大学教室图书馆LED照明节能系统设计毕业论文

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1、绿色照明系统设计摘 要 本设计针对的是教室灯光控制，通过对教室环境调查，给出了节约电能实现与控制方法，即基于单片机的绿色照明系统设计。 该系统以单片机作为主控制器，采用光敏电阻模块检测教室自然光强度，根据环境光照强度对灯光进行分级控制。采用热释红外传感器检测并统计人数，以此对教室灯具进行分组控制，系统再综合光照强度及室内人数进行识别和判断，从而控制灯具的具体开关盏数。系统可以晚上提醒学生离开教室，定时对教室灯光进行集中管理，其定时关灯时间可根据具体作息时间进行调整。在寒暑假等较长假期可以设定某些月份关闭照明系统。另外系统通过使用节能LED,使整个系统更加节能。 关键词 分组控制，白光LED，定

2、时控制，传感器ABSTRACT This design is aimed primarily at the classroom lighting control, classroom environment survey, given the energy savings achieved with the control method, which is based on microcontroller green lighting system design. The system microcontroller as the main controller, the the photor

3、esistor module detects classroom natural light intensity according to the ambient light intensity lighting hierarchical control. Pyroelectric infrared sensors to detect and determine the specific location of the people, in order to group classroom lighting control system and then integrated light in

4、tensity and the number of indoor identify and judge, so as to control the lighting switch lamp. The system can remind students to leave the classroom, regular classroom lighting for centralized management, the timing lights are turned off time can be adjusted according to the specific work schedules

5、. Shut down the lighting system can set some months in the winter and summer vacations and longer holidays. In addition, the system through the use of energy-efficient LED to make the whole system more energy efficient.Key Words：Packet control, The white LED, The timing control, The sensor目录1. 绪论11.

6、1课题背景11.2大学教室照明控制现状11.3本课题研究的意义21.4本课题研究的主要内容22. 绿色照明系统总体设计32.1系统整体设计方案33. 照明系统硬件设计4 3.1单片机最小系统4 3.2系统供电电路43.3照明灯具及控制特性分析53.3.1白光LED的发展状况53.3.2白光LED相对传统灯管对比53.4教室人体检测模块73.4.1热释电红外传感器原理73.4.2热释电红外传感器信号处理83.4.3红外人体感应传感器的布局103.5教室灯光分组控制113.5.1教室分组控制方案113.5.2教室灯光分组控制电路连接图123.6继电器接口电路设计133.7光照传感器模块设计153.

7、7.1光敏电阻的结构153.7.2TLC549工作原理153.7.3光敏电阻与TLC549以及单片机接口电路153.8系统时钟电路设计173.8.1时钟芯片与单片机接口电路173.8.2定时关灯提醒报警电路183.9设置键盘与显示电路的设计193.9.1系统显示电路设计193.9.2键盘设置模块设计203.10单片机与上位机数据传输设计213.10.1系统数据传输设计方案213.10.2单片机与上位机数据传输电路设计224. 照明系统软件设计244.1照明控制主程序设计244.2光敏电阻模块实现教室灯光分级控制254.3定时提醒模块实现教室灯光定时开关控制274.4液晶显示模块实现信息实时显示

8、284.5键盘设置实现时间更改以及根据不同时期设置定时关灯时间294.6热释电红外传感器实现教室灯光分组控制314.6.1教室人数检测程序设计314.6.2教室灯具分组控制程序设计324.7上位机与单片机通信程序模块335. 照明系统简易仿真356. 结论以及展望366.1结论366.2展望36答 谢37参考文献38程序371. 绪论1.1课题背景 随着科学技术的进步与发展，人类生活发生翻天覆地的变化。但是越来越多的问题开始出现，能源问题是其中突出问题之一，解决能源问题，实现可持续发展是国家长期发展的重中之重。倡导绿色节能，低碳生活是未来生活的主旋律。 现如今国家越来越重视对照明系统的节能，并

9、提出了“绿色照明”理念，发展绿色照明是未来电能节约发展的总趋势。随着这几年大学、中专院校的扩招，教室和图书馆不断的增多，教室与图书馆电能的需求也会随之增多，而教室的照明由于多方面的原因，管理人员很难全面顾及，这样往往造成电能的白白浪费，所以，提高高校教室和图书馆用电效率就成为学校首要考虑的问题。1.2大学教室照明控制现状 大学教室在自然光足够强的情况下以自然光照为主，在阴天或者照明不足的情况下以灯光照明为主，其中灯具主要以灯管为主，为了保护学生的视力，教室需要有良好的光照环境。然而在保证良好照明环境的前提下有时也会出现电能的浪费现象。例如无人在教室时灯光全部都开着，或者几个人在一个教室灯光全部

