教室LED日光灯节能控制设计
教室LED日光灯节能控制设计[20191223123203]
摘 要
随着社会不断的发展，校园规模越来越大，所以， LED日光灯的存在很有必要性。
在了解室内日光灯控制方法的基础上，分析了智能控制的原理和方法，提出用单片机控制室内灯光的设计，设计出智能控制系统的相关软件。
系统选取AT89C51单片机作控制装置部件，采用光敏电阻检测外围自然光的强弱，系统通过对自然光强弱和人的数量来判断所需要的照明强度，避免了教室用电的浪费。该系统使用性强，性价比高，可以满足大多教室的照明要求，且节约环保。
该系统在电源供电电路中集成稳压器温度过高，这个问题可以通过使用一个的变压器解决，在集成稳压器前用两个二极管降压，增加散热。
该系统不但可以在高校教室里面使用，将来也可以在公共场所使用。随着该系统的优越性越来越明显，该系统越来越完善，适合的使用场所也就越来越多。
关 键 词：红外传感器 单片机 热释电
THE DESIGN OF SCHOOL LED LIGHT
ENERGY SAVING CONTROL
ABSTRACT
With the continuous development of society,and increasing scale campus.Therefore, the presence of LED lamp is Necessary.
In understanding the indoor control method based on fluorescent, Principles and methods of intelligent control is analyzed, Through the design of single chip microcomputer control the interior lights, Design the software of the intelligent control system.
The system selected AT89C51 single chip computer as the control device, Using photosensitive resistor to detect peripheral natural light intensity, The system through a number of natural light intensity and the people to judge the lighting intensity needed, To avoid the waste of classroom electricity. The system is the use of strong, high performance price ratio.Most of the classroom can be meet the requirement of lighting, and environmental conservation.
The system in the power supply circuit voltage regulator integrated temperature too high, This problem can be solved by using a transformer, In the integrated voltage regulator use two diodes to antihypertensive, increased heat dissipation.
The system not only can be used in the classroom, The future could be used in public places. With the superiority of the system is more and more obvious, and the system is more and more perfect, In more and more places can also be applied.
2010 届本科毕业设计（论文） 1
摘 要 2
ABSTRACT 2
前 言 5
第1章 概述 6
1.1课题研究背景 6
1.2教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题 6
1.3课题研究的内容与意义 6
1.3.1研究内容 6
1.3.2研究意义 7
1.4本课题拟解决的关键问题 7
第2章教室照明控制器的介绍与分析，控制计划 8
2.1 教室灯光控制器简介 8
2.2 系统设计方案选取 8
2.2.1系统主控芯片的选取 8
2.2.2光照检测方式的选择 8
2.2.3人体感应方式的选择 8
2.2.4时钟芯片的选择 8
2.2.5照明设备驱动的选择 8
2.2.6 LED日光灯电压控制的选择 8
第3章 软件设计与开发 10
3.1系统监控主程序模块 10
3.1.1系统初始化 10
3.1.2定时器中断处理 10
3.1.3多任务操作系统的构建 11
3.2数据采集模块 11
3.2.1数据采集软件设计的实现 12
3.3时钟模块 12
3.3.1数据输入输出 13
3.3.2时钟内部寄存器的使用 13
3.3.3时钟程序设计 13
3.4数码管显示模块 14
3.4.1显示程序设计 14
3.5红外遥控模块 15
第4章 系统调试运行及问题分析 16
4.1单片机系统调试方法及步骤 16
4.2出现的主要问题及分析解决 16
4.3实物展示 17
结 论 23
致 谢 25
引 言
随着我国经济发展迅速，校园规模扩大，教室数量大幅增加。学生要有良好的学习环境，必须在各方面付出努力。由于学校师生的节能意识低，教室在白天在开着很亮的灯，即使室内没人或者很少的人的情况下，灯也是全部开着，更是在夜间，室内只有少许人自习，灯也是全部开着，绝不会因为少人而少开灯。
