1、畢 業 設 計課題名稱： 室內燈光控制系統設計 設計時間： 2009年 12月 系 部： 電子信息工程系 班 級： * 姓 名： * 指導老師： * 摘要本研究針對教室燈光的控制方法，尤其是教室燈光的智能控制方面的發展現狀，分析了教室燈光智能控制的原理和實現方法，提出了基于單片機的教室燈光智能控制系統的設計思路，并在此基礎上開發了智能控制系統的硬件裝置和相應軟件。 該系統以AT89C52單片機作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在，采用光敏三極管構成的電路檢測環境光的強度;根據教室合理開燈的條件，系統通過對人體的存在信號和環境光信號的識別和智能判斷，完成對教室照明回路的智

2、能控制，避免了教室用電的大量浪費。系統還具有多種報警功能;同時還采用了軟/硬件的“看門狗”技術等抗干擾措施。單片機軟件采用匯編語言編制，采用模塊化結構設計、條理清晰、通用性好，便于改進和擴充。 該系統具有體積小，控制方便，可靠性高，專用性強，性價比合理等優點，可以滿足各類大、中專院校教室燈光控制的要求，很大程度的達到節能目的。關鍵詞:人體；紅外線；傳感器；自動控制；熱釋電AbstractCurrently light intelligent control systems are not efficiently used in the classroom. In order to improv

3、e the system, based on control and current methods of how to keep control，developing intelligent classroom light control system and developed the hardware and software system. This classroom light intelligent control system the theory of the light put forward methods ofon the basis of AT89C52 is dev

4、eloped, which machine of AT89C52 is a major part, and the environment of development is better than before. This system can satisfy the following functions, such as controlling the circuit of illumination, testing and processing daylight signal, testing and processing the signal of human body that i

5、lluminates the back track exists, reporting to the warning devices,etc.In order to satisfy these functions, the system adopted the homologous methods respectively, and to the gearing of the system, analyzing how to install，test and run the system. The microcontroller software was developed based on

6、assemble language. Assemble language is one kind of structured program languages, it has more advantages than other high-level languages. Assemble language adopts building block design. Its commonality is very good and easy to improve and expand. It could be used to develop larger一scale system with

7、more perfect performance. At the same time, the anti-jamming technologies, such as watchdog, are necessary when developing hardware and software.This system had many advantages. For example, the physical volume was small，the system was conveniently controlled, the credibility was high, the appropria

8、tion was strong, and its price proportion was ideal,etc. The experiment proved that the system can satisfy the control command of the classroom' s light device, so it could largely reduce the consuming of energy resources. Key words: Human body, infrared ray, sensor, automatic control，heat to re

9、lease the electricity1.目錄第1章 緒論11.1 課題研究的背景11.2 課題研究的目的與意義11.2.1 良好的節能效果和延長燈具壽命11.2.2改善工作環境，提高工作效率21.2.3較好的投資收益效果21.3 系統設計21.3.1 系統設計要點21.3.2 系統的結構31.4 系統性能指標及技術要求41.5 本章小結4第2章 硬件設備的應用52.1 單片機的應用技術52.2 人體釋熱紅外線傳感器52.2.1 工作原理及特性62.2.2 感應范圍82.3 光敏電阻82.3.1 結構92.3.2 主要參數與特性92.3.3 應用102.4 本章小結11第3章 照明控制系統

10、的硬件電路設計123.1 主控制器的電路設計123.2 光敏電阻采光電路設計123.3 人體存在信號采集電路設計133.4 總設計原理圖153.5 本章小結16第4章 照明控制系統的軟件設計174.1 功能要求和重點174.2 軟件編程設計174.2.1 手動控制184.2.2 感應控制184.3 本章小結19結論20參考文獻21附錄23附錄A 程序23附錄A1 實物圖25致謝27第1章 緒論1.1 課題研究的背景近十幾年來，隨著我國城市建設的快速發展，樓宇照明也相應飛速發展。在樓宇的照明數量與質量兩個方面均有顯著的變化與提高，特別是隨著人民生活水 平進入小康水平，樓宇照明水平提高很快，追求人

