室内照明控制系统设计

毕业设计课题名称：室内灯光控制系统设计设计时间：2023年12月系部：电子信息工程系班级：**************姓名：********指导老师：********摘要本研究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开展现状，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，并在此根底上开发了智能控制系统的硬件装置和相应软件。该系统以AT89C52单片机作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度;根据教室合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对教室照明回路的智能控制，防止了教室用电的大量浪费。系统还具有多种报警功能;同时还采用了软/硬件的“看门狗〞技术等抗干扰措施。单片机软件采用汇编语言编制，采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改良和扩充。该系统具有体积小，控制方便，可靠性高，专用性强，性价比合理等优点，可以满足各类大、中专院校教室灯光控制的要求，很大程度的到达节能目的。关键词:人体；红外线；传感器；自动控制；热释电AbstractCurrentlylightintelligentcontrolsystemsarenotefficientlyusedintheclassroom.Inordertoimprovethesystem,basedoncontrolandcurrentmethodsofhowtokeepcontrol，developingintelligentclassroomlightcontrolsystemanddevelopedthehardwareandsoftwaresystem.ThisclassroomlightintelligentcontrolsystemthetheoryofthelightputforwardmethodsofonthebasisofAT89C52isdeveloped,whichmachineofAT89C52isamajorpart,andtheenvironmentofdevelopmentisbetterthanbefore.Thissystemcansatisfythefollowingfunctions,suchascontrollingthecircuitofillumination,testingandprocessingdaylightsignal,testingandprocessingthesignalofhumanbodythatilluminatesthebacktrackexists,reportingtothewarningdevices,etc.Inordertosatisfythesefunctions,thesystemadoptedthehomologousmethodsrespectively,andtothegearingofthesystem,analyzinghowtoinstall，testandrunthesystem.Themicrocontrollersoftwarewasdevelopedbasedonassemblelanguage.Assemblelanguageisonekindofstructuredprogramlanguages,ithasmoreadvantagesthanotherhigh-levellanguages.Assemblelanguageadoptsbuildingblockdesign.Itscommonalityisverygoodandeasytoimproveandexpand.Itcouldbeusedtodeveloplarger一scalesystemwithmoreperfectperformance.Atthesametime,theanti-jammingtechnologies,suchaswatchdog,arenecessarywhendevelopinghardwareandsoftware.Thissystemhadmanyadvantages.Forexample,thephysicalvolumewassmall，thesystemwasconvenientlycontrolled,thecredibilitywashigh,theappropriationwasstrong,anditspriceproportionwasideal,etc.Theexperimentprovedthatthesystemcansatisfythecontrolcommandoftheclassroom'slightdevice,soitcouldlargelyreducetheconsumingofenergyresources.Keywords:Humanbody,infraredray,sensor,automaticcontrol，heattoreleasetheelectricity1.