室内灯光调节系统的硬件设计(附件)
现代的照明系统不应该只注重满足人的基本生活和学习的需求，更应该注重能源的节约以及使用的便捷。系统主要采用单片机STC89C52RC作为核心，采用热释电红外传感器检测人体的存在，光敏电阻采集光照后送入ADC0832进行处理，最后在液晶屏LCD1602上显示亮度等级。通过对人体存在信号和环境光信号的识别，照明灯可以自行调节亮度。系统可使用自动模式调节照明灯的亮度，亦可采用手动模式控制照明灯的亮灭。该系统还可以进行温湿度和时间的显示等功能。整个系统操作便捷、灵敏，能够普遍适用于居民用户，并能够有效节约能源。关键词 单片机STC89C52RC，热释电红外传感器，光敏电阻，LCD1602 目 录
1 引言 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外研究及发展现状 1
2 总体设计方案 2
2.1 总体方案概述 2
2.2 系统硬件设计 3
2.3 系统软件设计 4
3 硬件系统详细设计 5
3.1 单片机最小系统 5
3.2 人体采集模块 7
3.3 光照检测模块 8
3.4 DS1302时钟模块 11
3.5 液晶显示模块 13
3.6 温湿度采集模块 16
3.7 按键模块 19
4 软件系统详细设计 20
4.1 KEIL软件开发工具介绍 20
4.2 程序设计思路 20
4.3 软件模块设计 21
5 系统测试 22
5.1 测试原理及目标 22
5.2 系统上电后测试 22
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录A 原理图 29
附录B PCB图 30
1 引言
1.1 课题研究背景及意义
由于计算机网络、通信技术以及控制技术的迅速发展，智能建筑也随之蓬勃发展。目前我国许多智能建筑都存在效率低、能耗高的问题。对于智能建筑的照明系统而言，很多地方的灯不管是否有人或者光线是
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致 谢 27
参 考 文 献 28
附录A 原理图 29
附录B PCB图 30
1 引言
1.1 课题研究背景及意义
由于计算机网络、通信技术以及控制技术的迅速发展，智能建筑也随之蓬勃发展。目前我国许多智能建筑都存在效率低、能耗高的问题。对于智能建筑的照明系统而言，很多地方的灯不管是否有人或者光线是否昏暗都是从早到晚亮着，这无疑造成了能源的浪费。据测算，此种情况电力消费占其全部电力消耗的40%左右[1]。然而，现代的照明系统不应该只注重满足人的基本生活和学习的需求，更应该注重能源的节约以及使用的便捷。
手动控制、声控以及太阳能灯等方式是目前常用的节约电能的方式。然而，使用手动控制的方式时，操作不灵活而且费时费力；采用声控的方式时则常常判断不准确，在不需要的情况下也会开启照明灯；太阳能灯则需要较大的资金投入，同时容易受到光照强度的影响。所以市场上急需一种操作简便、资金投入较低又易于推广的新型节约电能的方案。
本课题通过人体采集以及光照的采集、手动和自动控制相结合的方式智能控制室内灯光，从而达到节能的目的。
1.2 国内外研究及发展现状
目前，天然气、石油和煤炭是人类使用的主要能源，这些能源都是不可再生的能源且大量使用会在采矿阶段对环境造成很大破坏，还会在使用阶段产生大量的废气以及废渣，这样也会对自然环境造成严重的污染[2]。然而，由于技术发展和成本问题的考虑，发展新能源并不可行，所以如何提高这些能源的利用率和节约能源的消耗就成为了最直接和有效的手段[3]。
在欧洲，丹麦在节约能源和利用方面的成功给了我们一个很好的启示。节能供热系统在丹麦是非常受推崇的，例如建筑能耗大约占41%，其在整体能耗中所占比例较大，尤其在供暖方面的能耗，北京所消耗的能源将近是丹麦的两倍，但是对于建筑内部的舒适度而言，丹麦比中国的还要高，因为丹麦所采用的保温材料更好，供热和制冷系统更加节能，这使得丹麦的能源利用率高达90%左右。对于日本来说，本国所占的面积相对较小，所以自然资源比较匮乏，因此，本国大多使用智能化建筑，其智能化建筑大约占新建筑物的80%左右。这些智能化的建筑基本都使用了新型材料以及新型技术，并且充分利用了人工智能技术、网络技术和控制技术，能够精确的控制能源在建筑物内的消耗，最大程度的降低能源的浪费。通过上述的介绍，我们可以清楚的发现世界各国都使用各种方法以达到降低能源消耗的目的，节能将成为未来发展的趋势。
在实际应用中，英国的希思罗国际机场有一个成功的案例，其T5候机楼的照明体系都使用了instabus KNX/EIB系统来完成照明体系的掌控。该灯光调节系统可以实现光照强度调节，实时传递相关的亮度和故障信息，并且可以对灯具的工作情况进行控制和管理。照明系统还可以通过使用OPC(Object Linking and Embedding for Process Control)实现照明控制系统及其他建筑管理系统之间的通信[4]。