LED被认为是21世纪的照明光源。它的放光器件是冷光源，光效高，工作电压低，耗能低，在同等的亮度下，LED为白炽灯的10%，荧光灯的50%，且LED的寿命比较长可达10万小时。用LED代替其他光源，环保无污染。大多数公共建筑用手动开关照明，往往没有这样的现象，除了造成大量的能源浪费，，这会降低灯管寿命。论文阐述了一套LED智能照明控制系统设计方案，是根据工作环境中人员多少和环境补光亮度来自动控制照明的亮度。这样可以提高用电效率，节约能源，缓解了电力供应压力。
经过30多年的发展，单片机已经在很多方面得到了应用，涉及的领域很多，微型单片机计算机也得到了很快的发展，是将中央处理器变压器之内的都集成到同一块电路集成芯片上面，形成微型单片机计算机。
这篇论文就是介绍了单片机是怎样通过控制室外光强以及人多少来控制室内灯光控制的系统，单片机为控制中心，根据室外光强和人体发出的热通过热释电红外线来控制LED灯的照明亮度，从而达到节能的目的。
单片机以及其他部件的介绍和功能：单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器。常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由仅有CPU的专用处理器芯片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。英特的8080是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是英特的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的高端单片机，直到现在，基于8051的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器，随着单片机家族的发展壮大，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。 汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作！单片机的数量远远超过PC机和其他计算机的总和。
第1章 概述
1.1课题研究背景
随着社会的发展,对照明系统的需求激增。相反，当自然光照强度难以满足人们的需要，无法打开灯及时。除了要满足人的基本生活和学习需求的现代照明，将更加重视节约能源，以及满足人机工程学的个性方面的要求。所以要实现合理，经济，节能，先进先用、成熟的技术和产品，如照明，照明，照明控制系统。因此，为适应不同的个人和工作要求，结合自动调整的智能照明系统的手动调整已是不可或缺的。
商业建筑，大学校园的比重较小的大功率电源和冷却设备，照明的相对权重，从而控制室的照明是节能的关键。
1.2教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题
目前，有关群落总消费的照明账户，高效照明产品代替传统的低效照明产品节能的使用。今天，北京是促进绿色照明工程，已推出一个百万绿色照明和节能电器，政府已经取代商业建筑，学校，医院和其他节能灯只。
我们在党的第五次会议年月日第十五党中央 “加强基础设施是未来五到十年的一个非常重要的任务。”目前，各种机构，因为节能的学生自觉意识薄弱，这是足以点亮的灯，在离开课堂，保护清洁灯是普遍的；此外，节能方案在很大程度上取代手动控制的不足和灯光的课堂管理，课堂是许多经理人忙不过来，从而造成不必要的能源浪费和经济损失。
荧光灯在课堂是能量自动控制系统设计的节能技术的必要手段无疑将成为一个重要的课题。
1.3课题研究的内容与意义
1.3.1研究内容
本课题的研究内容有如下几点:
(1). 测试教室照明光强标准；
(2). 个别教室灯光照明需求，外部因素与开关灯的关系；
(3). 人体个数的识别研究；
(4). 室内传感器的分布问题；
(5). 人体传感器有关参数；
(6). 控制器电源问题；
(7). 控制器参数设定要求；
(8). 智能保存掉电参数问题；
(9). 安全问题；
1.3.2研究意义
I．节能从而延长灯只使用时长
系统优势便是节能。普通的以前的室内，都是白天关灯晚上开灯。节能系统的使用，不但可以清楚的识别白天和晚上的区别，更能通过人数的多少来智能的调节所需灯光的要求。同时，该系统还可以充分利用自然光，自动调节室内的照度，同时确保必要的照明，有效地降低了照明的工作时间，节省了不必要的能源的成本也延长灯的寿命。
II.使人们的生活环境得到改变，有效的减少不必要的学习时间
选择合理的灯具，灯具和照明控制系统和优越的性能，可以提高照明质量。根据不同的时间系统，人们的不同需求，并自动调整照明。
III. 提高管理水平
智能照明控制系统是自动控制为主，辅以人工控制系统。在一般的情况下，不需要有人的参与，照明系统自动实现开关和调光功能，既大大减少了管理人员的数量，也排除了由于人为因素而出现的不定时开关，影响学校的正常教学、生活秩序的情况。
1.4本课题拟解决的关键问题
被测试的各种研究教室照明控制解决方案解决了以下关键问题：
（1）.系统本身节能问题；
（2）.外部因素输入采集问题；
（3）.人体存在传感器输入采集问题；
（4）.开关是否自动手动；
第2章教室照明控制器的介绍与分析，控制计划
2.1 教室灯光控制器简介
通过感应周围的光强度，光强满足上课需求，则教室灯光控制器自动关闭；若光自然小于一定值时，且人体感应器能感应到教室有人，则实现自动开关；若环境光强小于一定值时，但人体感应器无法感应到教师有人，则控制器关闭。
2.2 系统设计方案选取
2.2.1系统主控芯片的选取
由于MCS-51单片机在功能和性价比方面均优于其它芯片，故本设计选用STC89C52 单片机STC89C52来实现。
2.2.2检查光强
方法一：光照射在光敏二极管或者晶体管上，将光照强度转换为数值大小，再连接到单片机的引脚上。
方法二：光照射在光敏电阻上，使用AD转换，将其变为具体数值，直接传送给单片机。
由于需要采集环境光的具体数值，所以采用方法二。
2.2.3人体感应方式的选择
采用集成电路HC-SR501，对于各类装置能够快速启动，如电扇、灯、自动门、报警器等，在人流量较大的公共场所非常使用。
2.2.4时钟芯片的选择
