基于單片機的智能走廊照明控制系統設計學校：班級：設計人員：導教師：摘要隨著社會的開展人們對生活質量的要求越來越高，為方便生活人們越來越多的在各個場所引入照明設備,照明在能耗中所占的比例日益增高，因而照明節能也日顯重要。現在國內普遍使用的節能開關根本有聲控型、觸摸型、感光型等.這幾種開關各有自己的弊端,如聲控型不適合環境嘈雜的場所、觸摸型雖然能自動關閉但不能自動翻開、感光型開關在無人期間不能自動關閉由此研究設計一種既智能又節能的控制系統來替代現有的產品是一件極其有意義的工作。本設計通過STC89C52單片機結合照明技術、熱紅外傳感技術、光敏技術等來實現對照明設備的智能控制，并通過火焰傳感器來檢測火災以到達防火報警的目的。單片機通過繼電器控制照明設備的翻開或者關閉.通過光照檢測電路對照明設備周邊亮度進行檢測，如果亮度不夠那么單片機檢測BIS0001芯片是否采集到了人體熱釋電傳感信號，根據有無電傳感信號控制照明設備的翻開或關閉。關鍵詞：單片機傳感器BIS0001照明控制節能防火報警AbstractWiththedevelopmentsocietypeopleofthequalityoflifeindemandishigherandhigher,lightingintheproportionofenergyconsumption,thusincreasingilluminationenergyconservationalsomoreandmoreimportant.Nowuniversaluseenergy-savingswitchathomeandabroadhavesonicbasictype,touchtype,photographictypeandsoon.Thisseveralswitchhavetheirowndisadvantages,suchassonictypeisnotsuitableforenvironmentalnoisyplaces,photographicswitchinoneperiodcan’tshutautomatically.Thestudydesignintelligence,aswellasawayofenergysavingcontrolsystemtoreplacetheexistingproductisameaningfulwork..ThisdesigncombinedbySTC89C52lightingtechnology,infraredsensingtechnology,lightsensortechnology,thedelaytechniqueandprocessingtechnologytorealizetheintelligentcontroloflightingequipment,Andthroughtheflamesensortodetectfireinordertoachievethepurposeofthefirealarm.Microcomputercontrolslightingequipmentopenorclose,bytherelay,throughthelightdetectioncircuitforlightingequipmenttesting,ifsurroundingbrightnessinnotenoughthenmicrocomputerdetecttheBIS0001chipwhethercollectedtohumanpyroelectricsensingsignals,accordingtowhetherhavepyroelectricsensingsignalsmicro-controllerredirectedimmediatelycontrollightingequipmentopenorclosed.Keywords:micro-controller;sensor;BIS0001;lightingcontrol;energy-saving;firealarm.目錄25245摘要 125739前言 329091.概述 4148241.1課題研究背景 4204071.2課題研究的目的與意義 4191111.2.1良好的節能效果和延長燈具壽命 46841.2.2改善工作環境，提高工作效率 416181.2.3提高管理水平 4762.系統設計方案 579992.1單片機的選擇 5274682.2光照檢測方式 533022.3人體感應方式 5305272.4照明設備驅動電路 5305272.5報警驅動電路 5305272.6顯示電路 5213583.硬件電路設計與實現 677723.1系統硬件總述 6299073.2CPU性能介紹 627093.3主控制機電路設計 62673.4菲涅爾透鏡 6114963.5熱釋電傳感器及處理電路 762103.5.1熱釋電紅外線傳感器 7295193.5.2信號處理電路 833373.6光照檢測電路 8308933.7火災檢測及報警電路 8308933.8顯示電路 9308933.9輸出控制電路 10317114.