目录第1章绪论11.1课题研究的背景11.2课题研究的目的与意义11.2.1良好的节能效果和延长灯具寿命1改善工作环境，提高工作效率2较好的投资收益效果21.3系统设计21.3.1系统设计要点21.3.2系统的结构31.4系统性能指标及技术要求41.5本章小结4第2章硬件设备的应用52.1单片机的应用技术52.2人体释热红外线传感器52.2.1工作原理及特性62.2.2感应范围82.3光敏电阻82.3.1结构92.3.2主要参数与特性92.3.3应用102.4本章小结11第3章照明控制系统的硬件电路设计123.1主控制器的电路设计123.2光敏电阻采光电路设计123.3人体存在信号采集电路设计133.4总设计原理图153.5本章小结16第4章照明控制系统的软件设计174.1功能要求和重点174.2软件编程设计174.2.1手动控制184.2.2感应控制184.3本章小结19结论20参考文献21附录23附录A程序23附录A1实物图25致谢27第1章绪论1.1课题研究的背景近十几年来，随着我国城市建设的快速开展，楼宇照明也相应飞速开展。在楼宇的照明数量与质量两个方面均有显著的变化与提高，特别是随着人民生活水平进入小康水平，楼宇照明水平提高很快，追求人工照明光环境的舒适性、个性化、平安、节能等方面日见突出。楼宇中人工光环境对于满足人们的生活、学习、娱乐以及工作方面有着重要的意义。照明控制系统传统是以照明配电箱通过手动开关来控制照明灯具的通断，或通过回路中串入接触器，实现远距离控制。而今出现的楼宇自控系统，是以电气触点来实现区域控制、定时通断、中央监控等功能。由于照明控制系统在楼宇自控系统中并非独立，同时控制功能简单，因此使用上有一定的局限性。故当楼宇自控系统出现故障时，照明系统亦受到影响。随着微电子技术与数字化技术的开展，开发出了智能化水平更高的专业照明控制的独立系统，从而能节约能源、延长灯具寿命、提高照明质量。根据使用客户的经验，不仅使照明管理与设备维修简单及降低费用外，还对环境改善、提高工作效率都有着显著的效果。

本系统是以单片机为控制器的核心，其是以AT89C51为根底，以人体释热红外线传感器和光敏电阻为信号采集单元，再连接外围电路，通过单片机通信方式实现照明灯具的智能控制。1.2课题研究的目的与意义1.2.1良好的节能效果和延长灯具寿命节能是照明控制系统的最大优势。传统的楼宇公共区域照明工作模式，只能是白天关灯，晚上开灯。而采用了智能照明控制系统后，可以根据不同场合、不同的人流量，进行时间段、工作模式的细分，把不必要的照明关掉，在需要时自动开启。同时，系统还能充分利用自然光，自动调节室内照明度。控制系统实现了不同工作场合的多种照明工作模式，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命。1.2.2改善工作环境，提高工作效率良好的工作环境是提高工作效率的一个必要条件。合理地选用光源、灯具及性能优越的照明控制系统，都能提高照明质量。系统能根据不同的时间段，人们的不同需要，自动调节照度。1.2.3较好的投资收益效果智能照明控制系统具有手动开关和感应开关两种控制模式，可以有效地控制各种照明场所的照明度，这样在节能和节省灯具使用的同时，有效节省了电费与管理费用的支出。根据一般的办公大楼运营的经验来看，节能效果到达40%以上，一般的商场、酒店等节能效果也到达了25%~30%。1.3系统设计1.3.1系统设计要点照明作为智能楼宇的子系统之一，它对智能楼宇的舒适性、经济性、方便性具有重要的意义。利用人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，可以有效的对房间照明回路的智能控制，防止了照明用电的大量浪费。本设计以AT89C51单片机作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在〔没人时教室里灯全关，有人那么进行下步行动〕，采用光敏电阻构成的电路检测环境光的强度〔光强时灯全关，光弱时进行下一步操作〕。根据房间合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对房间照明回路的智能控制，防止了室内用电的大量浪费[1]。在特殊情况下〔如多媒体教学和电影文学欣赏〕可以通过手动来控制灯的开关。一号按钮控制手动与自动模式，二号按钮为手动模式控制灯的开关。在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否成功的关键。硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出电路原理图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终到达设计目的[2]。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用51系列单片机，因此使用汇编语言进行开发。1.3.2系统的结构系统的结构主要由四局部组成：〔1〕单片机控制系统〔2〕信号采集处理系统〔3〕LED显示系统〔4〕电灯电源驱动系统，到达控制照明灯具的目的。AT89C51AT89C51单片机LED显示人体存在信号采集电路LED显示人体存在信号采集电路光敏电阻采光电路光敏电阻采光电路电灯驱动电路电灯驱动电路图1.1结构示意图外接的传感器〔人体释热红外线传感器和光敏电阻〕将信号传送给单片机后，由单片机控制灯的开关和显示系统。系统在单片机的控制之下完成数据的处理、显示，同时能够控制照明灯具，其硬件电路只是系统的实施工具，大量的工作是由软件来完成的。这些程序是系统的灵魂，是负责完成硬件电路实现功能和与用户交互的桥梁，是维护系统正常工作的工具。1.4系统性能指标及技术要求首先单片机通过按钮1判定是自动还是手动模式，假设是自动模式那么人体存在信号采集电路和光敏三极管采集电路先后工作判定室内是否有人，和室内自然光照强度，单片机再决定是否开灯，最后通过LED灯显示。手动/自动〔1〕自动A关〔无人〕