考虑到该系统只有在时钟电路提供电源的电源，而不需要太多单片机的资源，它有一个充电系统容量低功率×的用来存储临时数据寄存器实时时钟芯片。
2.2.5照明设备驱动的选择
方案一、采用可控硅控制。可控硅也被称为晶闸管，是电力半导体器件具有三个结的一四层结构。
方案分析：由于电磁继电器简单易用，开关状态极其容易判断，所以本设计采用电磁继电器来控制。
2.2.6 LED日光灯电压控制的选择
方案一：通过光敏电阻采集到的具体光强数值，来通过pwm调节LED日光灯输入电压的占空比，从而无级调压以达到日光灯亮度等级的控制。
方案二：通过光敏电阻采集到的具体光强数值，分8个等级将LED日光灯输入电压分为8级，从而有级调压以达到日光灯亮度等级的控制。
方案分析：由于方案一硬件电路不易实现，故采用方案二。
第3章 软件设计与开发
系统是由硬件和软件构成的，而且硬件和软件的开发有着密切的关系。当系统硬件确定后，软件才可以独立的进行设计和开发。软件的程序设计过程中，必须采用合理的设计结构。本次系统设计是采用由上住下的设计思想，先将主程序设计好，然后再设计和编程各个部分的子程序，在设计子程序时又不离开主程序设计思想。
此次控制系统软件模块有五部分组成，分别是系统键功能，时钟模块，数据采集模块，显示驱动模块以及主程序模块。
3.1系统监控主程序模块
监控主程序模块控制着外围模块，是整个系统的控制中心，它接受并分析键盘命令，再把控制转到各个相对应的子程序模块，引导启动。
从程序开始，对外围器件的参数初始化作用，设定定时器，实行中断处理，其控制流程是，开始启动程序到系统程序的初始化，然后设定定时器，允许中断，然后设定三种情况，来分析。
3.1.1系统初始化
控制系统正常运行的第一步就是系统初始化，系统加电后复位，完成系统的初始化。初始化过程是对一些控制寄存器和外部芯片的设置和定义。此次系统的初始化是对借口芯片的检测和寄存器和芯片内部的初始化。
对芯片是否处于准备工作状态和是否有硬件障碍进行检测，对LED是否正常显示系统开机界面进行检测，检测人体是否正常西线人体正确信息等等。
3.1.2定时器中断处理
定时器中断处理：单片机内部定时器时间到引起的中断，或者是计时器的溢出信号作为中断信号，定时器溢出标志位置位，从而向CPU申请中断。
每隔一定的时间，定时器都会中断一次。
该系统采用外部中断，主要用来判断是否有遥控信号或者报警信号。有就采集下来处理，没有则返回主循环。
3.1.3多任务操作系统的构建
多任务操作系统：又CPU控制内核，在系统管理下，CPU不断执行某一个单独的任务这样最大化的利用CPU加快任务运行速度。
任务虽然是分时间段按顺序进行的，但是多个任务在宏观上我们认为是的。
运行状态：CPU获得执行权，正在执行任务。
等待状态：任务执行到最后则由运行状态退出，进入等待状态。
就绪状态：任务满足所有启动条件后进入的状态。
休眠状态：任务已经执行完毕。
3.2数据采集模块
外部环境自然光信号和人体存在信号。数据采集时对这两个进行多任务模块的定时采集。
3.2.1数据采集软件设计的实现
本系统逻辑定义为环境光亮时为二进制的“0”，暗时为“1”，人体存在为“1”，人体不存在为“0”，开灯为“1”，关灯为“0”，那么环境光与人体存在可以有以下的逻辑关系。
环境光参数 人体存在参数 灯光的状态
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
由上表可以知道环境光参数和人体存在参数与门关系，由于继电器是低电平驱动，即可得到教室灯的状态。
3.3时钟模块
系统启动自检初始化，对时钟芯片DS1302的运行进行判断，当检测到芯片处于启动状态时，对其进行初始化启动。时钟芯片的初始化的关键在于它遵守应有的时序要求。
3.3.1数据输入输出
操作芯片前必须先初始化，输入端置成低电平，来方式外部对芯片内部时钟的干扰。
3.3.2时钟内部寄存器的使用
时钟寄存器是以BCD码的形式的。7的位置代表时钟暂停，1的位置时钟停止震荡，0的位置时钟启动。
3.3.3时钟程序设计
3.4数码管显示模块
系统运行过程中的数据显示是人机交互对话的一个重要通道。通过系统数据的显示，我们才可以更好的了解系统运行的状态，从而便于对整个系统进行必要的操作。
3.4.1显示程序设计
每次先送一位要显示的数据位地址字节，然后再送该位LED的显示数据字节，直到8位显示完全。正常工作中8位数码管显示实时时钟，时间显示小时、分钟和秒钟，其中有两位用来显示“--”，用以分隔以分钟和秒钟，这样显示更加清晰。
3.5红外遥控模块
人通过按键和电脑机器对话，系统在按键不多的时候采用中断方式，把按键信号的采集放在中断程序中，而按键的功能放在任务操作模式中完成。。
本系统通过红外遥控器来作为按键使用。首先通过红外线遥控器解码程序来获得红外按键的编码值。再通过相应码值来设置对应的按键操作。
人体热释电红外传感器是基于空外线技术的智能产品。人进入传感器的感应范围内时，输出高电平，人离开这个范围时，可以自动关闭高电平输出低电平。在温度高于30度时，感应的范围稍微变小，基本不会影响传感器的正常工作。
工作电压范围在4.5V-20V之间。
第4章 系统调试运行及问题分析
整个系统设计完成后，调试，故障排除软件和硬件问题，并验证了系统的可靠性和稳定性，使系统达到设计要求。
4.1单片机系统调试方法及步骤
调试单片机系统包括硬件和软件两部分，主要发现在调试硬件和软件问题，看是否符合设计要求符合性结果。
系统的硬件和软件设计可以并行是相互独立的，在软件调试可以在硬件，硬件或在调试的目的完全免费的软件，但他们需要额外的工具的帮助提供调试环境。在亚音硬件和软件完成，他们将软件和硬件的联邦调查局确定调试中出现的问题，确定故障源，修改软件和硬件。
1. 静态调试: 建成后的电路，检查一下，看看如果端口正确连接，连接是否可靠。还应该用万用表电路检查，应该从地方的方式，应该在哪里短路短路，电源接地连接是可靠的。在芯片，传感器和其他部件的插头插入电路板时，确保合适的电源电压的极性，以防止反向极性电源或过电压或传感器损坏芯片。
