whileisconservationandrationalutilizationofpowerresources,thedevicehasaverybroadsocialandbusincssprospects.KeyWords:Energy-savingandcontorlingSoftStart28-目录1绪论 -1-1.1课题概述 -1-1.1.1课题的题目 -1-1.1.2课题研究的背景 -1-1.1.3课题研究的目的及意义 -1-1.2课题的国内外研究现状 -1-1.2.1国外研究现状 -1-1.2.2国内研究现状 -2-1.3论文的主要研究内容 -2-2系统方案设计 -3-2.1智能教室灯节能控制系统的构思 -3-2.1.1传统节能方法 -3-2.1.2具有智能控制的节能方法 -3-2.2智能教室灯节能控制系统方案设计 -4-2.3智能教室灯节能控制系统结构设计 -6-3硬件设计 -8-3.1硬件结构设计 -8-3.2光学信号的采集与检测设计 -9-3.2.1光源检测原理 -9-3.2.2检测装置所需器件及选型 -9-3.3声学信号的采集与棒测设计 -10-3.3.1声学检测原理 -10-3.3.2检测装置所需器件及选型 -10-3.4功率变换单元与触发控制系统设计 -11-3.4.1功率变换单元设计 -11-3.4.2触发控制系统设计 -11-3.5智能控制器硬件设计 -13-3.5.1模数转换电路 -13-3.5.2开关量输入/输出电路 -14-4系统软件设计 -16-4.1软件结构设计 -16-4.2数据采集与处理程序设计 -17-4.2.1标度变换技术 -17-4.2.2有效性检查 -17-4.2.3数字滤波 -18-4.2.4程序设计 -18-5总结与展望 -22-5.1论文总结 -22-5.2心得体会 -22-致谢 -24-参考文献 -25-附录 -26-1绪论1.1课题概述1.1.1课题的题目课题名称：教室灯光智能控制系统研究。1.1.2课题研究的背景随着社会的发展，能源问题已成为全世界最关注的问题，能源危机已经成为人类面临的重大危机，特别是近年来我国电力非常紧张，电力短缺阻碍我们日常的生产生活，甚至严重影响我国经济发展和社会文明的进步。在城市照明设计的亮化趋势下，城市景观照明同样耗费着我们的电力资源。发电企业投资和建设需要较长的一段时间，快速的经济发展需要更充足的电力供应和消费，电力供需之间矛盾重重。电力供应在短期内很难得到缓解，发展与节约相结合从而成为经济建设的必然选择。此时，节能照明行业也已经成为我们的必然选择。1.1.3课题研究的目的及意义室内灯光是中国的经济发展和国家建设的必要电力设备，它在我国的总体用电量中占了巨大的比例，如果通过节能设备有效地控制它们，就可以降低功率损耗，节约能源，降低生产成本，有利于中国经济的快速发展。在本文中，我们研究的教室灯光智能控制系统是通过电源功率转换组件，可以在灯光的起止和运行时，有效地调整教室灯的终端电压，控制灯光的照明亮度，从而改变灯光在不同时间的能耗，改善功率因数，达到节电的目的。1.2课题的国内外研究现状1.2.1国外研究现状在过去的20年里，美国和日本照明节能重点是紧凑型荧光灯(CFL)的使用和日光灯镇流器两个方面，这两个国家在新技术取代旧产品的过程中有点不同：美国在2001年的销售的镇流器中电子的占53%，但日本只有36%。而他们在销售CFL灯所占的比例中，美国只占3%，日本占15%。这两个国家的省级和地方都在立法、鼓励和推广活动这三个方面下文章，旨在促进节能产品的广泛使用。国外的照明节能技术发展拥有以下特点：(1)大力推动绿色照明，根据材料，使用有效的管理规范，出台了一系列标准和管理要求，将照明节能普遍推广;(2)提高电力设备的性能需求，主要反映在镇流装置的技术的提升。