10、开着，再者在白天光照充足的情况下也全部开着灯，所以，这就必须对教室灯具状态进行智能控制，以此节约电能。 实现照明节能主要有两种途径，一种从灯具上节能，具体方法是在保证照明质量的前提下，选择耗电量较少的灯具，例如白光LED灯管。另一种方法是从智能控制灯具来实现节能，在现有照明灯具的基础上研究控制策略对教室灯光进行智能控制，通过智能优化照明系统的自动运作来实现教室灯光的充分利用1。1.3本课题研究的意义现如今在许多公共场所，如学校教室、图书馆等场所，目前绝大多数以人工管理为主，由于教室数量多而且管理人员较少，往往会出现管理不到位的情况：室内光照充足，而灯具全开；或者少数几个人开全部的灯的情况，有的

11、时候甚至在无人的情况下仍然开启全部的照明灯。 因此，为了建立资源节约型的社会，倡导绿色生活，我们必须通过一些行动节约电能，所以，研究绿色照明系统、考虑如何节能就具有了重要的意义。1.4本课题研究的主要内容(1)照明灯具的节能问题；(2)热释电传感器检测室内是否有人问题；(3)能采集连续变化的光照度模拟信号，并且能将模拟信号数字化；(4)根据学生具体作息时间对整个系统进行集中管理控制；(5)开、关灯具的自动控制问题；(6)上位机对这个系统进行监控。2. 绿色照明系统总体设计2.1系统整体设计方案 本文以AT89S52单片机作为控制器，用光敏电阻构成的电路检测教室环境光的强度，从而根据环境光照强度

12、对灯具进行分级控制。采用热释红外人体传感器检测教室是否有人存在并统计教室具体人数，以此为根据对教室灯具进行分组控制，系统综合光照强度及室内人数进行识别和智能判断，从而控制室内灯具状态。系统还具有晚上提醒学生离开教室的功能，定时对教室和图书馆灯光进行集中管理，其定时时间可根据学生具体作息时间进行调整。在寒暑假等较长假期内，可以通过设定某几个月份全部关闭教室照明灯具。另外在系统灯具节能方面，通过使用LED进行节能,从而使整个系统更加节能。最后通过上位机对每个教室每个楼层状态进行管理与监控。系统总体框图如图2-1所示：热释电红外传感器模块继电器控制DS1302时钟模块驱动电路白光LED灯具键盘设置模

13、块报警提醒电路光照传感器模块AT89S52 单 片 机液晶显示电路上位机图2-1系统总体框图3. 照明系统硬件设计3.1单片机最小系统 单片机最基本的电路就是单片机的最小系统。单片机基本电路主要包括时钟电路和复位电路。 时钟电路：时钟电路即振荡电路，时钟电路决定单片机工作时的频率，时钟电路的频率决定单片机工作速度和精度。复位电路：当复位电路中的按键按下时，复位引脚RST就会变成高电平，系统复位，当按键松开时，复位引脚信号就会由高电平变成低电平，复位结束单片机开始正常工作。其电路如图3-1所示。 图3-1单片机复位与晶振电路3.2系统供电电路单片机供电需要+5V的直流电压才能开始工作，要取得+5

14、V电压，需要选用输出电压为9V的变压器。首先变压器先将高压交流电变成低压电,然后再经过整流电路、滤波电路、稳压芯片LM7805得到稳定电压，电容C3、C4的作用是防止负载突变，输出端输出的是5V的直流电，为系统提供工作电压。其供电原理图如图3-2所示：图3-2 5V直流供电原理图3.3照明灯具及控制特性分析 目前，高校教室灯具照明主要以日光灯管为主，虽然相对与传统白炽灯来说，日光灯在节能方面更加出色，但是随着科技的发展，白光LED在节能环保上相对与日光灯有更大的优势。3.3.1白光LED的发展状况 近年来，国产白光LED的发光效率达到50lm/W，其发光效率已经和60lm/W的荧光灯相近，日本

15、部分企业已经计划量产100lm/W以上的大功率白光发光二极管，这一指标已经开始逼近光效140lm/W的钠灯，从目前发光二极管的技术潜力和发展前景来看，将来大功率白光发光二极管发光效率将达到200lm/W以上2。3.3.2白光LED相对传统灯管对比白光LED相对传统灯管对比如表3-1所示。表3-1 白光LED相对传统灯管对比照明方式特点白光LED一千小时仅耗1度电、使用寿命可达五万小时以上、光线健康、不含汞和铅、无频闪、90%的电能转化传统日光灯一百小时耗1度电、使用寿命六千小时、有紫外线和红外线、含有汞和铅、有频闪、80%的电能转化一般情况下，一个高校有80个教室左右，每个教室10盏灯计算，一