2. 动态调试: 其控制系统的硬件和软件有着密切的联系，不能诊断硬件软件仿真开发系统，而不是实时在线仿真，所以用户程序要连接到联邦调查局和硬件，软件和硬件的筛查诊断。当整个供应链系统的在线调试，仿真开发工具要求用户软件和硬件电路的调试诊断。每个板调试成功应用后，程序将被加载到一个用户电路仿真器，然后您可以单步，连续执行多步或目标程序，但也可以设置断点的需要段执行用户程序。与用户程序的硬件没有接触，如时间的迹象，虽然没有语法错误，但可能有逻辑错误，然后，通过一个动态均值线调试工具发现的逻辑错误，直到逻辑错误校正。与硬件相关程序的一些用户，如接口驱动程序，需要硬件的配合，在线调试，如果存在逻辑上的错误，但也及时纠正的修改。
4.2出现的主要问题及分析解决
问题1: 电源供电电路中集成稳压器温度过高：这个问题可以通过使用一个的变压器获得，在集成稳压器前到两个二极管降压，增加散热解决方案。
问题2: 人体存在传感器有人存在时输出高电平的电压偏低分析解决：身体传感器的低输出高电压，单片机会的错误，或收集正确的信号，人的存在的传感器的输出加上一个欧姆的上拉电阻。
问题3: 一些现有的教室，如果不超过十秒的人类活动，对身体不会有传感器的信号输出，所以这一次是在课堂中如何确定的问题。
分析解决: 系统的软件设计中，这个问题，分钟人类存在状态继续捕获信号，并处理他们。
4.3实物展示
图4.3.1 51单片机控制LED灯装置全图
这个主要是通过外部光强来控制LED是不是亮和亮的数量，控制亮灯来达到节能的目的。
图4.3.2 51单片机
采用STC89C51单片机，这种单片机耗能比较少。
图4.3.3
图4.3.3所示为在单片机控制下的LED灯，下面做一下实践。分别分成4种情况分别是：没人在黑暗的空间，有人在亮的空间，没人在亮的空间和有人在黑暗的空间4种情况。
图4.3.4 黑暗没人的时候
发现在黑暗没人的环境下面，LED灯是发光的，但是光不是很稳定，光照的强度不是很足。
图4.3.4 黑暗有人的时候
发现在黑暗有人的情况下，LED也可以发光，且比上面一种环境下更亮，发光持久稳定。
图4.3.5 有光有人的时候
发现在比较暗的亮光下，有人的时候，LED灯是可以发出亮光的，且光持久稳定，光照强度高。
图4.3.6 有光没人的时候
发现在没人的时候，即使有亮光LED灯也不亮，且其他的器件都显示正常。
通过上面的现象，不难发现，只有在有人的情况下，LED光才会正常显示，并且光照比较强，稳定持久。
结 论
虽然这次实验原理简单，但是我对于这些就毫无设计基础，这还是相当有难度的，在制作作品的过程中，付出了很多辛酸：第一步，就是要收集各种各样的关于节能日光灯的资料，了解它的原理，并根据题目要求，四处搜索具有相关功能的芯片，在这些前期准备上花费了很多时间和精力。收集完资料，就开始了仿真工作，要仿真电路。得到了以下结论：
环境光条件，如人类生存的外部环境作为控制器的输入参数较简单的人事管理教室照明更合理、更有效的降低资源成本的教室照明，环境光条件，如人类生存的外部环境作为控制器的输入参数较简单的人事管理教室照明更合理、更有效的降低资源成本的教室照明，该控制系统是专为所有类型的大，高师院校照明管理具有重要的意义，也可用于所有类型的办公室照明控制。
智能控制系统的设计，同时设置手动、遥控，这样当系统有时会失败，可手动操作，并不会影响到教室的灯正常使用。
初步试验表明，单片机为基础的教学楼智能照明系统，完成各种课堂教学和走廊照明智能控制系统的建设，精度在目标范围内的要求。
整个过程中，我虽然没有比较成熟的技术，只能靠自己的不懈努力来解决一个又一个问题。我想这对于今后走上工作岗位也会有很大的帮助。
有志者，事竟成。
参考文献
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[20]陈志强 胡辉. 单片机应用系统设计实践指南. 自编教材
[21]肖洪兵. 单片机应用技术. 自编教材
致 谢
在本文的最后，我要衷心地感谢我的毕业设计阶段，甚至四年的本科学习有帮助我在生活中从他们的老师和同学。
首先我要感谢我的导师。在整个设计工作中，我们得到老师的全面指导与教诲，他为我们学习与设计创造了优越的条件，他以渊博的学习知识、严谨的治学态度、求实的工作作风，言传身教，使设计者学术知识及业务水平都有了长足的进步，并将终身受益。在此表示衷心的感谢！
当设计完成后，我提供帮助和支持的所有老师，同学和书面表达深深的谢意的数据！
另外，此次毕业设计的顺利完成还得益于实验室老师的大力帮助，给我提供了一个相对舒适的学习，设计环境。最后，凡在本次设计中曾给予我方便的各位领导和同学在此一并致谢。
由于时间仓促，水平有限，设计中的错误在所难免，恳请各位专家，教授不吝赐教并大加斧正！
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关键字:
KEY WORDS：infrared sensors，SCM，pyroelectric 目 录
摘 要
随着社会不断的发展，校园规模越来越大，所以， LED日光灯的存在很有必要性。
在了解室内日光灯控制方法的基础上，分析了智能控制的原理和方法，提出用单片机控制室内灯光的设计，设计出智能控制系统的相关软件。
系统选取AT89C51单片机作控制装置部件，采用光敏电阻检测外围自然光的强弱，系统通过对自然光强弱和人的数量来判断所需要的照明强度，避免了教室用电的浪费。该系统使用性强，性价比高，可以满足大多教室的照明要求，且节约环保。
该系统在电源供电电路中集成稳压器温度过高，这个问题可以通过使用一个的变压器解决，在集成稳压器前用两个二极管降压，增加散热。
该系统不但可以在高校教室里面使用，将来也可以在公共场所使用。随着该系统的优越性越来越明显，该系统越来越完善，适合的使用场所也就越来越多。
关 键 词：红外传感器 单片机 热释电
THE DESIGN OF SCHOOL LED LIGHT
ENERGY SAVING CONTROL
ABSTRACT
With the continuous development of society,and increasing scale campus.Therefore, the presence of LED lamp is Necessary.