通过改进镇流器技术提高照明设备的功率因数。1.2.2国内研究现状在我国市场上有各种各样的照明节能控制产品，可以达到一定的节能效果，但在功能和效果方面不是很理想，主要有以下几种情况：采用自祸变压器及磁饱和电抗器的降压技术。它的不足是由于反应速度慢，在用电高峰电压降低时，容易导致灯光闪烁，无法自动调节，在电压突然升高的情况下，灯具将会无法避免地受到交流电的高压冲击，很难做到对灯具进行有效的保护，其稳压功能相对而言是比较弱的。针对于磁饱和的电抗器来说，除去上面的缺点，其效率同样也偏低。采用了电子器件而构成的可控硅式设备，该设备使用了简单的控制手段，其缺点在于元件容易发热燃烧，因为其使用的相控技术而产生了谐波，从而污染了电网，使得日光灯和气体灯闪动，折损灯具寿命，削减照明效果，没有做到绿色环保，国家有关规定已经禁止了此类无功补偿技术和相关设备的使用。另外使用系统节电滤波的形式，主要是可以达到净化电网、对无功功率进行补充、补偿电网的效果，但是其对有功电度表的计量系统而言，则显得缺乏实际节能效果。1.3论文的主要研究内容本文根据国内外最新研究成果，比较了几种常见的教室照明节能控制方法。讨论了基于可变电抗技术的结构和动力装置的系统结构。详细地描述了教室灯光智能控制系统的硬件组成结构与电路系统的设计，并使用模糊控制算法设计控制算法，最后对成果进行了仿真和调试，并分析了实验的整体结构。本文主要研究的内容有：（1）基于可变电抗技术的功率单兀系统的组成设计；（2）教室灯光智能控制系统的硬件部分设计；（3）教室灯光智能控制系统的仿真和试验研究。2系统方案设计2.1智能教室灯节能控制系统的构思2.1.1传统节能方法长期以来，大多数的国内教育机构教室照明控制普遍采用传统的控制方法，主要有如下所示的若干种节能方法：1，人工手动控制节能：依据上下课的时间安排，专门的工作员来进行手动的开灯/关灯操作。2，时间管控节能：在这里时间是仅有的开灯或关灯的根据，无论其它外在情况怎么变动，都仅仅能够在所规定好了的时间进行开灯或关灯。3，光学控制节能：根据光线照明的强度度的不同进而对教室的灯的开关进行控制。这样的节能办法或多或少的有着各自的不足之处，我国绝大部分的教育机构的教室灯的开/关灯调控是使用各个变压器或者配电箱分散调控的，尽管教室灯的运转是有其特殊的控制线路，但其仅有控制的功能而没有办法实施监测。并且因为无法严格根据室内外的自然光强度来进行调控，造成了实时性较差，故障频率较高，能源浪费情况严重的后果。此外，传统使用的控制方法需要工作人员时时在岗，及时地对灯光的开关进行控制，而人工的控制不可避免的会产生误差，这造成的能源浪费是非常惊人的。例如：若使用定时器的控制方法，因为四季的时差问题，需要频繁地对定时器进行调节，由夏季至冬季，日出时刻后退、日落时刻前移；由冬季至夏季，日出时刻前移、日落时刻推迟，据此气候原因，要求教室根据日出日落的时间调整照明灯的开与关。所以不仅造成了人力资源的大量消耗，也可能是由于调整的不及时导致浪费。2.1.2具有智能控制的节能方法这种节能的方式是通过智能控制器控制动力装置，然后操纵变量电抗变换器改变教室光输出电压，通过改变教室的灯光光照实现节能。这种方法利用了人类的眼睛在晚上对光线不敏感的特点，改变了教室灯的端电压，在不同的时间根据实际需求获得相应的照明度,实现教室灯的亮度智能化调节。其基本思想为：将绕组的可变电抗变换器直接接教室灯负载，增加变换器次级线圈，将次级线圈连接到电源转换器和智能控制器上。通过智能控制器与电力电子功率变换单元来控制可变电抗器的二次绕组，从而实现改变可变电抗变换器一次阻抗的目的，进而改变教室灯的输入电压，使教室灯不但可以实现软起动又可以任意调节其照明度。