16、共有800盏灯。下面表3-2进行的是日光灯与白光LED对比分析，以一年的时间，800盏灯为基础进行计算对比。表3-2 白光LED与传统日光成本分析表传统日光灯(40W)LED日光灯(18W)灯具费用18元800=14400元50元800=40000元年耗电量0.045KW800盏365天5小时=65700度0.018KW800盏365天5小时=26280度年电费用45333度1=65700元18133度1=26280元更换灯管数量365天5小时3000小时=0.6次365天5小时50000小时=0.036次更换灯管费用0.6次18元/盏800盏=8640元前五年无更换灯管费用人工维护费用0.6

17、次800盏1元=480前五年无维护费用年消费用（元）65700+8640+480=7482026280购买差价40000元-14400元=25600元LED节省费用74820元-26280元=48540元LED一年节约48540元-25600元=22940元 综和上面两个表格的比较数据可知，白光LED在不仅在节能上有更好的表现，而且在废旧灯具的处理上，白光LED表现得更加环保。故在高校节能灯具的选择上可以考虑白光LED。3.4教室人体检测模块 室内是否有人以及人的具体数量是决定照明灯具的开关及盏数的重要依据，当室内有人时，再统计人数，从而保持对应的照明灯接通；同样地，当室内无人时，关闭照明灯。

18、 本文针对大学教室的环境，选用红外人体感应传感器RE200B对人体信号进行检测。3.4.1热释电红外传感器原理热释电红外传感器基于热电效应。热释电红外传感器的热电系数比较高，其极化随温度的变化而变化显著。这种传感器采用差动平衡电路方式，从而抑制传感器因自身温度变化而产生的波动干扰，该传感器需要进行阻抗变换，进行阻抗变换的原因在于热电元感应输出的是电荷信号，需要用电阻将其转换为电压形式，而该电阻阻抗有104M欧姆，所以需要用到N沟道结型场效应管完成阻抗变换3。图3-3是热释电红外传感器的结构示意图。图3-3热释电红外传感器的结构示意图 根据黑体辐射理论，温度高于绝对零度的物体都要产生电磁辐射,经

19、实验测得常温下人体表皮黑体系数约为0.98，接近1，实验表明人体辐射能量主要集中在红外这个波段，一般情况下人体红外线波长的范围在350um之间，主要波长范围在710um之内4。与人体红外波长相似，热释电红外传感器的能检测到的波长范围是710um，所以它可以用来探测室内是否有人存在。3.4.2热释电红外传感器信号处理热释电红外传感器输出的信号是模拟信号，当人体从不同的方向经过热释电传感器时，其输出的波形是不一样的。所以需要对其输出的模拟信号进行处理。本文使用的是BIS0001芯片对其模拟信号进行处理，BIS0001芯片引脚图如图3-4所示。 图3-4 BIS0001引脚图BIS0001引脚A是可

20、/不可重复触发端，当A为1时，为可重复触发方式。为0时，不可重复触发方式。本文选用可重复触发方式。V0为控制信号输出端。RR1与RC1两个引脚可以调节输出延迟时间，RR2与RC2两个引脚可以调节触发封锁时间，IB为运算放大器偏置电流调节引脚，VC是触发禁止端，为低电平时停止工作，1IN-与1IN+为一级运算放大器的同向与反向输入端，1OUT与2OUT为一级二级运算放大器输出端。内部结构图如图3-5所示：图3-5 BIS0001内部结构图 其中OP1、OP2为运算放大器，COP1与COP2为电压比较器。输入的模拟信号经两个运算放大器放大后，再通过电压比较器将模拟信号转换成数字信号。 BIS000

21、1集成电路是将热释电红外传感器输出的模拟波形处理为高电平。其检测原理是，当检测到人时，输出高电平。其电路原理图如图3-6所示： 图3-6热释电信号调节电路 该集成电路对热释电信号进行处理主要是对其模拟信号先进行放大，然后在对其进行电压比较使检测到的模拟信号转换成电平信号，再输出给单片机进行处理。具体工作方式是，当热释电传感器检测到人时，会输出正弦波，正弦波给BIS0001芯片的1IN+引脚，将这个正线信号进行一级放大，放大后的信号再通过引脚1OUT输出，经电容电阻耦合后给二级运算放大器的输入端2IN-，再经过二级运算放大器将模拟信号放大后，芯片内部再将其进行电压比较，转换成电平信号给单片机处理

22、。RR1与RC1引脚通过接在两端电容与电阻组成的电路可以调节输出延迟时间，RR2与RC2两个引脚同样也可通过两端电阻电容可以调节触发封锁时间。3.4.3红外人体感应传感器的布局本文实现智能照明控制的要求是：A.在规定的时间内，自然光照不满足要求的情况下，室内检测到人后室内就要有灯亮；B.通过统计教室内人数将教室内灯光进行分组控制，例如通过检测到教室是1-10人，将教室前第一排的灯光打开当教室内灯光增至11-20人时，在开第二排的灯，依次类推，直到将教室内的灯光全部打开。这两项要求的实现，关键在于如何统计教室内人数，即热释电红外传感器如何安放。如果要统计教室内人数，则应该在教室门口安放人体传感器