11、工照明光環境的舒適性、個性 化、安全、節能等方面日見突出。樓宇中人工光環境對于滿足人們的生活、學習、 娛樂以及工作方面有著重要的意義。照明控制系統傳統是以照明配電箱通過手動開關來控制照明燈具的通斷，或通過回路中串入接觸器，實現遠距離控制。而今出現的樓宇自控系統，是以電氣觸點來實現區域控制、定時通斷、中央監控等功能。由于照明控制系統在樓宇自控系統中并非獨立，同時控制功能簡單，因此使用上有一定的局限性。故當樓宇自控系統出現故障時，照明系統亦受到影響。隨著微電子技術與數字化技術的發展，開發出了智能化水平更高的專業照明控制的獨立系統，從而能節約能源、延長燈具壽命、提高照明質量。根據使用客戶的經驗，不僅

12、使照明管理與設備維修簡單及降低費用外，還對環境改善、提高工作效率都有著顯著的效果。本系統是以單片機為控制器的核心，其是以AT89C51為基礎，以人體釋熱紅外線傳感器和光敏電阻為信號采集單元，再連接外圍電路，通過單片機通信方式實現照明燈具的智能控制。1.2 課題研究的目的與意義1.2.1 良好的節能效果和延長燈具壽命節能是照明控制系統的最大優勢。傳統的樓宇公共區域照明工作模式，只能是白天關燈，晚上開燈。而采用了智能照明控制系統后，可以根據不同場合、不同的人流量，進行時間段、工作模式的細分，把不必要的照明關掉，在需要時自動開啟。同時，系統還能充分利用自然光，自動調節室內照明度。控制系統實現了不同工

13、作場合的多種照明工作模式，在保證必要照明的同時，有效減少了燈具的工作時間，節省了不必要的能源開支，也延長了燈具的壽命。1.2.2改善工作環境，提高工作效率良好的工作環境是提高工作效率的一個必要條件。合理地選用光源、燈具及性能優越的照明控制系統，都能提高照明質量。系統能根據不同的時間段，人們的不同需要，自動調節照度。1.2.3較好的投資收益效果智能照明控制系統具有手動開關和感應開關兩種控制模式，可以有效地控制各種照明場所的照明度，這樣在節能和節省燈具使用的同時，有效節省了電費與管理費用的支出。根據一般的辦公大樓運營的經驗來看，節能效果達到40%以上，一般的商場、酒店等節能效果也達到了25%30%

14、。1.3 系統設計1.3.1 系統設計要點照明作為智能樓宇的子系統之一，它對智能樓宇的舒適性、經濟性、方便性具有重要的意義。利用人體的存在信號和環境光信號的識別和智能判斷，可以有 效的對房間照明回路的智能控制，避免了照明用電的大量浪費。本設計以AT89C51單片機作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在（沒人時教室里燈全關，有人則進行下步行動），采用光敏電阻構成的電路檢測環境光的強度（光強時燈全關，光弱時進行下一步操作）。根據房間合理開燈的條件， 系統通過對人體的存在信號和環境光信號的識別和智能判斷，完成對房間照明回路的智能控制，避免了室內用電的大量浪費1。在特殊情況下（如

15、多媒體教學和電影文學欣賞）可以通過手動來控制燈的開關。一號按鈕控制手動與自動模式，二號按鈕為手動模式控制燈的開關。在系統設計中設計方法的選用是系統設計能否成功的關鍵。硬件電路是采用結構化系統設計方法，該方法保證設計電路的標準化、模塊化。硬件電路的設計最重要的選擇用于控制的單片機，并確定與之配套的外圍芯片，使所設計的系統既經濟又高性能。硬件電路設計還包括輸入輸出接口設計，畫出電路原理圖，標出芯片的型號、器件參數值，根據電路圖在仿真機上進行調試，發現設計不當及時修改，最終達到設計目的2。 軟件設計的方法與開發環境的選取有著直接的關系，本系統由于是采用51系列單片機，因此使用匯編語言進行開發。1.3