其工作过程是：首先通过采集光照信号，由智能控制器判断教室灯照明系统是否需要运行，如需要运行则由动力单元完成教室照明灯的软启动（一栋教学楼的照明系统通常由几十个甚至几百个教室照明灯组成）。教室灯打开之后，根据地面安装的声控传感器采集到的学生或教室所发出的步行声信号由智能控制器来发出控制信息，通过电源转换单元确定教室灯光控制可变电抗变换器输出电压的大小，如果检测到的声源信号较强，即需要教室灯的照明度较高，系统就会自动提高教室灯的输出电压；如果检测到的声源信号较弱，即教室灯的照明度不需要很高，系统就会根据需求自动调低教室灯的输出电压。午夜时分，教室里基本不会有人在，这时教室灯的照度可以调低，能满足最低限度的照明即可，而这一时段通常为4-5个小时，在此期间的合理控制教室灯光照明度，减少电力损耗，不仅能够节约大量的能源，而且可以提高灯具的利用率，延长它的使用寿命，从物资材料的损耗上节约其成本，以达到更高效率的经济节约。智能控制器作为整套系统的核心部分其控制方式选取的为模糊控制算法，通过采集外部信号放大，转换输入到微处理器的控制器内，在这里我们需要收集两种信号，即光和声音信号。光信号用于控制系统的起停，声音信号是用来反映外部环境的要求，通过模糊控制的数据集合进行处理比较，选取最优化的控制信号进行输出。2.2智能教室灯节能控制系统方案设计本文设计的教室灯节能控制系统需要遵循的原则主要有以下三点：(1)电压控制：任何功率电器在使用过程中都应处于其稳定的电压范围内，作为与我们日常生活密切相关的教室灯照明设备就更应该稳压工作，要保持教室光线稳定，电压的节能和效率两个方面都有非常重要的影响。因此不管是在耗电的峰值期还是低峰期都要控制总体照明系统电压稳定维持在许可的范围内是教室灯光控制的重点问题之一。(2)软起动功能：由于教室灯并联之后是大功率的用电器，但是现在所用的照明系统启动方式皆为直接启动，会导致启动时电流太大，对照明灯具的使用寿命会有相对的损伤，并且此起动时的电流还将引起电网的电压迅速下降，电压频率也将发生不小的变化，这将破坏其他设备与电网的正常运行，所以我们应该采用软启动的方法来点亮教室灯，从而可以防止照明电路启动时大电流对各照明设备可能造成的各种不良影响。(3)自动启停：教室灯作为广大师生日常学习生活中必备的公共设施，它的启动与关闭与当前教室内的师生需求有着重大的关系，无论是在夜幕将至的黄昏时分还是在阴云密布的闷热午后，它都会根据外部环境所影响到室内的明暗程度来自动判断照明系统是否需要启动或关闭。除了上面所提到的三条基本原则之外，本文拟采用的教室灯节能控制方案的特点也是因为其关键之处在于添加了智能调压控制部分，基于模糊控制算法的该智能控制器可根据教室内人声的喧哗程度来判断教室内当前人数的多少，进而间接地自动调整教室照明系统的供电电量的高或低。通过控制教室灯光输出电压的大小，降低其在室内人数较少（但也不是没有）之时的灯光照明度，这种节能方式的提出，相比之下，与传统的教室灯节能手段相比具有质的飞跃。其综合的性能见表2-1。由上表可知，智能教室灯节能控制系统对比目前市场上常用的照明控制节能方法来说，具有明显的技术优势，从产品的成本和其消耗使用效率上来看也具有很强的价格优势。所以总的来说，智能教室灯节能控制系统在教室灯照明节能领域一定会大放异彩。2.3智能教室灯节能控制系统结构设计该系统的主要结构由可变电抗变换器、动力装置、智能控制器组成。其中可变电抗变换器与动力装置共同组成可变电抗器，将可调整电抗变换器的一次线圈与教室灯负载串接，构成串联电路阻抗，第二次线圈型二次阻抗转换电路与功率转换单元，利用调整二次阻抗改变阻抗和负载阻抗比关系，实现负载传递函数，从而改变教室灯的输入电压。