23、。由于传感器经过BIS00001芯片处理后，检测到人即会输出高电平，如果只安装一个人体传感器，当有人从门口出去时，传感器也会输出高电平，这样就无法统计教室内人数。综上所述，需要在教室门口安装两个人体传感器，即在门内外各装一个。如图3-7所示：图3-7热释电红外传感器安装当门外红外人体感应模块A先检测到有人进入教室时，会在输出端口输出高电平，而人体感应模块B检测到人体输出信号会晚于传感器A，这样就可以判断是进入教室，相反当传感器模块B先检测到人，而传感器A后输出信号时，则可以判断是有人出去教室了。这两个信号经过单片机处理，进去一人教室人数加一，反之减一。以此判断教室内人数，再根据教室具体人数将教

24、室灯光进行分组控制。3.5教室灯光分组控制 为了避免教室灯光出现“少数人开全部灯”甚至“一人开全部灯”的状况，需要对教室灯光进行分组控制，即根据教室具体人数进行分组控制。3.5.1教室分组控制方案系统设计的具体方案是，当教室每增加10人，依次开启一组灯。表3-3即根据教室人数开启灯具组数。表3-3 教室人数对应开灯组数教室人数开灯组数人数=0不开灯1人数10开第一组灯11人数20开第一，二组灯教室灯具分组如图3-8所示：图3-8教室灯光分组控制图3.5.2教室灯光分组控制电路连接图教室人数通过门口热释电传感器检测，单片机通过处理传感器输出信号得到教室内人数，因为单片机接口有限，为了节约接口，我

25、们通过3线8线译码器分组控制教室内灯具。本系统采用的是74HC138译码器，74HC138功能表表3-4所示：表3-4 74HC138输入输出真值表输入 输出AAAYYYYYYYY000011111110011011111101011011111011111011111001111011110111111011110111111011111111111074HC138与单片机接口接口如图3-9所示：图3-9 3-8译码器与单片机及继电器接口 单片机得到教室内人数后，将其转换为数字信号通过P2.2,P2.3,P2.4口输出给译码器，例如，人数为0时，对应A2,A1,A0为000，人数为1-10时

26、，对应为001，依次类推，共可控制7组灯具。3.6继电器接口电路设计LED灯分组以及继电器电路如图3-10所示：图3-10继电器接口电路 由于系统需要实现灯具分组控制，所以需使用继电器进行控制，第一个继电器一端与220V交流电源相连，当译码器输出端输出01111111时，即表示教室统计人数为0，第一个继电器未接通，则后面灯具全部处于关闭状态，当译码器输出端输出10111111时，表示教室人数为1-10人，这时第二个继电器及以后的灯具组处于关闭状态，第一组灯具再根据自然光照强度对灯具进行控制。后面几组灯具则可以根据前面方法进行控制。图示右边两个继电器则是根据自然光照强度对灯光进行分级控制，通过单

27、片机的P1.3与P1.4口对两个继电器进行控制。其控制原理是当自然光照足够强时，两个口输出低电平，使两个继电器处于断路状态，则灯具不会形成回路，灯具因此也不会亮。当自然光照一般时，P1.3输出高电平，P1.4输出低电平，第一个继电器接通，第二个处于断路，则这组灯具中只开一半的灯。当自然光照很暗时，P1.3输出高电平，P1.4输出高电平，第一个继电器接通，第二个接通，则这组灯具中开全部的灯。3.7光照传感器模块设计 该电路模块的设计方案是利用光敏电阻的阻值会根据光照强度的变化而变化，从而得到不同的电压模拟量，模拟信号传输给TLC549串行A/D转换芯片进行A/D转换后，将数字信号输入单片机进行处

28、理，从而控制继电器以控制教室照明灯具的状态。3.7.1光敏电阻的结构光敏电阻阻值随着光照强度的增强而减小，通过其中的电流也因此而根据光照强度的变化而变化，以此来采集光照信息,图3-11为光敏电阻结构原理图。 图3-11光敏电阻结构原理图3.7.2TLC549工作原理 当引脚CS为高电平时，芯片输出端不会输出数据信息。当CS变为低电平后，TLC549 芯片被选中，TLC549将采集到的数据保存，然后在芯片内部将采集到的模拟信号转换成数字信号，转换完成后，引脚CS保持高电平。因此，在TLC549 的CLOCK端输入8个外部时钟信号时的动作，首先读入前次 A/D 转换结果，然后对本次转换的输入模拟信