In understanding the indoor control method based on fluorescent, Principles and methods of intelligent control is analyzed, Through the design of single chip microcomputer control the interior lights, Design the software of the intelligent control system.
The system selected AT89C51 single chip computer as the control device, Using photosensitive resistor to detect peripheral natural light intensity, The system through a number of natural light intensity and the people to judge the lighting intensity needed, To avoid the waste of classroom electricity. The system is the use of strong, high performance price ratio.Most of the classroom can be meet the requirement of lighting, and environmental conservation.
The system in the power supply circuit voltage regulator integrated temperature too high, This problem can be solved by using a transformer, In the integrated voltage regulator use two diodes to antihypertensive, increased heat dissipation.
The system not only can be used in the classroom, The future could be used in public places. With the superiority of the system is more and more obvious, and the system is more and more perfect, In more and more places can also be applied.
2010 届本科毕业设计（论文） 1
摘 要 2
ABSTRACT 2
前 言 5
第1章 概述 6
1.1课题研究背景 6
1.2教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题 6
1.3课题研究的内容与意义 6
1.3.1研究内容 6
1.3.2研究意义 7
1.4本课题拟解决的关键问题 7
第2章教室照明控制器的介绍与分析，控制计划 8
2.1 教室灯光控制器简介 8
2.2 系统设计方案选取 8
2.2.1系统主控芯片的选取 8
2.2.2光照检测方式的选择 8
2.2.3人体感应方式的选择 8
2.2.4时钟芯片的选择 8
2.2.5照明设备驱动的选择 8
2.2.6 LED日光灯电压控制的选择 8
第3章 软件设计与开发 10
3.1系统监控主程序模块 10
3.1.1系统初始化 10
3.1.2定时器中断处理 10
3.1.3多任务操作系统的构建 11
3.2数据采集模块 11
3.2.1数据采集软件设计的实现 12
3.3时钟模块 12
3.3.1数据输入输出 13
3.3.2时钟内部寄存器的使用 13
3.3.3时钟程序设计 13
3.4数码管显示模块 14
3.4.1显示程序设计 14
3.5红外遥控模块 15
第4章 系统调试运行及问题分析 16
4.1单片机系统调试方法及步骤 16
4.2出现的主要问题及分析解决 16
4.3实物展示 17
结 论 23
致 谢 25
引 言
随着我国经济发展迅速，校园规模扩大，教室数量大幅增加。学生要有良好的学习环境，必须在各方面付出努力。由于学校师生的节能意识低，教室在白天在开着很亮的灯，即使室内没人或者很少的人的情况下，灯也是全部开着，更是在夜间，室内只有少许人自习，灯也是全部开着，绝不会因为少人而少开灯。
LED被认为是21世纪的照明光源。它的放光器件是冷光源，光效高，工作电压低，耗能低，在同等的亮度下，LED为白炽灯的10%，荧光灯的50%，且LED的寿命比较长可达10万小时。用LED代替其他光源，环保无污染。大多数公共建筑用手动开关照明，往往没有这样的现象，除了造成大量的能源浪费，，这会降低灯管寿命。论文阐述了一套LED智能照明控制系统设计方案，是根据工作环境中人员多少和环境补光亮度来自动控制照明的亮度。这样可以提高用电效率，节约能源，缓解了电力供应压力。
经过30多年的发展，单片机已经在很多方面得到了应用，涉及的领域很多，微型单片机计算机也得到了很快的发展，是将中央处理器变压器之内的都集成到同一块电路集成芯片上面，形成微型单片机计算机。