功率变换单元由触发控制器、电力电子功率器件、信号检测与处理器等组成。通过调节晶闸管的控制角的大小来控制可调整电抗变压器次级线圈电流，使教室光总线电压变化来改变你的光的照明强度，其工作原理见图2-3：图2-3功率单元工作原理图智能控制器通过处理采集到的信号，输出控制信号以提供实时需要。传感器连接到控制器有两种：光学传感器和声学传感器，光与影通过光学传感器转化为模拟信号，智能控制器基于信号输出的处理控制教室灯的开启或关闭：而现场的声音情况通过声学传感器的采集和处理也会得到相应的模拟信号，将此信号输入至智能控制器中，令其基于模糊控制算法调整输入电压，让教室内的灯光照度与教室内的人数多少相对应，使其亮度达到最好最恰到好处的效果。智能控制器的控制流程图见图2-4：图2-4智能控制器控制流程图3硬件设计3.1硬件结构设计智能教室灯节能控制系统的由智能控制器和功率变换单元组成。硬件系统的系统框图如图3-1所示：图3-1硬件结构图其工作原理为：(1)通过检测光信号判断教室内是否存在师生，以判断照明系统的开与关；(2)通过检测声音信号判断教室内师生的活跃情况，进而判断教室内人数的多少，从而改变照明系统的灯光照明度。3.2光学信号的采集与检测设计3.2.1光源检测原理光源检测实际上是使用光电传感器。所谓的光电传感器是设备将光能转换成电能，称为光电设备。其物理基础是光电效应，光电效应是指物体内部传导电子的运动变化由于吸收辐射，导致电特性变化的现象。它的应用在现代测控系统中非常广泛。光电传感器由光源、光路和光电元素三部分组成。其基本原理是基于光电效应，测量变化成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电效应是指光照亮一个对象，可以被看作是一系列的一定能量的光子轰炸对象，光子的能量传递给电子和光子的总能量是一次性吸收电子，电子在光子的能量转移将会改变它的状态，从而使拍摄对象通过轻工业生产相应的电效应。3.2.2检测装置需要器件及选型在该系统的设计过程中，使用的光源检测系统的启动和关闭，所以我们需要内部光电效应的光电传感器。光敏装置包括光敏二极管、光敏电阻和光敏三极管等。光敏电阻的工作原理是光电导系统光电设备也被称为光管，它是基于半导体光电效应工作。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用加直流偏压时，也可以加交流电压。光敏电阻(黑暗)阻力很大时，电路电流小。当收到有某些波长的光的光敏电阻时，其电阻(光电阻)大幅下降，所以电路的电流也就会迅速增加。因为这个系统包括光源提供系统起停控制信息集合，所以采用光敏电阻就能满足系统的要求。该电路由两部分组成。电阻R、电容C和二极管D组成半波整流电路。CdS光敏电阻和J组成光控继电器。教室灯接在继电器常闭触点上。3.3声学信号的采集与棒测设计3.3.1声学检测原理声音信号采集原理如图3-2所示。其中，外部麦克风语音信号传输，并通过运算放大器将疲软的音频输入信号转换为信号电平(电压)，电压信号是由模数转换器将数字信号转换成单片机，单片机根据输入的数字信号处理和空间转换的分贝值，最后根据单片机实时控制光照亮度的强弱。图3-2声音检测结构框图3.3.2检测装置需要器件及选型本系统中的路面声音信号的采集装置选用传声器。传声器microphone俗称话筒，是将声音信号转换为电信号的能量转换器件设备。麦克风作为声音收集系统的第一部分，应该做到结构强劲、质量性能稳定、能够满足基本的要求，以便在特定的条件下使用。传声器分为很多种不同的类型，可以大体上分为动态、电容、电磁、压电、半导体传声器，而根据接收声波的方向可以分为无方向的、双向的、定向的，而根据使用可分为立体声、有线、无线话筒等。