29、号采样保持，最后启动本次 A/D 转换5。转换完成后的数据从SDO口输出。3.7.3光敏电阻与TLC549以及单片机接口电路由于教室内自然光照强度受到各种因素的影响，有必要对教室内的光照强度进行适当补偿。某教室内照度测量数据如表3-5所示：表3-5不同环境下室内自然光照强度自然光照室内照度(lx)自然光条件室内照度(lx)晚上1多云70150早晨和傍晚120晴天阴影下150300阴天2070晴天300我们可以将自然光条件分为三个等级： (1)夜晚：很暗(2)阴天多云：比较暗(3)晴天无云：亮 当通过光敏电阻检测到自然光为很暗等级时，单片机根据教室具体人数将灯全部亮起，当检测到光照等级为比较亮时

30、，单片机根据教室具体人数将开一半的灯，当检测到自然光照等级为比较亮等级时，单片机输出控制信号将灯全部关闭。光敏电阻与TLC549接口电路如图3-12所示： 图3-12光敏电阻与单片机接口电路 光敏电阻会随着光照强度的变化产生不同的电流，这些变化的电流信号转化成电压模拟信号给串行转换芯片TLC549，经过转换后变成数字信号输出给单片机的P1.0口，单片机与设定的三种光照等级对比，从而控制白光LED是全部亮还是亮一半，或者全部不亮。3.8系统时钟电路设计 由于春夏秋冬学生作息时间不同，教室灯光晚上定时开关时间也是变化的，所以该系统还应受到时间的控制，而且控制系统的时间必须符合学校制定的作息时间。比

31、如在晚上自习时间结束以后，或者是寒暑假以及长假期，教室内的灯光需要定时熄灭，这就需要时钟芯片来控制时间，所以系统还需要一个时钟电路。3.8.1时钟芯片与单片机接口电路本文中使用的是DS1302时钟芯片，使用该芯片的优点在于接口电路简单、价格也比较便宜、性价比相对比较高。 DS1302采用的是串行通信方式，它可以对年、月、日、周、时、分、秒分别进行计时，它有后备电源，同时可以对后备电源进行充电的能力,DS1302三个引脚就能与单片机进行通信，体积小，时钟精度较高6。 DS1302与单片机接口电路图如图3-13所示，时钟芯片DS1302的引脚VCC2接的是备用电池，当系统断电可以使用备用电池。VC

32、C1外接工作电压+5V，是DS1302的主电源。Xl和X2引脚组成振荡电路，其晶振使用的是32MHZ。如图所示，时钟芯片DS1302的复位引脚接的是单片机的P15引脚，单片机的P16引脚连接的是时钟芯片的SCLK引脚，该引脚的功能是实现时钟的控制，DS1302的数据输入输出端接的是单片机P15引脚，数据的输入与输出就是通过此引脚。图3-13 DS1302与单片机接口电路连接原理图3.8.2定时关灯提醒报警电路根据学生不同作息时间，教室灯光需要按时关闭，以本学校为例，教室灯光一般在十点半需要关闭，不同季节，假期会有所变动。由于教室多，容易出现教室里没有人但是灯全部开着，这就可能会一直开到天亮，这

33、不仅白白浪费了电能，而且也减少了灯具的有效使用寿命。所以系统需要定时关灯提醒报警电路，在自动定时关灯之前，先以闹铃的方式对教室内剩余的学生进行提醒。提醒报警电路图3-14所示：图3-14提醒报警电路 系统提醒报警电路与单片机的P21引脚相连，当P21端口为高电平时，三极管导通，三极管对电流进行了放大，所以可以让蜂鸣器发出声音，告诉教室内同学教室灯光将在五分钟之后全部关闭，请同学尽快离开教室，当单片机引脚P21输出低电平时，三极管不导通，蜂鸣器没有电流通过所以不工作，这就表示离教室熄灯时间还早，同学们可以继续自习。本系统采用定时报警电路可以定时对教室灯光根据不同作息时间或假期进行集中管理，不仅节

34、约了电能，而且节约了管理人力资源，大大减少了管理人员的劳动。3.9设置键盘与显示电路的设计 由于学校作息时间根据季节变换有所不同，需要对定时关灯时间进行具体设置。在设置过程中需要实时显示，所以系统需要键盘设置模块与显示模块。3.9.1系统显示电路设计 系统液晶显示使用的是点阵字符式LCD1602液晶显示器，LCD1602模块为216字，LCD1602模块由控制器HD44780、驱动HD44100和液晶板组成7。LCD1602液晶显示与单片机接口电路如图3-15所示：图3-15单片机液晶显示电路 该系统液晶显示器显示的是当前时间及日期，当需要对教室灯光设置定时关闭时间时，可将系统调至定时时间设置