16、.2 系統的結構系統的結構主要由四部分組成：（1）單片機控制系統（2）信號采集處理系統（3）LED顯示系統（4）電燈電源驅動系統，達到控制照明燈具的目的。AT89C51單片機 LED顯示人體存在信號采集電路光敏電阻采光電路電燈驅動電路 圖1.1 結構示意圖外接的傳感器（人體釋熱紅外線傳感器和光敏電阻）將信號傳送給單片機后，由單片機控制燈的開關和顯示系統。系統在單片機的控制之下完成數據的處理、顯示，同時能夠控制照明燈具，其硬件電路只是系統的實施工具，大量的工作是由軟件來完成的。這些程序是系統的靈魂，是負責完成硬件電路實現功能和與用戶交互的橋梁，是維護系統正常工作的工具。1.4 系統性能指標及技術

17、要求首先單片機通過按鈕1判定是自動還是手動模式，若是自動模式則人體存在信號采集電路和光敏三極管采集電路先后工作判定室內是否有人，和室內自然光照強度，單片機再決定是否開燈，最后通過LED燈顯示。手動/自動 （1）自動A 關（無人）B 開（有人，光弱）（2）手動A 關 B 開1.5 本章小結本章主要從系統設計要點、系統的結構、系統性能指標及技術要求三方面對所研究的照明控制系統的設計框架和性能進行了闡述，該系統由一個主控制器與若干個分控制器組成。系統的設計首先要從硬件方面著手，在繪制出正確的電路圖后，再按功能要求編制出相應的軟件程序，最終要達到所要求的性能指標。第2章 硬件設備的應用2.1 單片機的

18、應用技術電子技術和微型計算機的迅速發展，促進微型計算機測量和控制技術的迅速 發展和廣泛應用，單片機（單片微型計算機）的應用已經滲透到國民經濟的各個部門和領域，它起到了越來越重要的作用。單片微型計算機就是將中央處理單元、存儲器、定時/計數器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。因此一塊芯片就構成了一臺計算機。它已成為工業控制領域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機。單片機由硬件系統與軟件系統組成。硬件系統是指構成微機系統的實體與裝置，通常由運算器、控制器、存儲器、輸入接口電路和輸入設備、輸出接口電路和輸出設備等組成3。其中運算器和控制器一般做在一個集成芯片上，統稱中

19、央處理單元（Central Processing Unit）4，簡稱CPU，是微機的核心部件。CPU配上存放程序和數據的存儲器、輸入/輸出（Input/Output，簡稱 I/O）接口電路以及外部設備即構成單片機的硬件系統。軟件系統是微機系統所使用的各種程序的總稱，人們通過它對微機進行控制并與微機系統進行信息交換，使微機按照人的意圖完成預定的任務。軟件系統與硬件系統共同構成完整的單片微型計算機系統，兩者相輔相成，缺一不可。2.2 人體釋熱紅外線傳感器人體釋熱紅外線傳感器（及紅外線熱釋電傳感器）由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成5。敏感單元的制造材料有所不同。SD02的敏感單元由鋯鈦酸

20、鉛制成；如：P2288由LiTaO3制成。這些材料再做成很薄的薄片，每一片薄片相對的兩面各引出一根電極，在電極兩端則形成一個等效的小電容。因為這兩個小電容是做在同一硅晶片上的，而它們形成的等效小電容能自身產生極化，極化的結果是，在電容的兩端產生極性相反的正、負電荷。但這兩個電容的極性是相反串聯的。這正是傳感器的獨特設計之處，因而使得它具有獨特的抗干擾性5。物體發射出的紅外線輻射能，最強波長和溫度的關系滿足m*T=2989（um.k）（其中 m為最大波長，T為絕對溫度）。人體的正常體溫為3637.5度，即309310.5K，其輻射的最強的紅外線的波長為m=2989/（ 309310.5 ）=9.

21、679.64um，中心波長為9.65um。因此，人體輻射的最強的紅外線的波長正好落在濾光窗的響應波長（714um）的中心。所以，濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過，而最大限度地阻止陽光、燈光等可見光中的紅外線的通過，以免引起干擾6。 綜上所述，傳感器只對移動或運動的人體和體溫近似人體的物體起作用。在電子防盜、人體探測器領域中，被動式熱釋電紅外探測器的應用非常廣泛，因其價格低廉、技術性能穩定而受到廣大用戶和專業人士的歡迎。2.2.1 工作原理及特性被動式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性：在自然界，任何高于絕對溫度（零下273度）時物體都將產生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長是不一