无线传声器与接收机应是唯一对应的，需要配合使用，不能张冠李戴。接收机是专用的调频接收机，不过一般的调频接收机只需要正确地调整其调频谐率，则同样可以收听到无线传声器发出的声音。无线传声器有规模小、易使用、音质好、操控自由、传动功率很小等优点，所以它在教室里、舞台上乃至电视内都已得到广泛应用。3.4功率变换单元与触发控制系统设计3.4.1功率变换单元设计方案内已经声明，动力装置在低压变反应堆控制绕组方面，我们采用晶闸管交流电压调节方法，控制改变反应堆的低压端的电压，高压侧变量电抗。功率换算单位功率的电力电子设备，触发控制器、信号检测和处理器等。通过调节晶闸管的控制角的大小来控制可变电抗变压器次级线圈电流。使教室照明系统的电压发生电话以达到改变光照强度的目的。交流电压调整的原理是：在交流电源和负载之间，有两个晶闸管串联后并联交流电路，通过控制晶闸管改变交流电源，电路不改变频率的交流电(Ac)，称为交流电源控制电路。每半个周期内晶闸管开放阶段的系统，可以很容易地调节输出电压的有效值。形导通角的大小，依据不同的三相联结形式，三相交流调压电路也具有多种不同的形式。包括线路控制三角形联结、星形联结、支路控制三角形联结、中点控制三角形联结。本文使用了星形电路三相四线制连接，此时，相当于单相交流调压电路的组合，三相互错开120°工作。由于教室灯是阻感性负载的，所以当晶闸管交流调压电路带有阻感性负载时，移相角a只有在φ<a<180范围时，才可以起到调压的目的。其中φ为负载阻抗角。3.4.2触发控制系统设计触发控制系统功率变换部分的六个晶闸管提供触发，系统包括触发脉冲和脉冲变压器板两部分。通过改变输出脉冲序列控制晶闸管导通条件实现交流电压调节。控制触发系统结构的原理图见图3-3：图3-3控制触发系统结构原理图触发脉冲由处于低电位控制系统发出，但各个晶闸管单元处于高压电位下，因此要用触发系统来解决控制和主电路电压隔离和提供各种晶闸管组件门引发的能量问题。低电位端口控制系统的高压晶闸管的触发脉冲信号输入单元门，在此期间的各种处理或触发脉冲信号传输链路形式产品闸流管触发系统组件。它包括间接触发系统、直接光引发体系和脉冲变压器触发系统。综合比较而言，触发脉冲变压器系统虽然存在不少缺点，但由于成本较低的原因，况且它基本可以满足这里的系统要求，所以我们选择了脉冲变压器触发系统。触发脉冲信号触发脉冲功率放大器产生大功率高频脉冲电流，通过脉冲变压器的磁第五代计算机分配给每个晶闸管单元门，从而实现触发脉冲的传输和分离的高和低的能力。二极管D11与D12用于防止场效应管T1(图3-4)关断时，脉冲变压器的副边感应高压晶闸管门；脉冲变压器T1电气隔离效果，以防止可能对可控硅系列高压脉冲电路造成的损害。图3-4智能控制器系统结构图3.5智能控制器硬件设计智能控制器由信号采集单元、信号处理单元、信号输入输出及信号显示单元组成，它的系统结构见图3-16。其中微处理器是本控制器的核心部分，当前控制系统内，通常使用的微处理器或控制器主要包括PLC、单片机等。PLC在抗干扰性能好的适合的场合。需要大量的开关控制。但是如果使用PLC进行复杂编程，编写程序的难度、可读性和可维护性都令人失望，在大量数据操作方面采用PLC则会遇到很多困难。而单片机在这些方面都有一定的优势，同时单片机开发简单、方便，价格低廉，可以缩短开发时间、降低产品成本。因此，本系统选择单片机作为微处理器。根据教室灯节能控制系统的需要，本设计中的微处理器系统主要包含下面几个组成成分：单片机最小系统、V0口扩展、开关量输入输出、模数转换电路，数模转换电路。3.5.1模数转换电路本次设计需要的是微处理器系统提供的控制信号触发控制模块，该信号为0~10V的直流电压信号。