35、模式，设置的时间同样可以在液晶屏上显示，方便管理人员对定时关灯时间进行设置。3.9.2键盘设置模块设计键盘设置主要是对当前时间进行设置以及根据不同作息时间和假期等特殊情况对晚上定时关灯时间的设置，键盘设置模块与单片机接口电路如图3-16所示：图3-16键盘设置电路 本系统键盘设置模块可以完成对当前时间进行调整和对定时关灯时间进行设置，定时关灯时间设置控制按键接单片机的P2.0口，当此按键没有被按下时，可通过日期时间/定时关灯时间模块对定时时间进行设置，可以具体到设置那一分钟进行定时关灯。当该按键被按下时，可通过日期时间/定时关灯时间模块对当前日期时间进行设置。现在随着多媒体教学的普及，老师上课

36、一般使用的是多媒体教学，当教室窗帘拉上时，必然会影响自然光照强度，由于自然光照强度变暗，教室内灯光可能会全部变亮，这时会影响多媒体屏幕，学生将会看不清屏幕上的字，这对这种情况，系统设置一个电源总开关，当此总开关被按下时，无论检测到教室是否有人还是光照强度很暗，教室灯具将全部熄灭，方便老师多媒体教学。3.10单片机与上位机数据传输设计 每个教室每个楼层都有单片机对人数及自然光照强度的检测，以及灯具状态模式，每个单片机实时检测到的数据需要传输给学校总的控制室，这就需要上位机和多台单片机实时进行通信，从而方便学校对教室以及图书馆照明系统进行实时监控，方便学校统一管理。3.10.1系统数据传输设计方案

37、系统数据传输设计方案如图3-17所示：图3-17上位机与各单片机数据传输 上位机的串行接口为RS232，通过信号转换，单片机才可以与上位机进行通信。单片机与上位机之间通过RS485总线进行数据传输，所以需要通过一个 RS232/RS485 电平转换模块，转换为 RS485 串行接口，与单片机系统进行通信，单片机与总线之间的MAX485 芯片将 TTL电平转换为RS485电平8。3.10.2单片机与上位机数据传输电路设计MAX485芯片与单片机接口电路如图3-18所示：图3-18 MAX485与单片机接口电路RS232与RS485的转换电路如图3-19所示：图3-19 RS232与RS485的转

38、换电路 如上图所示，RS232与RS485的转换电路采用MAX3162协议转换接口芯片，当上位机与单片机之间传输信号时，主要是通过RS232串口的RTS输出引脚信号来控制数据的传输方向，当RTS为逻辑电平1时，其引脚输出电压为-12V，R1OUT引脚输出为TTL逻辑电平1，对应电压为+5V，这样引脚DE485对应为高电平有效，这样TXD端发送的RS232电平信号就可以变为RS485差分信号输出，这时TXD引脚就能够输出数据，当RS232的引脚RTS输出为逻辑电平0时，对应电压为+12V，R1OUT引脚输出为TTL逻辑电平0，对应电平为-5V，引脚RE485 对应低电平有效，这样RS485输入的

39、差分信号就可以变为RS232电平信号输出，这时RXD端就可以接收数据9。4. 照明系统软件设计4.1照明控制主程序设计 本系统采用模块化编程，从系统功能上看，可以将系统分为以下几大功能模块：（1） 热释电红外传感器实现教室灯光分组控制（2） 光敏电阻模块实现教室灯光分级控制（3） 定时提醒模块实现教室灯光定时开关控制（4） 液晶显示模块实现信息实时显示（5） 键盘设置模块实现时间更改以及设置不同定时关灯时间（6） 通过上位机对多个教室以及自习室人数以及灯具状态进行实时监控。整个系统的总流程图如图4-1所示：图4-1系统总流程图 主程序在设计前，先定义了LCD1602液晶显示函数Init_lcd

40、()、光照强度采集函数TLC549_ReadByte()、光照分级控制函数light_state_judge()、定时提醒控制函数class_state_judge()、DS1302时钟获取函数gettime()、时间设置函数DT_adjust()等几个功能子函数，在系统上电初始化后，系统显示当前日期及时间实时信息，然后系统打开外部中断0和定时器T0，外部中断0用来调整当前时间显示，定时器T0用来定时对液晶信息不断更新。最后系统通过传感器检测到的信息与定时时间进行判断控制继电器通断，从而对灯具进行分级和分组控制。整个系统主程序如下所示： void main() sound=0; Init_lc

41、d(); IE=0x83; TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; TR0=1;while(1) if(DT2=shi&DT1=fen) sound=sound; if(AI=-1) houqushijian(); fenzu_judge();if(HONG=0)&(CLASS_STATE=1)fenji_judge() ;else Deng=0;Deng1=0; 4.2光敏电阻模块实现教室灯光分级控制教室灯光分级控制流程图如图4-2所示： 图4-2光控流程图 系统通过光敏电阻采集自然光照强度，并通过TLC549串行A/