系統軟件設計及實現 1058764.1系統軟件流程圖 10125404.2仿真環境介紹 11126084.2.1Keil介紹 11217094.2.2Proteus介紹 1112091參考文獻 1216308致謝 1216308附錄 13前言隨著國民經濟的快速開展和社會進步，教育在全社會愈加被關注和重視，校園規模也隨著受教育者的數量增加而不斷擴大，教師的數量也大幅增加。為使師生有舒適的教學和學習環境，無論是教室的面積、設施還是照度，校方都在力所能及的范圍內付出了十分的努力。但由于學校開放性的管理模式，以及全員節能意識的淡薄，教室在白天室內照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業；即使無人或人數很少的情況下，也是全部開啟室內照明。單片機的出現至今已經有30多年的歷史了，微型計算機的迅速開展，促進微型計算機測量和控制技術的迅速開展和廣泛應用，單片機〔單片微型計算機〕的應用已廣泛滲透到社會經濟、軍事、交通、通信等相關行業，而且也深入到家電、娛樂、藝術、社會文化等各個領域，并掀起了一場數字化技術革命。單品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、日常生活中應用最廣泛的計算機。該工程介紹的就是基于STC89C52單片機的智能走廊照明系統的研究和設計。本系統是以單片機為控制器的核心，主要有光照檢測電路、熱釋電紅外線傳感器及處理電路、控制電路組成。工作時，光照檢測電路和熱釋電紅外傳感器采集光照強弱、是否有人等信息送到單片機，單片機根據這些信息通過控制電路對照明設備進行開關操作，從而實現照明控制，以到達節能的目的。1概述1.1課題研究背景白天室內照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業；即使室內無人或人數很少的情況學校的電力支出約占全校經費支出的1/4-1/5，沉重的負擔。能源短缺是21世紀國際面臨的新課題。在尋找新的能源之外，節約能源，提高效益也就成為了我們研究的課題。所以學校如何來節省電力能源也成為了一個迫切需要解決的問題。從節約資源、對社會奉獻、節省高校經費支出和學生的健康等多方面考慮，高校教室照明的節電問題不得不提到重要的議事日程上來。目前常用的節電方式為手工控制，光控型，手工方式操作起來不靈活，大，且容易受光照強度的影響。因此市場上迫切需要一種操作方便、價格低廉、便于大面積推廣的新型節能方案。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，自動調節室內照度。控制系統實現了不同工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。智能照明控制系統具有開關和調光兩種控制方法，可以有效地控制各種照明場所的平均照度值，從而提高照度均勻性。同時，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提高管理水平智能照明控制系統是以自動控制為主、人工控制為輔的系統。在一般的情況下，不需要有人的參與，照明系統自動實現開關和調光功能，既大大減少了管理人員的數量，也排除了由于人為因素而出現的不定時開關，影響學校的正常教學、生活秩序的情況。1.3設計實現功能本設計能實現三大功能：智能照明防火報警顯示功能2設計方案2.1單片機的選擇該設計采用STC89C52單片機，STC89C52是一種帶8K字節閃爍可編程可檫除只讀存儲器〔FPEROM-FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的COMOS8ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。2.2光照檢測方式采用光敏電阻把環境亮度轉換成相應的電壓值〔模擬值〕，然后通過運放后給單片機輸入一個標準的數字信號。2.3人體感應方式采用集成電路BIS0001，該芯片是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件就可構成被動式的熱釋電紅外開關、報警用人體熱釋電傳感器等。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區域，或用于平安區域的自動燈光、照明和報警系統。2.4照明設備驅動電路采用繼電器控制，繼電器是一種當輸入量〔電、磁、聲、光、熱〕到達一定值時，輸出量將發生跳躍式變化的自動控制器件。其具有動作快、工作穩定、使用壽命長、體積小等優點。廣泛應用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。