22、樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關的。在被動紅外探測器中有兩個關鍵性的元件，一個是熱釋電紅外傳感器(PIR)，它能將波長為8到12um之間的紅外信號變化轉變為電信號，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用，因此在被動紅外探測器的警戒區內，當無人體移動時，熱釋電紅外感應器感應到的只是背景溫度，當人體進人警戒區，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應器感應到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，因此，紅外探測器的紅外探測的基本概念就是感應移動物體與背景物體的溫度的差異5。 另外一個器件就是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡有兩種形式，即折射式和反射式。菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號折射（反射）在P

23、IR上，第二個作用是將警戒區內分為若干個明區和暗區，使進入警戒區的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產生變化熱釋紅外信號，這樣PIR就能產生變化的電信號。人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發出特定波長10微米左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發射的10微米左右的紅外線而進行工作的。人體發射的10微米左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續電路經檢測處理后就能產生報警信號6。 1)這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以熱釋電元件對波長為10微米左右的紅外輻射必

24、須非常敏感。 2)為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環境的干擾受到明顯的控制作用。 3)被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯或并聯的熱釋電元。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。 4)人一旦侵入探測區域內，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經信號處理而報警。 5)菲泥爾濾光片根據性能要求不同，具有不同的焦距（感應距離），從而產生不同的監控視場，視場越多，控制越嚴密。優點是本身不發任何類型的

25、輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。缺點是：容易受各種熱源、光源干擾。被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。 易受射頻輻射的干擾。 環境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。 紅外線熱釋電人體傳感器只能安裝在室內，其誤報率與安裝的位置和方式有極大的關系。正確的安裝應滿足下列條件：1、紅外線熱釋電傳感器應離地面22.2米。 2、紅外線熱釋電傳感器遠離空調, 冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。3、紅外線熱釋電傳感器和被探測的人體之間不得間隔家具、大型盆景、玻璃、窗簾等其他物體。 4、紅外線熱釋電傳感器不能直對窗口，否則窗外的熱氣流擾動和人員走動會

26、引起誤報，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強氣流活動的地方5。2.2.2 感應范圍100度地面5-7米5-7米100度 圖2.1 紅外線釋熱電傳感器工作區示意圖紅外線熱釋電傳感器對人體的敏感程度還和人的運動方向關系很大。紅外線熱釋電傳感器對于徑向移動反應最不敏感,而對于橫切方向(即與半徑垂直的方向)移動則最為敏感。在現場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環。2.3 光敏電阻光敏電阻又稱光導管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產生的載

27、流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達110M歐,在強光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.40.76）

28、m的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設計大為簡化。2.3.1 結構通常光敏電阻器都制成薄片結構，以便吸收更多的光能。當它受到光的照射時，半導體片（光敏層）內就激發出電子空穴對，參與導電，使電路中電流增強。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極常采用梳狀圖案，它是在一定的掩膜下向光電導薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成。光敏電阻器在電路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。2.3.2 主要參數與特性根據光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器： 紫外光敏電

29、阻器：對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測紫外線。 紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導彈制導、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜，紅外通信等國防、科學研究和工農業生產中。 可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統，如光電自動開關門戶，航標燈、路燈和其他照明系統的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和“位置檢測器”，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數器，煙霧報警器，光電跟蹤系統等方面。光敏電阻的主要參數是： （1）光電流、

30、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當有光照射時，流過的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示。（2）暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當沒有光照射的時候，流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0LX”表示。 （3）靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值（暗電阻）與受光照射時的電阻值（亮電阻）的相對變化值。 （4）光譜響應。光譜響應又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應的曲線。 （5）光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。從

31、光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進一步增大光照強度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數情況下，該特性為非線性。 （6）伏安特性曲線。伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關系，對于光敏器件來說，其光電流隨外加電壓的增大而增大。 （7）溫度系數。光敏電阻的光電效應受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。 （8）額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率，當溫度升高時，其消耗的功率就降低。2.3.3 應用光敏電阻屬半導體光敏器件，除具靈敏度高，反應速度快，光譜特性及r值一