B开〔有人，光弱〕〔2〕手动A关B开1.5本章小结本章主要从系统设计要点、系统的结构、系统性能指标及技术要求三方面对所研究的照明控制系统的设计框架和性能进行了阐述，该系统由一个主控制器与假设干个分控制器组成。系统的设计首先要从硬件方面着手，在绘制出正确的电路图后，再按功能要求编制出相应的软件程序，最终要到达所要求的性能指标。

第2章硬件设备的应用2.1单片机的应用技术电子技术和微型计算机的迅速开展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速开展和广泛应用，单片机〔单片微型计算机〕的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起到了越来越重要的作用。单片微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。单片机由硬件系统与软件系统组成。硬件系统是指构成微机系统的实体与装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成[3]。其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上，统称中央处理单元〔CentralProcessingUnit〕[4]，简称CPU，是微机的核心部件。CPU配上存放程序和数据的存储器、输入/输出〔Input/Output，简称I/O〕接口电路以及外部设备即构成单片机的硬件系统。软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称，人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完成预定的任务。软件系统与硬件系统共同构成完整的单片微型计算机系统，两者相辅相成，缺一不可。2.2人体释热红外线传感器人体释热红外线传感器〔及红外线热释电传感器〕由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大局部组成[5]。敏感单元的制造材料有所不同。SD02的敏感单元由锆钛酸铅制成；如：P2288由LiTaO3制成。这些材料再做成很薄的薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端那么形成一个等效的小电容。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，而它们形成的等效小电容能自身产生极化，极化的结果是，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。但这两个电容的极性是相反串联的。这正是传感器的独特设计之处，因而使得它具有独特的抗干扰性[5]。物体发射出的红外线辐射能，最强波长和温度的关系满足λm*T=2989〔um.k〕〔其中λm为最大波长，T为绝对温度〕。人体的正常体温为36~37.5度，即309~310.5K，其辐射的最强的红外线的波长为λm=2989/〔309~310.5〕=9.67~9.64um，中心波长为9.65um。因此，人体辐射的最强的红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长〔7~14um〕的中心。所以，滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰[6]。综上所述，传感器只对移动或运动的人体和体温近似人体的物体起作用。在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广阔用户和专业人士的欢送。2.2.1工作原理及特性被动式热释电红外探头的工作原理及特性：在自然界，任何高于绝对温度〔零下273度〕时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的上下是相关的。在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PIR)，它能将波长为8到12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的根本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异[5]。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射〔反射〕在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为假设干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10微米左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10微米左右的红外线而进行工作的。人体发射的10微米左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号[6]。