根據結構不同，可以將其分為電磁繼電器、熱敏干簧繼電器、固態繼電器、磁簧繼電器、光繼電器等型號。由于電磁繼電器簡單易用，開關狀態極其容易判斷，所以本設計采用電磁繼電器來控制。2.5報警驅動電路該局部采用火焰傳感器來檢測是否有火災發生，火焰傳感器通過對火光的采集判斷是否有火災發生，有火災發生時，系統發出警報同時所有燈亮，無火災發生時進入智能照明模塊。2.6顯示電路本設計采用LCD1602來顯示時間和日期，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。1602LCD是指顯示的內容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊〔顯示字符和數字〕。3硬件電路設計與實現3.1系統硬件總述系統以單片微型計算機為核心外加多種接口電路組成，共有四個主要局部：STC89C52芯片、光信號采集電路、人體信號采集電路、輸出控制電路，如圖3-1所示。MCUMCU火災檢測報警電路光照檢測電路火災檢測報警電路光照檢測電路顯示電路顯示電路控制電路熱紅外傳感器人體檢測電路控制電路熱紅外傳感器人體檢測電路圖3-1系統硬件總述圖3.2CPU性能介紹本系統采用STC公司生產的單片機中的STC89C52芯片，STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改良使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標準功能：8k字節Flash，512字節RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內置4KBEEPROM，MAX810復位電路，3個16位定時器/計數器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構〔兼容傳統51的5向量2級中斷結構〕，全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。3.3主控制機電路設計主控制器采用STC89C52單片機作為微處理器，STC89C52是STC公司生產的低電壓、高性能CMOS8位單片機,具有8K在系統可編程Flash存儲器，STC89C52RC單片機：8K字節程序存儲空間；512字節數據存儲空間；內帶2K字節EEPROM存儲空間；可直接使用串口下載；STC89C52單片機：8K字節程序存儲空間；256字節數據存儲空間；帶有2KB的eeprom空間。3.4菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射〔反射〕在PIR上，第二個作用是將探測區域內分為假設干個明區和暗區，使進入探測區域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。當人進入感應范圍，人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠距離A區或中距離B區或近距離C區的某個段的同心環上，同心環與紅外線探頭有一個適當的焦距，紅外光正好被探頭接收，探頭將光信號變成電信號送入電子電路驅動負載工作。整個接收人體紅外光的方式也被稱為被動式紅外活動目標探測器。鏡片主要有三種顏色：聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易變形。二、白色主要用于適配外殼顏色。三、黑色用于防強光干擾,鏡片可以結合產品外觀注色，使產品整體更美觀。每一種鏡片有一型號〔以年號+系列號命名〕，鏡片主要參數：一、外觀描述——外觀形狀〔長、方、圓〕、尺寸〔直徑〕。以毫米為單位。二、探測范圍——指鏡片能探測的有效距離〔米〕和角度。三、焦距——指鏡片與探頭窗口的距離，精確度以毫米的小數點為單位。長形和方形鏡片要呈弧形以焦距為單位對準探頭窗口。鏡片與探頭的配合應用——我們常用的是雙源式探頭，揭開濾光玻璃片，其內部有兩點對7—14um的紅外波長特別敏感的TO—5材料連接著場效管。圖3-2信號產生輸出示意圖圖3-2信號產生輸出示意圖靜態情況下空間存在紅外光線，由于雙源式探頭采用互補技術，不會產生電信號輸出。動態情況下，人體經過探頭先后被A源或被B源感應，Sa<Sb或Sa>Sb產生差值，雙源失去互補平衡作用而很敏感地產生信號輸出，見圖3-3。當人對著探頭呈垂直狀態運動，Sa=Sb不產生差值，雙源很難產生信號輸出。因此，探測器安裝的位置與人行走方向呈平行為宜。3.5熱釋電傳感器及處理電路3.5.1熱釋電紅外線傳感器熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉變為電壓信號。