32、致性好等特點外，在高溫，多濕的惡劣環境下，還能保持高度的穩定性和可靠性，可廣泛應用于照相機，太陽能庭院燈，草坪燈，驗鈔機，石英鐘，音樂杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開關，路燈自動開關以及各種光控玩具，光控燈飾，燈具等光自動開關控制領域。2.4 本章小結本章介紹了照明控制系統在智能樓宇中的應用、發展以及所使用的主要專業 技術。它從傳統的方式逐步發展到能夠實現智能化控制，使用戶使用起來更加方 便、舒適。本文所研究的照明控制系統主要使用了單片機應用技術、有線通信技術和無線數傳技術。在這里主要對這三種技術的組成、功能、發展以及使用領域等方面進行了簡要的闡述。第3章 照明控制系統的硬件電路設計3.1 主

33、控制器的電路設計主控制器采用AT89C51單片機作為微處理器，AT89C51是美ATMEL公司生產的低電壓、高性能CMOS8位單片機，片內含4K bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元7。3.2 光敏電阻采光電路設計通過光敏電阻光敏電阻的工作原理是基于內光電效應。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主

34、要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂敷、噴涂、燒結等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產生的電子空穴對了半導體材料中載流子的數目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發產生的電子空穴對將復合，光敏電阻的阻值也就恢復原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的

35、光線照射時，電流就會隨光強的而變大，從而實現光電轉換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導體的導電能力取決于半導體導帶內載流子數目的多少。光敏傳感器采光電路如圖3.1所示，通過光敏電阻和100K的滑動變阻器對NPN三極管基極進行分壓，當光照很弱時，光敏電阻阻值很大，滑動變阻器上的分壓比較低，NPN三極管截止，等效為P22接口通過電阻R2接地（即P22=0）。若光照較強，則光敏電阻阻值較小，NPN三極管導通（即P22=1）。 圖3.1 光敏控制電路3.3 人體存在信號采集電路設計本系統采用的人體存在信號采集電路的傳感器是HC-SR501型號的傳感器。它是

36、基于紅外線技術的自動控制模塊，采用德國原裝進口LHI778探頭設計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應用于各類自動感應電器設備，尤其是干電池供電的自動控制產品。功能特點:1、全自動感應：人進入其感應范圍則輸出高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。2、光敏控制：可設置光敏控制，白天或光線強時不感應。3、溫度補償：在夏天當環境溫度升高至 3032，探測距離稍變短，溫度補償可作一定的性能補償。4、兩種觸發方式：a、不可重復觸發方式：即感應輸出高電平后，延時時間段一結束，輸出將自動從高電平變成低電平；b、可重復觸發方式：即感應輸出高電平后，在延時時間段內，如果有人體在其感應

37、范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變為低電平（感應模塊檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點)。5、具有感應封鎖時間(默認設置:2.5S 封鎖時間)：感應模塊在每一次感應輸出后（高電平變成低電平），可以緊跟著設置一個封鎖時間段，在此時間段內感應器不接受任何感應信號。此功能可以實現“感應輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應用于間隔探測產品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產生的各種干擾。(此時間可設置在零點幾秒幾十秒鐘)。6、工作電壓范圍寬：默認工作電壓 DC4.5V-20V。7、微功耗：靜態電流<5

38、0 微安，特別適合干電池供電的自動控制產品。8、輸出高電平信號：可方便與各類電路實現對接。人體存在傳感器的1號引腳為電源信號端，3號引腳為接地信號端，2號引腳為采集信號輸出端。在電路設計中，人體存在傳感器的信號引腳2與單片機的P2.0引腳相連（即P20），由于單片機電壓一般為5V，而人體感應模塊電壓為3.3V，為不燒壞傳感器，所以在引腳2上串聯一個電阻R7。其電路原理圖如圖3.2所示：圖3.2 人體傳感器電路3.4 總設計原理圖圖3.3 室內照明控制系統原理圖3.5 硬件調試問題用于指示作用D1發光微弱，剛開始以為是限流電阻的太大的原因，但換啦足夠小的電阻后，未能解決問題。后查看MCU的Dat