1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10微米左右的红外辐射必须非常敏感。2)为了仅仅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泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。4)人一旦侵入探测区域内，人体红外辐射通过局部镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。5)菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距〔感应距离〕，从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。优点是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。缺点是：◆容易受各种热源、光源干扰。◆被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。◆易受射频辐射的干扰。◆环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。红外线热释电人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足以下条件：1、红外线热释电传感器应离地面2～2.2米。2、红外线热释电传感器远离空调,冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。3、红外线热释电传感器和被探测的人体之间不得间隔家具、大型盆景、玻璃、窗帘等其他物体。4、红外线热释电传感器不能直对窗口，否那么窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方[5]。2.2.2感应范围100度地面5-7米5-7米100度100度地面5-7米5-7米100度图2.1红外线释热电传感器工作区示意图红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反响最不敏感,而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动那么最为敏感。在现场选择适宜的安装位置是防止红外探头误报、求得最正确检测灵敏度极为重要的一环。2.3光敏电阻光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换〔将光的变化转换为电的变化〕。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线〔可见光〕的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值〔暗阻〕可达1~10M欧,在强光条件〔100LX〕下，它阻值〔亮阻〕仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性〔即光谱特性〕与人眼对可见光〔0.4~0.76〕μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡〔小电珠〕光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。2.3.1结构通常光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片〔光敏层〕内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片〔或树脂防潮膜〕和电极等组成。光敏电阻器在电路中用字母“R〞或“RL〞、“RG〞表示。2.3.2主要参数与特性根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器〞，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。光敏电阻的主要参数是：〔1〕光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX〞表示。〔2〕暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX〞表示。〔3〕灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值〔暗电阻〕与受光照射时的电阻值〔亮电阻〕的相对变化值。〔4〕光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。假设将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。〔5〕光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。假设进一步增大光照强度，那么电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。〔6〕伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。〔7〕温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，局部光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度那么较低。〔8〕额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。2.3.3应用光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反响速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域。2.4本章小结本章介绍了照明控制系统在智能楼宇中的应用、开展以及所使用的主要专业技术。它从传统的方式逐步开展到能够实现智能化控制，使用户使用起来更加方便、舒适。本文所研究的照明控制系统主要使用了单片机应用技术、有线通信技术和无线数传技术。在这里主要对这三种技术的组成、功能、开展以及使用领域等方面进行了简要的阐述。