这篇论文就是介绍了单片机是怎样通过控制室外光强以及人多少来控制室内灯光控制的系统，单片机为控制中心，根据室外光强和人体发出的热通过热释电红外线来控制LED灯的照明亮度，从而达到节能的目的。
单片机以及其他部件的介绍和功能：单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器。常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由仅有CPU的专用处理器芯片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。英特的8080是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是英特的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的高端单片机，直到现在，基于8051的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器，随着单片机家族的发展壮大，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。 汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作！单片机的数量远远超过PC机和其他计算机的总和。
第1章 概述
1.1课题研究背景
随着社会的发展,对照明系统的需求激增。相反，当自然光照强度难以满足人们的需要，无法打开灯及时。除了要满足人的基本生活和学习需求的现代照明，将更加重视节约能源，以及满足人机工程学的个性方面的要求。所以要实现合理，经济，节能，先进先用、成熟的技术和产品，如照明，照明，照明控制系统。因此，为适应不同的个人和工作要求，结合自动调整的智能照明系统的手动调整已是不可或缺的。
商业建筑，大学校园的比重较小的大功率电源和冷却设备，照明的相对权重，从而控制室的照明是节能的关键。
1.2教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题
目前，有关群落总消费的照明账户，高效照明产品代替传统的低效照明产品节能的使用。今天，北京是促进绿色照明工程，已推出一个百万绿色照明和节能电器，政府已经取代商业建筑，学校，医院和其他节能灯只。
我们在党的第五次会议年月日第十五党中央 “加强基础设施是未来五到十年的一个非常重要的任务。”目前，各种机构，因为节能的学生自觉意识薄弱，这是足以点亮的灯，在离开课堂，保护清洁灯是普遍的；此外，节能方案在很大程度上取代手动控制的不足和灯光的课堂管理，课堂是许多经理人忙不过来，从而造成不必要的能源浪费和经济损失。
荧光灯在课堂是能量自动控制系统设计的节能技术的必要手段无疑将成为一个重要的课题。
1.3课题研究的内容与意义
1.3.1研究内容
本课题的研究内容有如下几点:
(1). 测试教室照明光强标准；
(2). 个别教室灯光照明需求，外部因素与开关灯的关系；
(3). 人体个数的识别研究；
(4). 室内传感器的分布问题；
(5). 人体传感器有关参数；
(6). 控制器电源问题；
(7). 控制器参数设定要求；
(8). 智能保存掉电参数问题；
(9). 安全问题；
1.3.2研究意义
I．节能从而延长灯只使用时长
系统优势便是节能。普通的以前的室内，都是白天关灯晚上开灯。节能系统的使用，不但可以清楚的识别白天和晚上的区别，更能通过人数的多少来智能的调节所需灯光的要求。同时，该系统还可以充分利用自然光，自动调节室内的照度，同时确保必要的照明，有效地降低了照明的工作时间，节省了不必要的能源的成本也延长灯的寿命。
II.使人们的生活环境得到改变，有效的减少不必要的学习时间
选择合理的灯具，灯具和照明控制系统和优越的性能，可以提高照明质量。根据不同的时间系统，人们的不同需求，并自动调整照明。
III. 提高管理水平
智能照明控制系统是自动控制为主，辅以人工控制系统。在一般的情况下，不需要有人的参与，照明系统自动实现开关和调光功能，既大大减少了管理人员的数量，也排除了由于人为因素而出现的不定时开关，影响学校的正常教学、生活秩序的情况。
1.4本课题拟解决的关键问题
被测试的各种研究教室照明控制解决方案解决了以下关键问题：
（1）.系统本身节能问题；
（2）.外部因素输入采集问题；
（3）.人体存在传感器输入采集问题；
（4）.开关是否自动手动；
第2章教室照明控制器的介绍与分析，控制计划
2.1 教室灯光控制器简介
通过感应周围的光强度，光强满足上课需求，则教室灯光控制器自动关闭；若光自然小于一定值时，且人体感应器能感应到教室有人，则实现自动开关；若环境光强小于一定值时，但人体感应器无法感应到教师有人，则控制器关闭。
2.2 系统设计方案选取
2.2.1系统主控芯片的选取
由于MCS-51单片机在功能和性价比方面均优于其它芯片，故本设计选用STC89C52 单片机STC89C52来实现。
2.2.2检查光强
方法一：光照射在光敏二极管或者晶体管上，将光照强度转换为数值大小，再连接到单片机的引脚上。
方法二：光照射在光敏电阻上，使用AD转换，将其变为具体数值，直接传送给单片机。
由于需要采集环境光的具体数值，所以采用方法二。
2.2.3人体感应方式的选择
采用集成电路HC-SR501，对于各类装置能够快速启动，如电扇、灯、自动门、报警器等，在人流量较大的公共场所非常使用。