39、asheet發現是MCU 的拉電流的能力很弱，及不能輸出足夠的電流驅動D1。最終采用灌電流接法，如上圖原理圖所示。問題得到很好的解決。這里牽涉到灌和拉電流這二個概念，下面給啦具體的解釋： 使用數字集成電路時，拉電流輸出和灌電流輸出是一個很重要的概念，例如在使用反向器作輸出顯示時，當輸出端為高電平時才符合發光二極管正向連接的要求，但這種拉電流輸出對于反向器只能輸出零點幾毫安的電流用這種方法想驅動二極管發光是不合理的（因發光二極管正常工作電流為510mA)。當反向器輸出端為低電平時，發光二極管處于正向連接情況，在這種情況下，反向器一般能輸入510mA的電流，足以使發光二極管發光，所以這種灌電流輸出

40、作為驅動發光二極管的電路是比較合理的。因為發光二極管發光時，電流是由電源+5V通過限流電阻R、發光二極管流入反向器輸出端，好像往反向器里灌電流一樣，因此習慣上稱它為“灌電流”輸出。3.6 本章小結本章詳細地闡述了系統硬件部分的設計過程，控制電路和其外圍的一些硬件設施電路，其中包括：控制器電路、人體存在信號采集、光敏電阻采光電路設計。這些電路能完成房間自動照明功能。檢測/放大/比較電路能夠檢測房間里有沒有人和房間的光照度并把所檢測的信號進行處理后傳送給單片機。控制電路將會根據傳入的信號控制電燈的開關。第4章 照明控制系統的軟件設計軟件是計算機系統的靈魂，沒有軟件計算機不能充分發揮其功能，這是軟件

41、在計算機中的地位，而在計算機控制系統中，軟件也是非常重要的。在照明控制系統中，硬件設備的功能是由軟件來定義的，如系統要控制分布的照明燈具，通過單片機內部程序來完成控制功能，通過軟件定義按鈕功能，通過編程完成LED顯示等等，由此可見，軟件是控制系統中的一個重要組成部分。4.1 功能要求和重點本設計以AT89C51單片機作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在（沒人時教室里燈全關，有人則進行下步行動），采用光敏電阻構成的電路檢測環境光的強度（光弱時且有人燈亮，光強時燈全關）；根據房間合理開燈的條件，系統通過對人體的存在信號和環境光信號的識別和智能判斷，完成對房間照明回路的智能控

42、制，避免了教室用電的大量浪費。在特殊情況下（如多媒體教學和電影文學欣賞）可以通過手動來控制燈的開關。一號按鈕控制手動與自動選擇模式，二號按鈕為手動控制燈的開關（按一次，燈亮，繼續按第二次，燈滅）。因為放大電路和比較電路中有滯環效果所以不必在程序中考慮設置滯環。當房間里沒人燈全關時要延遲20ms關燈。LED燈要及時顯示出燈是亮還是滅。4.2 軟件編程設計如圖4.1為整個程序流程圖，首先調節一號按鈕，如果輸入高電平，則選擇手動模式，反之則為感應模式。當選為感應模式后，如果室內無人，則無論光照是否強弱，燈都關閉；若室內有人，且光照較弱，則燈亮，反之，則燈滅。開始執行初始化動作取參數光線弱于設定值有人

43、否？燈亮強制燈關閉YNYN圖4.1 流程圖4.2.1 手動控制如圖3.3所示，當S3開關接高電平時，則P21輸出為1，系統選為手動模式，單片機接對此信號進行處理，當按一下S1開關后，相當于給P3.3一個脈沖信號，則D2燈亮，如果再給一個脈沖，則D2燈滅。4.2.2 感應控制如圖3.3所示，當S3開關接低電平時，系統選為感應模式，D2燈亮。當室內有人時及P20輸出為1，且P22為0時，D1燈亮。當有人但P22為1時，D1燈滅。若無人時及P20為1，則D1燈滅。4.3 軟件調試問題在軟件的設計過程中，發現按鍵檢測程序不正常，當我們按下按鍵時，狀態切換有時會出錯，導致按一下后，控制模式沒有切換，剛開