42、D转换将采集到的模拟量转换成数字量送给单片机进行处理，单片机将自然光照强度划分为三个等级，光照很暗、比较暗、很亮，通过与采集到的信息进行对比，从而进行判断灯具所开盏数。特殊情况下无论自然光照怎么样，全部关闭教室内灯具。光照处理程序如下：void light_state_judge()uchar zrgz_value;zrgz_value=TLC549_GetValue() ;if( (zrgz_value150) deng1=1; deng=1; else if( (zrgz_value50) deng=0; deng1=1; else deng=0; deng1=0; 4.3定时提醒模块实现

43、教室灯光定时开关控制定时提醒模块流程图如图4-3所示：图4-3系统定时提醒流程图 本系统采用的是DS1302时钟芯片，单片机获取当前日期和时间后，输出给液晶进行显示，当调整时间按键按下时，系统开中断，程序跳转至调整时间的程序中进行日期以及时间调整，当定时调整按键按下时，系统跳转至定时提醒时间调整子函数,当到达设定的提醒时间时，系统启动提醒报警模块，延时5分钟后，系统关闭全部的灯具。定时提醒报警程序如下：void fenzu_judge() if(DT4=yue)|(DT2=shi)&(DT1=fen+5) CLASS_STATE=0 ; else CLASS_STATE=1 ; if(JI=1

44、) HONG=0; else HONG=1;4.4液晶显示模块实现信息实时显示LCD1602液晶显示的流程图如图4-4所示：图4-4系统液晶显示流程图 本系统采用LCD1602液晶显示，首先开始单片机对其进行初始化，然后确定液晶显示信息的具体位置，最后显示字符串，系统通过设置定时器T0，定时对液晶显示进行更新显示实时时钟。调整时间按键按下时，系统开中断，在调整的过程中实时显示调整后的时间数据。当定时时间按键按下时，液晶也会实时显示定时时间的具体信息。液晶显示程序如下：void Init_lcd() write_lcd_csh(0x38); delay(1); write_lcd_csh(0x0

45、1) ; delay(1); write_lcd_csh(0x06); delay(1); write_lcd_csh(0x0C) ; delay(1); void set_lcd_weizhi(uchar p) write_lcd_csh(p| 0x80); void dis_lcd_zh(uchar p,uchar *s) uchar i; set_lcd_weizhi(p);for(i=0;i0) DT3-; break; case 2: if(x=1& DT20) DT2-; break; case 1: if(x=1& DT10) DT1-; break; 4.6热释电红外传感器实现

46、教室灯光分组控制4.6.1教室人数检测程序设计教室人数检测程序流程图如图4-6所示：图4-6系统人数检测流程图 当热释电红外传感器A检测到有人通过门口时，会输出高电平，当在检测到传感器B输出高电平时，则表示这个教室有人进入，则教室人数加1，相反，当热释电红外传感器B先检测到高电平，然后传感器A也输出高电平时，则表示教室有人出去，那么教室人数减1.这样便可统计出教室内人数的多少。教室内人数检测程序如下：uchar renshu=0;sbit A=P36;sbit B=P37;void renshu() if(A=1) delay(10); if(B=1) renshu=renshu+1; del

47、ay(500); else if(B=1) delay(10); if(A=1) renshu=renshu+1; delay(500); 4.6.2教室灯具分组控制程序设计教室灯具分组控制流程图如图4-7所示：图4-7系统灯具分组控制流程图 系统根据教室内具体人数的多少对教室内灯具进行分组控制。将继电器采用串联的方式进行连接，人数的多少转换为数字信号通过3-8译码器最多可控制7组灯具。由于继电器采用串联方式，当译码器输出的数字信号有一个为0，则后面灯具将会全部不亮。Sbit yi=P24;Sbit er=P23;Sbit si=P22;Void fenzu() if(renshu=0) yi

48、=0;er=0;si=0; if(renshu=1&renshu=11&renshu=21&renshu=31&renshu=41&renshu=51&renshu=60) yi=0;er=1;si=1; 4.7上位机与单片机通信程序模块系统上位机与单片机通信程序流程图如图4-8所示：图4-8系统上位机与单片机通信流程图 在本系统中，单片机是针对每个教室以及办公室进行控制与检测，每台单片机对应一个房间，单片机根据上位机给出的控制信号，将每个室内的实时照明信息传输给上位机，方便学校控制室对教室灯具以及人数进行统一监控与管理。上位机与单片机通信程序如下：Void tongxin() if(F=1)

