教室照明智能節(jié)能控制系統(tǒng)

閆璞

摘 要：本課題設(shè)計了一種基于單片機的教室自動控制器。系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，利用紅外對管和光敏電阻模擬教室環(huán)境檢測教室的總?cè)藬?shù)，由LCD1602顯示，從而確定開幾盞燈。設(shè)計又分為自動控制和手動控制，以自動為主，手動為輔。本次的設(shè)計教室自動控制器就是為了節(jié)約各校教室用電量，減少人工管理。提高能源利用率，增強節(jié)約能源意識。

關(guān)鍵詞：智能節(jié)能；單片機；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A

0 緒論

在中國，我們的目標一直是要建立一個環(huán)境友好型、資源節(jié)約型的國家，提高能源利用率，增強節(jié)約能源意識。根據(jù)一些日?，F(xiàn)象，很多公共場所的照明用電量是個很龐大的數(shù)字，例如學(xué)校、公司、酒店等場所，而這些地方都是傳統(tǒng)的人工管理，并不容易得到妥善的監(jiān)管。而針對這個問題，我特別設(shè)計了采用單片機和紅外對管構(gòu)成的教室自動控制器，實現(xiàn)對室內(nèi)燈光的控制和人數(shù)的自動統(tǒng)計，根據(jù)人數(shù)變化和光線強弱來適當調(diào)整教室燈光控制。

1 教室燈光自動控制器硬件設(shè)計

1.1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

本次設(shè)計的硬件電路主要為主控模塊、時鐘模塊、紅外對管檢測模塊、光線檢測模塊、顯示模塊、獨立式按鍵模塊等，并以STC89C52單片機為主控單元，完成檢測人數(shù)、定時控制、環(huán)境亮度控制、手動控制、液晶顯示的功能。

1.2 顯示模塊的設(shè)計

LCD1602的8位數(shù)據(jù)線和單片機的P0的 I/O口按順序相連，V0端接一電位器調(diào)對比度，RS、RW、EN三條控制線分別接單片機的P1.0、P1.1、P1.2三個引腳。

1.3 時鐘模塊的設(shè)計

通過第5、6、7腳與單片機P2.7、P2.6、P2.5相連，通過程序讀取時鐘芯片發(fā)過來的時間再顯示。J1為紐扣電池，即備用電池，當外界電源關(guān)閉時，這里的紐扣電池就直接向時鐘芯片供電，防止時間停止或異常。R2、R3、R4為上拉電阻，它的主要作用是增強抗干擾能力。Y1是晶振，原理同單片機的晶振一樣，都是提供振蕩信號給芯片，芯片才能正常運行，這里芯片規(guī)格的晶振大小為32768Hz。連接圖如圖1所示。

1.4 鍵盤模塊的設(shè)計

按鍵引腳與單片機連接圖如圖2 所示。

此按鍵電路為低電平有效。按鍵功能分別為：

S1鍵：設(shè)置鍵。

S2鍵：確認鍵。

S3鍵：加鍵。

S4鍵：減鍵。

S5鍵：切換鍵，手動或者自動切換。

S7鍵：手動開關(guān)鍵。

1.5 光線檢測模塊的設(shè)計

利用光敏電阻對教室內(nèi)光照強度進行探測，LIGHT1為光敏電阻，光亮的時候，光敏電阻阻值較小，分到的電壓低，此時4腳電壓低于5腳電壓的2.5V，比較器2腳輸出高電平；黑暗的時候，光敏電阻阻值較大，分到的電壓高，電壓是大于2.5V的，輸出低電平，LED燈D4點亮，單片機靠判斷低電平來知道是黑暗狀態(tài)。光線檢測電路圖如圖3 所示。

1.6 紅外對管模塊的設(shè)計

該模塊必須安裝在教室的入口，主要用來識別人的走動方向而產(chǎn)生兩個通道信號，本設(shè)計中一個通道信號作為進入教室的識別信號，另一個則為走出教室的識別信號。因此，我們可以通過紅外對管的感應(yīng)得知室內(nèi)的總?cè)藬?shù)，從而得到應(yīng)開幾盞燈。紅外對管連接圖如圖4所示。

2 教室燈光自動控制器軟件設(shè)計

程序中主要用到的知識點有：DS1302的操作、LCD1602顯示屏的操作、按鍵掃描的應(yīng)用。單片機通過時序操作，讀取DS1302發(fā)過來的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過一定的運算和轉(zhuǎn)換，最終再由單片機送到液晶屏顯示。液晶屏的操作也需要嚴格按照時序來做，先初始化，再不斷更新數(shù)據(jù)，當有按鍵按下時，程序判斷按鍵按下接口，分別操作不同的功能，比如選擇鍵，可以選擇設(shè)置實時日期和時間，還能選擇設(shè)置開關(guān)鎖開啟時間，“UP”和“DOWN”按鍵則是設(shè)置各個參數(shù)的大小。在設(shè)定時間的情況下，又可以通過按鍵來劃分為自動和手動。在自動模式下，在設(shè)定時間內(nèi)，光線較暗，并檢測到有人，則根據(jù)人數(shù)開啟相應(yīng)的燈。反之，若無人則關(guān)燈。而手動模式下，就自主的開燈和關(guān)燈。主程序流程圖如圖5所示。

結(jié)論

本課題設(shè)計了一種基于單片機的教室自動控制器。系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，利用紅外對管和光敏電阻模擬教室環(huán)境檢測教室的總?cè)藬?shù)，由LCD1602顯示，從而確定開幾盞燈。設(shè)計又分為自動控制和手動控制，以自動為主，手動為輔。本次的設(shè)計教室自動控制器就是為了節(jié)約各校教室用電量，減少人工管理。

參考文獻

[1]周潤景，劉曉霞.單片機實用系統(tǒng)設(shè)計與仿真經(jīng)典實例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[2]賀敬凱，劉德新，管明祥.單片機系統(tǒng)設(shè)計、仿真與應(yīng)用-基于Keil和Proteus仿真平臺[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011.

[3]江志紅.51單片機技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)案例精選[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[4]海蘭，毛玉良，趙祥.實時時鐘DS1302的原理及應(yīng)用[J].電子照明技術(shù)，2006.

[5]葉建波.Protel 99 SE電路設(shè)計與制板技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社；北京交通大學(xué)出版社，2011.

[6]房小翠，王金鳳.單片機實用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1999.

[7]周瑤.高校教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].鄭州大學(xué)，2010.

[8]何宏主.單片機原理與接口技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社. 2006.

[9]路而紅.專用集成電路設(shè)計與電子設(shè)計自動化[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[10]范風(fēng)強，蘭嬋麗.單片機語言C51應(yīng)用實戰(zhàn)集錦[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[11]彭為編.單片機典型系統(tǒng)設(shè)計實例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[12]高峰.單片微型計算機與接口技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[13]譚立新，楊可以.單片機應(yīng)用技術(shù)[M].湖南：中南大學(xué)出版社，2009.

[14]夏繼強. 單片機應(yīng)用設(shè)計培訓(xùn)教程——實踐篇[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.