为了把控制信号由数字量转换成符合触发控制模块需要的模拟电压信号，设计了模数转换电路，其原理图见图3-5：图3-5模数转换电路原理图3.5.2开关量输入/输出电路(1)开关量输入电路开关量输入电路主要是用于接受各种系统运行信号，和工作人员对系统发出的干预信号等。原理图见图3-6：图3-6开关量输入电路原理图由+12V直流电源作为开关量输入电源。(2)开关量输出电路开关量输出信号主要用于控制微型继电器，而微型继电器可以控制指示灯、蜂鸣器和中间继电器的状态，从而可以完成对应开关设备的动作。原理图见图3-7：图3-7开关量输出原理图输入电路中的起始信号其实并不足以直接驱动整个系统的运行，这时候我们需要用到变压器。输入的微小信号通过滤波器进行过滤之后，若确认不是无用的干扰信号，则将该信号转交给变压器进行信号放大步骤。之后得到足以驱动系统运转的信号，按照上述工作原理进行正常工作。

4系统软件设计灯光节能控制系统不仅要在硬件方面下工夫，同样在软件方面也必须重视。软件编写的好坏直接关系到实物运行状态的好坏。本系统软件设计采用了目前使用范围最广、技术最老最成熟的89C51系列单片机，以及使用高级语言keil-C51作为程序编辑开发工具。它表达能力强、可移植性好、便于进行结构化程序设计，并可以直接操作计算机硬件，在对整体运行速度要求不高的场合的确是一款最适合新手使用的程序编辑工具。4.1软件结构设计在程序开发的过程中，我们采用结构化程序设计方法，让整个程序具有了模块化的特点。结构化程序的优点有：易读、易查、易调试、编程效率高等等。该系统的结构模块见图4-1：图4-1软件系统结构框图智能教室灯节能控制系统程序分成通信模块、数据管理模块和数据处理与分析模块。其各项功能为：将传感器采集到的实时现场声音信号通过模数转换发送到单片机内；在单片机的系统中先设置好各种不同的声音级别相应的控制数据；将传送进来的实时音频数据与设定的好的数据进行比对，判断该音频数据得到相应的输出数据，最后通过数模转换来达到控制教室内灯光明暗的效果。4.2数据采集与处理程序设计教室内部的信息的采集与处理是我们现在需要解决的关键性问题，要正确而高效地完成数据的采集与处理就必须先弄懂下面的两个问题：(1)数据采集与处理首先必须处理好标度变换问题。系统采集来的信号转化为数字量之后，并不能直接使用，而必须再一次变化为程序员所熟知的数据类型，这个过程就叫做标度变换。(2)在测控系统中，由于现场存在着大量的干扰，所以采集到的数据准确性有待进一步提高，我们可以采用软硬件的相关方法来进行最大程度上的减小误差。采用软件的方法方便灵活，成本更低。常用的软件方法有：有效性检查、数字滤波、数字调零和自动校正等。4.2.1标度变换技术标度变换技术主要有线性和非线性两种方法，接下来详细介绍。(1)线性参数的标度变换技术该标度变换的前提是参数值与模数变换结果之间为线性关系，其变换公式为:式中Y表示参数的测量值；Ym表示参数量程最大值；Yo表示参数量程最小值；Nm表示对应的模数转换后的输入值；No表示Yo对应的模数转换后的输入值；X表示侧量值Y所对应的模数转换值。(2)非线性参数的标度变换技术本实验中声音信号采集来返回的数值与模数转换得到的结果呈线性关系，所以在此我们不分析非线性参数的标度变换技术。4.2.2有效性检查鉴于在采集信号测量的过程中，电路可能会由于短路或断路而导致数据严重偏离理论值的范围。当这种情况发生时，我们不能采用从中测出的数据来进行进一步的计算。我们采用高端的仪表测量装置，如果检测结果与理论数据范围相差甚远，则仪表测量装置会发出报警以告知专业人员进行维护与修理，之后一切确保正常后再次进行测量。