49、 F=0; while(!TI) TI=0; ES=1; void serial() interrupt 4 A=SBUF; F=1; while(!RI); RI=0;5. 照明系统简易仿真 本系统采用protuse仿真软件进行仿真，在protuse软件中画出电路图，并将其正确连接，在keil软件中编程，调试程序。仿真结果表明，系统各个模块均能正常实现，图5-1是仿真结果图： 图5-1系统仿真图6. 结论以及展望6.1结论本文通过对目前大学教室使用特点及灯光控制的调查与分析，针对大学教室灯光进行了节能设计，介绍了采用AT89S52单片机作为主控制器的教室灯光智能控制系统。系统主要考虑从两个方

50、向上进行节能控制，第一个方向，即在灯具上进行节能控制，通过数据对比，LED灯比现在使用广泛的日光灯管更加节能；第二个方向，即从教室灯光系统的控制方式上进行节能控制，通过检测教室内自然光照强度和人体检测这两个数据，对教室灯光进行分组和分级控制。这种智能控制方法不仅节约了大部分电能，还大大延长了灯具的使用寿命。另外，系统还设置了定时关灯系统以及键盘设置模块，方便根据不同作息以及假期情况对教室灯光进行统一管理。这不仅是节能的体现，而且还节约了人力管理资源，减轻了管理人员的负担。系统电路结构简单、成本低廉，基本上能够实现了教室灯光系统的智能控制。遗憾的是系统只进行了仿真，实际使用中可能会出现一定的偏差

51、。所以具体问题具体分析，在实际使用中应该对系统不合适的地方加以分析与调整，使其适应实际的应用。6.2展望系统存在的问题及解决方案由于教室大小有大有小，大教室空间较大，教室门口可能比较大，容易出现两人并排走进或走出教室，这就会造成教室人数统计出现误差。总的来说，系统功能基本上能达到绿色照明系统的要求，但存在一些问题，例如可以将有级调光换成无极调光。检测教室室内人数时，如果出现两人并排走进或者走出教室的情况，统计人数可能会出现误差。答 谢在论文将要完成的时候，我首先向我的指导教师杨伟新教授表示衷心的感谢！本次毕业设计是在杨伟新老师的悉心指导下完成的，凝注了老师许多的智慧与心血。杨伟新老师实事求是的

52、科学作风，严谨的治学精神，渊博的学识，为教育事业默默奉献的精神，都使的我敬佩不已，并且从中受益匪浅，对我今后的工作与学习指明了方向。在此，我再次向杨伟新老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！在此，特别感谢四年中辛苦教学的我的老师以及我的同学对我的学习、生活的支持和关心，感谢一直关心和帮助我的室友们，感谢我的亲人在大学四年对我的支持！最后，还要感谢现场的各位教授、老师和同学，谢谢各位老师提出的具体建议，谢谢！参考文献1郭奇 智能家居控制平台的设计与实现 学位论文，辽宁：沈阳理工大学，2012，第12页。2朱虹 LED照明驱动及自适应调光技术研究 硕士学位论文，上海：上海大学，2008，第2021页。3

53、程春 大学教室智能照明控制器及其系统的研究与开发 硕士学位论文，北京：北京化工大学，2010，第2021页。4宗明杰 学校照明控制系统研究与设计 硕士学位论文，河南：河南理工大学，2011，第1718页。5杨光 智能照明控制系统及其应用 载福建建设科技，2007.2,第4950页。6赵海兰，赵样 实时时钟电路DS1302的原理及应用 电子元器件应用，2005,第4748页。7李全利 单片机原理及接口技术 北京：高等教育出版社，2009.1,第3742页。8刘亮 基于RS485的上位机与单片机数据传输系统设计 科技信息，2011,第12页。9李鹏 PC机与多台单片机之间的串行通信 学位论文，20

54、06,第1920页。38附录电气原理图41程序#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit zhuan=P20; sbit sound=P21; sbit SDA=P17;sbit CLK=P16;sbit RST=P15;sbit RS =P25;sbit RW =P26;sbit EN =P27;sbit k1= P34;sbit k2= P35;sbit k3= P36;sbit k4= P37;uchar code dis_alarm0=ALARM M H M; uchar dis_al

55、arm1=TM: 00:00:00 uchar yue=0;uchar shi=0;uchar fen=0;uchar tcount=0;ucharmonthdays=0,31,0,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31;uchar*week=sun,mon,tus,wen,thu,fri,sat;uchar idata lcd_dis_buffer1=DT:2000-00-00 ; uchar idata lcd_dis_buffer2= TM: 00:00:00 ;uchar datetime7; uchar adjust_index=-1;uchar change_flag=-MHDM-Y; void delay(uint x) uchar i; while(x-) for(i=0;i120;i+) ;void write_to_DS(uchar x) uchar i; for(i=0;i=1; uc