2.2.4时钟芯片的选择
考虑到该系统只有在时钟电路提供电源的电源，而不需要太多单片机的资源，它有一个充电系统容量低功率×的用来存储临时数据寄存器实时时钟芯片。
2.2.5照明设备驱动的选择
方案一、采用可控硅控制。可控硅也被称为晶闸管，是电力半导体器件具有三个结的一四层结构。
方案分析：由于电磁继电器简单易用，开关状态极其容易判断，所以本设计采用电磁继电器来控制。
2.2.6 LED日光灯电压控制的选择
方案一：通过光敏电阻采集到的具体光强数值，来通过pwm调节LED日光灯输入电压的占空比，从而无级调压以达到日光灯亮度等级的控制。
方案二：通过光敏电阻采集到的具体光强数值，分8个等级将LED日光灯输入电压分为8级，从而有级调压以达到日光灯亮度等级的控制。
方案分析：由于方案一硬件电路不易实现，故采用方案二。
第3章 软件设计与开发
系统是由硬件和软件构成的，而且硬件和软件的开发有着密切的关系。当系统硬件确定后，软件才可以独立的进行设计和开发。软件的程序设计过程中，必须采用合理的设计结构。本次系统设计是采用由上住下的设计思想，先将主程序设计好，然后再设计和编程各个部分的子程序，在设计子程序时又不离开主程序设计思想。
此次控制系统软件模块有五部分组成，分别是系统键功能，时钟模块，数据采集模块，显示驱动模块以及主程序模块。
3.1系统监控主程序模块
监控主程序模块控制着外围模块，是整个系统的控制中心，它接受并分析键盘命令，再把控制转到各个相对应的子程序模块，引导启动。
从程序开始，对外围器件的参数初始化作用，设定定时器，实行中断处理，其控制流程是，开始启动程序到系统程序的初始化，然后设定定时器，允许中断，然后设定三种情况，来分析。
3.1.1系统初始化
控制系统正常运行的第一步就是系统初始化，系统加电后复位，完成系统的初始化。初始化过程是对一些控制寄存器和外部芯片的设置和定义。此次系统的初始化是对借口芯片的检测和寄存器和芯片内部的初始化。
对芯片是否处于准备工作状态和是否有硬件障碍进行检测，对LED是否正常显示系统开机界面进行检测，检测人体是否正常西线人体正确信息等等。
3.1.2定时器中断处理
定时器中断处理：单片机内部定时器时间到引起的中断，或者是计时器的溢出信号作为中断信号，定时器溢出标志位置位，从而向CPU申请中断。
每隔一定的时间，定时器都会中断一次。
该系统采用外部中断，主要用来判断是否有遥控信号或者报警信号。有就采集下来处理，没有则返回主循环。
3.1.3多任务操作系统的构建
多任务操作系统：又CPU控制内核，在系统管理下，CPU不断执行某一个单独的任务这样最大化的利用CPU加快任务运行速度。
任务虽然是分时间段按顺序进行的，但是多个任务在宏观上我们认为是的。
运行状态：CPU获得执行权，正在执行任务。
等待状态：任务执行到最后则由运行状态退出，进入等待状态。
就绪状态：任务满足所有启动条件后进入的状态。
休眠状态：任务已经执行完毕。
3.2数据采集模块
外部环境自然光信号和人体存在信号。数据采集时对这两个进行多任务模块的定时采集。
3.2.1数据采集软件设计的实现
本系统逻辑定义为环境光亮时为二进制的“0”，暗时为“1”，人体存在为“1”，人体不存在为“0”，开灯为“1”，关灯为“0”，那么环境光与人体存在可以有以下的逻辑关系。
环境光参数 人体存在参数 灯光的状态
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
由上表可以知道环境光参数和人体存在参数与门关系，由于继电器是低电平驱动，即可得到教室灯的状态。
3.3时钟模块
系统启动自检初始化，对时钟芯片DS1302的运行进行判断，当检测到芯片处于启动状态时，对其进行初始化启动。时钟芯片的初始化的关键在于它遵守应有的时序要求。
3.3.1数据输入输出
操作芯片前必须先初始化，输入端置成低电平，来方式外部对芯片内部时钟的干扰。
3.3.2时钟内部寄存器的使用
时钟寄存器是以BCD码的形式的。7的位置代表时钟暂停，1的位置时钟停止震荡，0的位置时钟启动。
3.3.3时钟程序设计
3.4数码管显示模块
系统运行过程中的数据显示是人机交互对话的一个重要通道。通过系统数据的显示，我们才可以更好的了解系统运行的状态，从而便于对整个系统进行必要的操作。
3.4.1显示程序设计
每次先送一位要显示的数据位地址字节，然后再送该位LED的显示数据字节，直到8位显示完全。正常工作中8位数码管显示实时时钟，时间显示小时、分钟和秒钟，其中有两位用来显示“--”，用以分隔以分钟和秒钟，这样显示更加清晰。
3.5红外遥控模块
人通过按键和电脑机器对话，系统在按键不多的时候采用中断方式，把按键信号的采集放在中断程序中，而按键的功能放在任务操作模式中完成。。
本系统通过红外遥控器来作为按键使用。首先通过红外线遥控器解码程序来获得红外按键的编码值。再通过相应码值来设置对应的按键操作。
人体热释电红外传感器是基于空外线技术的智能产品。人进入传感器的感应范围内时，输出高电平，人离开这个范围时，可以自动关闭高电平输出低电平。在温度高于30度时，感应的范围稍微变小，基本不会影响传感器的正常工作。
工作电压范围在4.5V-20V之间。
第4章 系统调试运行及问题分析
整个系统设计完成后，调试，故障排除软件和硬件问题，并验证了系统的可靠性和稳定性，使系统达到设计要求。
4.1单片机系统调试方法及步骤