4.2.3数字滤波数字滤波就是采用计算机手段尽量降低无用数据在总数据中所占的比例，它与传统的模拟滤波方法有着如下两点区别：(1)由于数字滤波是通过计算机的程序运算工作的，所以不用添加额外的硬件设备，成本低廉。(2)由于数字滤波不需要用到额外的硬件设备，所以它更有助于程序员的调试与优化工作。常用的数字滤波方法有很多种，他们都有各自的优缺点：(1)算术平均滤波算术平均滤波就是连续采样n次，将n次采样所得的算术平均值作为本次采样值。其中Y为滤波输出，xi为第i个采样。这种滤波方法经常应用于对信号进行平滑处理，n应视不同的具体系统取不同的值。算术平均滤波对周期性干扰有良好的抑制作用，而对脉冲性干扰的抑制则不尽人意。(2)程序判断滤波法在本系统中，由于声音信号变化较快，采用算术平均滤波方法已足以满足系统要求，所以在这里对该方法不进行介绍。4.2.4程序设计该系统主要是同时可以通过对外界光信号和声音信号的检测，来达到输出不同的信号以控制灯光的亮暗，其中光信号可以直接通过传感器对整个系统进行干预，而声音信号则需要通过软硬结合进行双重处理。程序流程图见图4-2：图4-2数据采集程序流程图根据程序流程图，使用C语言编写程序。该程序已经在Proteus仿真之下完美运行，并已烧录之实物内。部分程序如下：#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitADC_CS=P2^4;sbitADC_CLK=P2^5;sbitADC_DO=P2^6;sbitADC_DI=P2^7;sbitout=P1^2;sbitin=P2^0;uinta=0;ucharh1,l1,date;unsignedcharadval;voiddelay(uintz){uchary;for(;z>0;z--)for(y=1;y>0;y--);}unsignedcharReadADC(void)//把模拟电压值转换成8位二进制数并返回{ unsignedchari,ch; ch=0; ADC_CS=0; ADC_DO=0;//片选，DO为高阻态 for(i=0;i<10;i++) {;} ADC_CLK=0; delay(2); ADC_DI=1; ADC_CLK=1; delay(2);//第一个脉冲，起始位 ADC_CLK=0; delay(2); ADC_DI=1; ADC_CLK=1; delay(2);//第二个脉冲，DI=1表示双通道单极性输入 ADC_CLK=0; delay(2); ADC_DI=0; ADC_CLK=1; delay(2);//第三个脉冲，DI=1表示选择通道1（CH2） ADC_DI=0; ADC_DO=1;//DI转为高阻态，DO脱离高阻态为输出数据作准备 ADC_CLK=1; delay(2); ADC_CLK=0; delay(2);//经实验，这里加一个脉冲AD便能正确读出数据， //不加的话读出的数据少一位（最低位d0读不出? for(i=0;i<8;i++) { ADC_CLK=1; delay(2); ADC_CLK=0; delay(2); ch=(ch<<1)|ADC_DO;//在每个脉冲的下降沿DO输出一位数据，最终ch为8位二进制数 } ADC_CS=1;//取消片选，一个转换周期结束 adval=ch; returnadval; }voidliangdu() //亮度调节{date=ReadADC(); if(date>240)gotoend;l1=date;h1=(255-date);out=1;delay(h1); end: out=0; delay(l1);}voidmain(){uintm;out=0;while(1){ if(in==1) //如果收到信号 for(m=1000;m>0