第3章照明控制系统的硬件电路设计3.1主控制器的电路设计主控制器采用AT89C51单片机作为微处理器，AT89C51是美ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器〔RAM〕，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器〔CPU〕和Flash存储单元[7]。3.2光敏电阻采光电路设计通过光敏电阻光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。光敏传感器采光电路如图3.1所示，通过光敏电阻和100K的滑动变阻器对NPN三极管基极进行分压，当光照很弱时，光敏电阻阻值很大，滑动变阻器上的分压比拟低，NPN三极管截止，等效为P22接口通过电阻R2接地〔即P22=0〕。假设光照较强，那么光敏电阻阻值较小，NPN三极管导通〔即P22=1〕。图3.1光敏控制电路3.3人体存在信号采集电路设计本系统采用的人体存在信号采集电路的传感器是HC-SR501型号的传感器。它是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。功能特点:1、全自动感应：人进入其感应范围那么输出高电平，人离开感应范围那么自动延时关闭高电平，输出低电平。2、光敏控制：可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。3、温度补偿：在夏天当环境温度升高至30～32℃，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。4、两种触发方式：a、不可重复触发方式：即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平；b、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平〔感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。5、具有感应封锁时间(默认设置:2.5S封锁时间)：感应模块在每一次感应输出后〔高电平变成低电平〕，可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。此功能可以实现“感应输出时间〞和“封锁时间〞两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(此时间可设置在零点几秒~几十秒钟)。6、工作电压范围宽：默认工作电压DC4.5V-20V。7、微功耗：静态电流<50微安，特别适合干电池供电的自动控制产品。8、输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。人体存在传感器的1号引脚为电源信号端，3号引脚为接地信号端，2号引脚为采集信号输出端。在电路设计中，人体存在传感器的信号引脚2与单片机的P2.0引脚相连〔即P20〕，由于单片机电压一般为5V，而人体感应模块电压为3.3V，为不烧坏传感器，所以在引脚2上串联一个电阻R7。其电路原理图如图3.2所示：图3.2人体传感器电路3.4总设计原理图图3.3室内照明控制系统原理图3.5硬件调试问题用于指示作用D1发光微弱，刚开始以为是限流电阻的太大的原因，但换啦足够小的电阻后，未能解决问题。后查看MCU的Datasheet发现是MCU的拉电流的能力很弱，及不能输出足够的电流驱动D1。最终采用灌电流接法，如上图原理图所示。问题得到很好的解决。这里牵涉到‘灌’和‘拉’电流这二个概念，下面给啦具体的解释：使用数字集成电路时，拉电流输出和灌电流输出是一个很重要的概念，例如在使用反向器作输出显示时，当输出端为高电平时才符合发光二极管正向连接的要求，但这种拉电流输出对于反向器只能输出零点几毫安的电流用这种方法想驱动二极管发光是不合理的〔因发光二极管正常工作电流为5~10mA)。当反向器输出端为低电平时，发光二极管处于正向连接情况，在这种情况下，反向器一般能输入5~10mA的电流，足以使发光二极管发光，所以这种灌电流输出作为驱动发光二极管的电路是比拟合理的。因为发光二极管发光时，电流是由电源+5V通过限流电阻R、发光二极管流入反向器输出端，好似往反向器里灌电流一样，因此习惯上称它为“灌电流〞输出。3.6本章小结本章详细地阐述了系统硬件局部的设计过程，控制电路和其外围的一些硬件设施电路，其中包括：控制器电路、人体存在信号采集、光敏电阻采光电路设计。这些电路能完成房间自动照明功能。检测/放大/比拟电路能够检测房间里有没有人和房间的光照度并把所检测的信号进行处理后传送给单片机。控制电路将会根据传入的信号控制电灯的开关。第4章照明控制系统的软件设计软件是计算机系统的灵魂，没有软件计算机不能充分发挥其功能，这是软件在计算机中的地位，而在计算机控制系统中，软件也是非常重要的。在照明控制系统中，硬件设备的功能是由软件来定义的，如系统要控制分布的照明灯具，通过单片机内部程序来完成控制功能，通过软件定义按钮功能，通过编程完成LED显示等等，由此可见，软件是控制系统中的一个重要组成局部。4.1功能要求和重点本设计以AT89C51单片机作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在〔没人时教室里灯全关，有人那么进行下步行动〕，采用光敏电阻构成的电路检测环境光的强度〔光弱时且有人灯亮，光强时灯全关〕；根据房间合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对房间照明回路的智能控制，防止了教室用电的大量浪费。