熱釋電傳感器具有本錢低、不需要用紅外線或電磁波等發射源、靈敏度高、可流動安裝等特點。實際使用時，在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡，這樣可大大提高接收靈敏度，增加檢測距離及范圍。實驗證明，熱釋電紅外傳感器假設不加菲涅爾透鏡，那么其檢測距離僅為2m左右；而配上菲涅爾透鏡后，其檢測距離可增加到10m以上。由于熱釋電傳感器輸出的信號變化緩慢、幅值小(小于1mV)，不能直接作為照明系統的控制信號，因此傳感器的輸出信號必須經過一個專門的信號處理電路，使得傳感器輸出信號的不規那么波形轉變成適合于單片機處理的數字信號。根據以上要求，人體熱釋電檢測電路組成框圖如圖3-4所示。檢測對象檢測對象菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器信號處理電路Vm圖3-3人體熱釋電檢測電路組成框圖3.5.2信號處理電路本設計采用BIS0001來完成對熱釋電傳感器輸出信號的處理。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件就可構成被動式的熱釋電紅外開關、報警用人體熱釋電傳感器等。BIS0001的引腳圖如圖圖3-4BIS0001的引腳圖3.6光照檢測電路圖3-6中，運算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由C3耦合給運算放大器OP2進行第二級放大，再經由電壓比擬器COP1和COP2構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發信號Vs去啟動延遲時間定時器，輸出信號VO經晶體管T1放大驅動繼電器去接通負載。R3為光敏電阻，用來檢測環境照度。當作為照明控制時，假設環境較明亮，R3的電阻值會降低，使9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發信號Vs。SW1是工作方式選擇開關，當SW1與1端連通時，芯片處于可重復觸發工作方式；當SW1與2端連通時，芯片那么處于不可重復觸發工作方式。3.7防火及報警電路火焰傳感器是探測物質在燃燒時，產生煙霧和放出熱量時產生的光輻射。

火焰燃燒輻射光波段火焰傳感器又稱感光式火災探測器，它是用于響應火災的光特性，即探測火焰燃燒的光照強度和火焰的閃爍頻率的一種火災探測器。圖3-6BIS0001的熱釋電紅外開關應用電路圖3.8顯示電路圖3-7LCD1602引腳圖1602采用標準的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器比照度調整端，接正電源時比照度最弱，接地電源時比照度最高〔比照度過高時會產生“鬼影〞，使用時可以通過一個10K的電位器調整比照度〕。第4腳：RS為存放器選擇，高電平1時選擇數據存放器、低電平0時選擇指令存放器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數據端。第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。3.9輸出控制電路單片機對光照檢測電路和傳感器處理電路輸出的信號進行檢測，輸出控制信號由單片機的P2.0輸出。在室內環境光照較強或光較弱但室內又無人時，P2.0輸出高電平，此時三極管V1截止，繼電器J1不工作，那么接在220V上的照明設備不亮。在室內光照較弱且傳感器檢測室內有人時，那么P2.0輸出低電平，此時三極管V1導通，繼電器J1工作，那么220V交流電通過繼電器加到照明設備上，照明設備正常點亮。4系統軟件設計及實現4.1系統軟件流程圖開始開始系統初始化系統初始化Y報警火焰檢測火災檢測報警電路火災檢測報警電路Y報警火焰檢測火災檢測報警電路火災檢測報警電路NN強光照檢測強光照檢測弱弱N是否有人N是否有人YY點亮照明設備點亮照明設備結束結束圖4-1系統軟件流程圖軟件局部的主要任務是完成對光照檢測電路和對熱釋電傳感器信號處理電路的輸出信號進行處理。在光照較強時，系統繼續對光照檢測電路的輸出狀態進行檢測。光照較弱時，系統對信號處理電路的輸出狀態V0進行檢測。假設室內有人時V0為高電平，系統控制照明設備點亮。假設檢測到室內無人時，那么系統控制照明設備熄滅并重新對信號處理電路的輸出狀態V0進行檢測。基于上述分析，系統軟件設計流程如圖4-1所示。4.2仿真環境介紹4.2.1Keil介紹隨著單片機開發技術的不斷開展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發，單片機的開發軟件也在不斷開展，Keil軟件是目前最流行開發MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil。該軟件是美國KeilSoftware公司出品的軟件開發系統，其允許用戶使用匯編或者C語言來開發MCS-51單片機〔或與MSC-51指令兼容的其它單片機〕的應用軟件。功能上，KeilC51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境〔uVision〕將這些部份組合在一起。外觀上采用全Windows界面，容易上手。性能上，即便是使用高級語言開發應用程序，其生成的目標代碼效率也非常高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊。4.2.2Proteus介紹 Proteus是一款集單片機仿真與SPICE分析于一身的EDA仿真軟件，于1989年由英國Lab-centerElectronicLtd研發成功，經過多年的發屏，現已成為當前EDA性價比最高、性能最強的一款軟件。Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，其最大的特點是ProteusVSM(VirtualSystemModel-ling)實現了混合模式的SPICE電路仿真，它將虛擬儀器、高級圖表仿真、微處理器軟仿真器、第三方的編譯器和調試器等有機結合起來，在世界范圍內第一次實現了在硬件物理模型搭建成功之前，即可在計算機上完成原理圖設計、電路分析與仿真、處理器代碼調試及實時仿真、系統測試，以及功能驗證。Proteus主要有兩大局部組成：ISIS——原理圖設計、仿真系統。它用于電路原理圖的設計以及交互式仿真。ARES——印制電路板設計系統。它主要用于印制電路板的設計，產生最終的PCB文件。參考文獻[1]張友德著.單片微型計算機原理、應用與實驗.復旦大學出版社[2]徐煜明、韓雁著.單片機原理及接口技術.電子工業出版社[3]何立民著.單片微型計算機原理及應用.航空航天大學出版社[4]王文升.智能照明控制與節能[J].智能建筑與城市信息.2005[5]陳濤,毛信偉.智能照明控制系統的工程應用[J].智能電氣,2004[6]何立民著.單片機高級教程.北京航空航天大學出版[7]陳桂友.單片微型計算機原理及接口技術.高等教育出版社致謝附錄1.實物圖仿真圖3.程序#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineDBP0//1602D0-D7輸出I/O口sbitRS=P2^0;sbitRW=P2^1;sbitEN=P2^2;sbitBUSY=P0^7;sbitONE=P1^0;sbitTWO=P1^1;sbitDENG=P2^3;sbitSHENG=P2^4;sbitWEI=P3^3;sbitGUANG=P3^2;sbitk1=P1^2;sbitk2=P1^3;sbitk3=P1^4;sbitk4=P1^5;sbitk5=P1^6;sbitk6=P1^7;voidinit();//初始化程序voidw_com(ucharcommand);//寫入指令voidw_data(intdat);//寫入數據voiddisp();//顯示函數voidcheck();//判斷忙碌函數voiddelay(ucharcount);//延時1ms函數voidinit_timer();//初始化時鐘voidconv();//走時單元voidset_time();//時間設置voidinter_month();//閏月計算voidwait(void);voidw_dat(unsignedchardat);voidw_string(unsignedcharaddr_start,unsignedchar*p);voidInit_LCD1602(void);ucharstring[]="ShiDaichenzhizuo";ucharstring2[]="0123456789";//要顯示的字符串uchardeda=0;ucharhour=0,min=0,sec=0,date=22,month=10,year=14;unsignedcharcodeword1[]={"ShiDaichenzhizuo"};unsignedcharcodeword2[]={"Welcometohere"};unsignedcharcodeword3[]={"ShiDaichenzhizuo"};unsignedcharcodeword4[]={"TimeDelay15S"};unsignedcharcodeword5[]={"TimeDelay20S"};unsignedcharcodeword6[]={"ThisDangerous!"};unsignedcharcodeword7[]={"WARING!RUN!"};/***等待繁忙標志*/voidwait(void){ P0=0xFF; 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