44、始認為是按鍵接觸不好引起的，但經過萬用表的測量，并未發現接觸不良的問題，這個問題困擾我很久，后翻閱相關的單片機的書籍后，發現是程序中沒加按鍵消抖程序。后按書中指導解決啦這個問題。下面給出單片機的按鍵消抖原理解釋：根據按鍵連接電路可知，按鍵狀態的確認就是判別按鍵是否閉合，反映在輸入口的電平，就是和按鍵相連的I/O 引腳呈現出高電平或低電平。如果輸入高電平表示斷開的話，那么低電平則表示按鍵閉合，所以簡單的講，在程序中通過檢測引腳電平的高低，便可確認按鍵是否按下。圖4.2 流程圖但對于實際的按鍵確認并不是象上面描述的那么簡單。首先要考慮的是按鍵消抖的問題。通常，按鍵的開關為機械彈性觸點開關，它是利用

45、機械觸點接觸和分離實現電路的通、斷。由于機械觸點的彈性作用，加上人們按鍵時的力度、方向的不同，按鍵開關從按下到接觸穩定要經過數毫秒的彈跳抖動，既在按下的幾十毫秒時間里會連續產生多個脈沖。釋放按鍵時，電路也不會一下斷開，同樣會產生抖動（圖4-2）。這兩次抖動的時間分別為10-20ms 左右，而按鍵的穩定閉合期通常大于0.3-0.5 秒。因此，為了確保MCU 對一次按鍵動作只確認一次，在確認按鍵是否閉合時，必須要進行消抖處理。否則，由于MCU 軟件執行的速度很快，非常可能將抖動產生的多個脈沖誤認為多次的按鍵。消除按鍵的抖動既可采用硬件方法，也可采用軟件的方法。使用硬件消抖的方式，需要在按鍵連接的硬

46、件設計上增加硬件消抖電路，如采用R-S 觸發器或RC 積分電路等。采用硬件消抖方式增加了系統的成本，而利用軟件方式消抖則是比較經濟的做法，但增加了軟件設計的復雜性。軟件方式消抖的基本原理是在軟件中對按鍵進行兩次測試確認，既在第一次檢測到按鍵按下后，間隔15ms 左右再次檢測該按鍵是否按下，只有在兩次都測到按鍵按下時才最終確認有鍵按下，從而消除了抖動的影響。 4.4 本章小結本章主要闡述了照明控制系統的軟件設計，該系統的軟件程序主要由照明手動/自動控制程序、LED顯示程序、光控程序及人體感應程序等組成。在這里分別對每個子程序工作原理以及過程都做了進一步的論述。結論本文研究了基于AT89C51單片

47、機的智能照明控制系統的設計原理與實現方 法，包括硬件設計與軟件設計。首先根據設計要求用ProtelDXP軟件繪制出原理 圖，然后依據原理圖選擇元器件，在實驗板上布置元器件并連接線路，對硬件電 路進行測試，檢查串行口是否選錯，測量電源是否正常，復位電平是否正確，單 片機是否正常工作等等。接著就要按照功能要求編制程序，這里運用keil軟件進行編程，先根據要求劃分模塊，優化結構；再根據各模塊特點確定何為主程序， 何為子程序，何為中斷服務程序，相互間如何調用；再根據各模塊性質和功能將 各模塊細化，設計出程序流程圖；最后才根據各模塊流程圖編制具體程序。測試時應先調主程序，實現最基本最主要的功能，在此基礎

48、上再將各模塊功能往主程序上堆砌，直至各模塊聯調、統調，實現全部功能。如果使用在現場環境中必然存在干擾的問題，所以抗干擾與可靠性設計就顯得尤為重要12。雖然系統已經考慮了可靠性設計問題，如HC-SR501人體感應模塊技術的應用等，但這也只是針對部分問題做了解決，一些詳細的設計還有待于解決。 該系統還只是理論上設計完成，離真正的現場應用還有一定的距離。軟件部分的編制也是力求簡單實用，即本著實用、有效、方便的原則進行編制。但一個較好的和較完善的應用軟件不是在短時間內就可以完成的，它需要不斷的完善和發展，需要我們做大量的工作和時間的檢驗。現在的系統還沒有達到真正的智能化，還需要增加很多新的功能和先進的科學技術，才能達到真正意義上的智能化控制。參考文獻1 張振昭，許錦標.樓宇智能化技術M. 北京:機械工業出版社.2003.6:32 322 陳濤.照明控制與自動化系統的完美結合J. 照明工程學報.2003.9:28 403 王幸之，鐘愛琴等. AT89系列單片機原理與接口技術M. 北京：北京航空 航天大學出版社.