在特殊情况下〔如多媒体教学和电影文学欣赏〕可以通过手动来控制灯的开关。一号按钮控制手动与自动选择模式，二号按钮为手动控制灯的开关〔按一次，灯亮，继续按第二次，灯灭〕。因为放大电路和比拟电路中有滞环效果所以不必在程序中考虑设置滞环。当房间里没人灯全关时要延迟20ms关灯。LED灯要及时显示出灯是亮还是灭。4.2软件编程设计如图4.1为整个程序流程图，首先调节一号按钮，如果输入高电平，那么选择手动模式，反之那么为感应模式。中选为感应模式后，如果室内无人，那么无论光照是否强弱，灯都关闭；假设室内有人，且光照较弱，那么灯亮，反之，那么灯灭。开始开始执行初始化动作取参数光线弱于设定值有人否？灯亮强制灯关闭YNYN图4.1流程图4.2.1手动控制如图3.3所示，当S3开关接高电平时，那么P21输出为1，系统选为手动模式，单片机接对此信号进行处理，当按一下S1开关后，相当于给P3.3一个脉冲信号，那么D2灯亮，如果再给一个脉冲，那么D2灯灭。4.2.2感应控制如图3.3所示，当S3开关接低电平时，系统选为感应模式，D2灯亮。当室内有人时及P20输出为1，且P22为0时，D1灯亮。当有人但P22为1时，D1灯灭。假设无人时及P20为1，那么D1灯灭。4.3软件调试问题在软件的设计过程中，发现按键检测程序不正常，当我们按下按键时，状态切换有时会出错，导致按一下后，控制模式没有切换，刚开始认为是按键接触不好引起的，但经过万用表的测量，并未发现接触不良的问题，这个问题困扰我很久，后翻阅相关的单片机的书籍后，发现是程序中没加按键消抖程序。后按书中指导解决啦这个问题。下面给出单片机的按键消抖原理解释：根据按键连接电路可知，按键状态确实认就是判别按键是否闭合，反映在输入口的电平，就是和按键相连的I/O引脚呈现出高电平或低电平。如果输入高电平表示断开的话，那么低电平那么表示按键闭合，所以简单的讲，在程序中通过检测引脚电平的上下，便可确认按键是否按下。图4.2流程图但对于实际的按键确认并不是象上面描述的那么简单。首先要考虑的是按键消抖的问题。通常，按键的开关为机械弹性触点开关，它是利用机械触点接触和别离实现电路的通、断。由于机械触点的弹性作用，加上人们按键时的力度、方向的不同，按键开关从按下到接触稳定要经过数毫秒的弹跳抖动，既在按下的几十毫秒时间里会连续产生多个脉冲。释放按键时，电路也不会一下断开，同样会产生抖动〔图4-2〕。这两次抖动的时间分别为10-20ms左右，而按键的稳定闭合期通常大于0.3-0.5秒。因此，为了确保MCU对一次按键动作只确认一次，在确认按键是否闭合时，必须要进行消抖处理。否那么，由于MCU软件执行的速度很快，非常可能将抖动产生的多个脉冲误认为屡次的按键。消除按键的抖动既可采用硬件方法，也可采用软件的方法。使用硬件消抖的方式，需要在按键连接的硬件设计上增加硬件消抖电路，如采用R-S触发器或RC积分电路等。采用硬件消抖方式增加了系统的本钱，而利用软件方式消抖那么是比拟经济的做法，但增加了软件设计的复杂性。软件方式消抖的根本原理是在软件中对按键进行两次测试确认，既在第一次检测到按键按下后，间隔15ms左右再次检测该按键是否按下，只有在两次都测到按键按下时才最终确认有键按下，从而消除了抖动的影响。4.4本章小结本章主要阐述了照明控制系统的软件设计，该系统的软件程序主要由照明手动/自动控制程序、LED显示程序、光控程序及人体感应程序等组成。在这里分别对每个子程序工作原理以及过程都做了进一步的论述。结论本文研究了基于AT89C51单片机的智能照明控制系统的设计原理与实现方法，包括硬件设计与软件设计。首先根据设计要求用ProtelDXP软件绘制出原理图，然后依据原理图选择元器件，在实验板上布置元器件并连接线路，对硬件电路进行测试，检查串行口是否选错，测量电源是否正常，复位电平是否正确，单片机是否正常工作等等。接着就要按照功能要求编制程序，这里运用keil软件进行编程，先根据要求划分模块，优化结构；再根据各模块特点确定何为主程序，何为子程序，何为中断效劳程序，相互间如何调用；再根据各模块性质和功能将各模块细化，设计出程序流程图；最后才根据各模块流程图编制具体程序。测试时应先调主程序，实现最根本最主要的功能，在此根底上再将各模块功能往主程序上堆砌，直至各模块联调、统调，实现全部功能。如果使用在现场环境中必然存在干扰的问题，所以抗干扰与可靠性设计就显得尤为重要[12]。虽然系统已经考虑了可靠性设计问题，如HC-SR501人体感应模块技术的应用等，但这也只是针对局部问题做了解决，一些详细的设计还有待于解决。该系统还只是理论上设计完成，离真正的现场应用还有一定的距离。软件局部的编制也是力求简单实用，即本着实用、有效、方便的原那么进行编制。但一个较好的和较完善的应用软件不是在短时间内就可以完成的，它需要不断的完善和开展，需要我们做大量的工作和时间的检验。现在的系统还没有到达真正的智能化，还需要增加很多新的功能和先进的科学技术，才能到达真正意义上的智能化控制。参考文献[1]张振昭，许锦标.楼宇智能化技术[M].北京:机械工业出版社.2003.6:32～32[2]陈涛.照明控制与自动化系统的完美结合[J].照明工程学报.2003.9:28～40[3]王幸之，钟爱琴等.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社.2005:97～135[4]孙涵芳，徐爱卿.单片机原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社.1996:25～30[5]赵玉安.人体热释电红外传感器介绍[J]．中国电子制作，2006.9:11～13[6]俞海珍，李宪章，冯浩.热释电红外传感器及其应用[J].电子照明技术.2006.7:5