调试单片机系统包括硬件和软件两部分，主要发现在调试硬件和软件问题，看是否符合设计要求符合性结果。
系统的硬件和软件设计可以并行是相互独立的，在软件调试可以在硬件，硬件或在调试的目的完全免费的软件，但他们需要额外的工具的帮助提供调试环境。在亚音硬件和软件完成，他们将软件和硬件的联邦调查局确定调试中出现的问题，确定故障源，修改软件和硬件。
1. 静态调试: 建成后的电路，检查一下，看看如果端口正确连接，连接是否可靠。还应该用万用表电路检查，应该从地方的方式，应该在哪里短路短路，电源接地连接是可靠的。在芯片，传感器和其他部件的插头插入电路板时，确保合适的电源电压的极性，以防止反向极性电源或过电压或传感器损坏芯片。
2. 动态调试: 其控制系统的硬件和软件有着密切的联系，不能诊断硬件软件仿真开发系统，而不是实时在线仿真，所以用户程序要连接到联邦调查局和硬件，软件和硬件的筛查诊断。当整个供应链系统的在线调试，仿真开发工具要求用户软件和硬件电路的调试诊断。每个板调试成功应用后，程序将被加载到一个用户电路仿真器，然后您可以单步，连续执行多步或目标程序，但也可以设置断点的需要段执行用户程序。与用户程序的硬件没有接触，如时间的迹象，虽然没有语法错误，但可能有逻辑错误，然后，通过一个动态均值线调试工具发现的逻辑错误，直到逻辑错误校正。与硬件相关程序的一些用户，如接口驱动程序，需要硬件的配合，在线调试，如果存在逻辑上的错误，但也及时纠正的修改。
4.2出现的主要问题及分析解决
问题1: 电源供电电路中集成稳压器温度过高：这个问题可以通过使用一个的变压器获得，在集成稳压器前到两个二极管降压，增加散热解决方案。
问题2: 人体存在传感器有人存在时输出高电平的电压偏低分析解决：身体传感器的低输出高电压，单片机会的错误，或收集正确的信号，人的存在的传感器的输出加上一个欧姆的上拉电阻。
问题3: 一些现有的教室，如果不超过十秒的人类活动，对身体不会有传感器的信号输出，所以这一次是在课堂中如何确定的问题。
分析解决: 系统的软件设计中，这个问题，分钟人类存在状态继续捕获信号，并处理他们。
4.3实物展示
图4.3.1 51单片机控制LED灯装置全图
这个主要是通过外部光强来控制LED是不是亮和亮的数量，控制亮灯来达到节能的目的。
图4.3.2 51单片机
采用STC89C51单片机，这种单片机耗能比较少。
图4.3.3
图4.3.3所示为在单片机控制下的LED灯，下面做一下实践。分别分成4种情况分别是：没人在黑暗的空间，有人在亮的空间，没人在亮的空间和有人在黑暗的空间4种情况。
图4.3.4 黑暗没人的时候
发现在黑暗没人的环境下面，LED灯是发光的，但是光不是很稳定，光照的强度不是很足。
图4.3.4 黑暗有人的时候
发现在黑暗有人的情况下，LED也可以发光，且比上面一种环境下更亮，发光持久稳定。
图4.3.5 有光有人的时候
发现在比较暗的亮光下，有人的时候，LED灯是可以发出亮光的，且光持久稳定，光照强度高。
图4.3.6 有光没人的时候
发现在没人的时候，即使有亮光LED灯也不亮，且其他的器件都显示正常。
通过上面的现象，不难发现，只有在有人的情况下，LED光才会正常显示，并且光照比较强，稳定持久。
结 论
虽然这次实验原理简单，但是我对于这些就毫无设计基础，这还是相当有难度的，在制作作品的过程中，付出了很多辛酸：第一步，就是要收集各种各样的关于节能日光灯的资料，了解它的原理，并根据题目要求，四处搜索具有相关功能的芯片，在这些前期准备上花费了很多时间和精力。收集完资料，就开始了仿真工作，要仿真电路。得到了以下结论：
环境光条件，如人类生存的外部环境作为控制器的输入参数较简单的人事管理教室照明更合理、更有效的降低资源成本的教室照明，环境光条件，如人类生存的外部环境作为控制器的输入参数较简单的人事管理教室照明更合理、更有效的降低资源成本的教室照明，该控制系统是专为所有类型的大，高师院校照明管理具有重要的意义，也可用于所有类型的办公室照明控制。
智能控制系统的设计，同时设置手动、遥控，这样当系统有时会失败，可手动操作，并不会影响到教室的灯正常使用。
初步试验表明，单片机为基础的教学楼智能照明系统，完成各种课堂教学和走廊照明智能控制系统的建设，精度在目标范围内的要求。
整个过程中，我虽然没有比较成熟的技术，只能靠自己的不懈努力来解决一个又一个问题。我想这对于今后走上工作岗位也会有很大的帮助。
有志者，事竟成。
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致 谢
在本文的最后，我要衷心地感谢我的毕业设计阶段，甚至四年的本科学习有帮助我在生活中从他们的老师和同学。
首先我要感谢我的导师。在整个设计工作中，我们得到老师的全面指导与教诲，他为我们学习与设计创造了优越的条件，他以渊博的学习知识、严谨的治学态度、求实的工作作风，言传身教，使设计者学术知识及业务水平都有了长足的进步，并将终身受益。在此表示衷心的感谢！
当设计完成后，我提供帮助和支持的所有老师，同学和书面表达深深的谢意的数据！
另外，此次毕业设计的顺利完成还得益于实验室老师的大力帮助，给我提供了一个相对舒适的学习，设计环境。最后，凡在本次设计中曾给予我方便的各位领导和同学在此一并致谢。
由于时间仓促，水平有限，设计中的错误在所难免，恳请各位专家，教授不吝赐教并大加斧正！
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