虽然我国的资源种类十分丰富，资源储量也巨大，但是我国的人口总量也较大，因此人均的资源储量较少，加上使用的浪费，能源问题开始逐步成为我国的一个重大问题。所以，我国更应该注重能源的节约。尤其在电能消耗如此高的情况下更加应该设计出节能又便捷的系统来满足用户的需要。
2 总体设计方案
2.1 总体方案概述
本系统所设计的室内灯光调节系统采用软硬件结合的方式，本系统由复位电路、按键模块、人体采集模块、DS1302时钟模块、光照采集模块、DHT11温湿度采集模块和LCD1602显示模块七部分组成[5]。根据模块设计的要求，其系统框图如图2.1所示。
图2 .1 系统框图
a）复位电路：进行手动复位。
b）按键模块：用于设置时间信息以及开关的模式切换等。
c）人体采集模块：用于判断室内是否有人。
d）LCD1602模块：将温湿度传感器DHT11上的温度、湿度和DS1302时钟芯片里的时间以及光照等级显示在显示屏上。
e）DS1302时钟模块：时钟电路模块是采用DS1302时钟芯片作为核心，时钟晶振选用的是32.768K，能完整的提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息。
f）光照采集模块：用于采集室内的光线强弱，并将光线强度进行等级划分，在LCD上进行显示。
g）温湿度采集模块：用于收集室内的温度和湿度并在液晶屏上显示。
2.2 系统硬件设计
首先采用Protel DXP2009软件将原理图画出来，它的硬件连接图如下图2.2所示。
图2.2 系统原理图
该系统选用一个12MHz的晶振，该晶振与单片机的XTAL1和XTAL2引脚相连，然后晶振再与两个无极性电容相连；单片机的复位电路可采取按键上电复位方式； HC-SR501通过输出引脚将采集到的人体信号送到单片机的P3.5口进行处理；光敏电阻实现光照的采集并将结果送至ADC0832进行模数转换并送单片机进行处理，最终将处理的结果送至LCD1602上进行显示；DS1302时钟芯片的VCC2接+5V的电源，VCC1接3V的纽扣电池作为备用电源，SCLK、I/O、RST各接一个4.7K的电阻并接到+5V电源上，然后分别接到单片机P2.5、P2.6、P2.7口，DS1302时钟外接一个晶振频率为32.768K的晶振，与
1 引言 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外研究及发展现状 1
2 总体设计方案 2
2.1 总体方案概述 2
2.2 系统硬件设计 3
2.3 系统软件设计 4
3 硬件系统详细设计 5
3.1 单片机最小系统 5
3.2 人体采集模块 7
3.3 光照检测模块 8
3.4 DS1302时钟模块 11
3.5 液晶显示模块 13
3.6 温湿度采集模块 16
3.7 按键模块 19
4 软件系统详细设计 20
4.1 KEIL软件开发工具介绍 20
4.2 程序设计思路 20
4.3 软件模块设计 21
5 系统测试 22
5.1 测试原理及目标 22
5.2 系统上电后测试 22
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录A 原理图 29
附录B PCB图 30
1 引言
1.1 课题研究背景及意义
由于计算机网络、通信技术以及控制技术的迅速发展，智能建筑也随之蓬勃发展。目前我国许多智能建筑都存在效率低、能耗高的问题。对于智能建筑的照明系统而言，很多地方的灯不管是否有人或者光线是
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致 谢 27
参 考 文 献 28
附录A 原理图 29
附录B PCB图 30
1 引言
1.1 课题研究背景及意义
由于计算机网络、通信技术以及控制技术的迅速发展，智能建筑也随之蓬勃发展。目前我国许多智能建筑都存在效率低、能耗高的问题。对于智能建筑的照明系统而言，很多地方的灯不管是否有人或者光线是否昏暗都是从早到晚亮着，这无疑造成了能源的浪费。据测算，此种情况电力消费占其全部电力消耗的40%左右[1]。然而，现代的照明系统不应该只注重满足人的基本生活和学习的需求，更应该注重能源的节约以及使用的便捷。
手动控制、声控以及太阳能灯等方式是目前常用的节约电能的方式。然而，使用手动控制的方式时，操作不灵活而且费时费力；采用声控的方式时则常常判断不准确，在不需要的情况下也会开启照明灯；太阳能灯则需要较大的资金投入，同时容易受到光照强度的影响。所以市场上急需一种操作简便、资金投入较低又易于推广的新型节约电能的方案。
本课题通过人体采集以及光照的采集、手动和自动控制相结合的方式智能控制室内灯光，从而达到节能的目的。
1.2 国内外研究及发展现状
目前，天然气、石油和煤炭是人类使用的主要能源，这些能源都是不可再生的能源且大量使用会在采矿阶段对环境造成很大破坏，还会在使用阶段产生大量的废气以及废渣，这样也会对自然环境造成严重的污染[2]。然而，由于技术发展和成本问题的考虑，发展新能源并不可行，所以如何提高这些能源的利用率和节约能源的消耗就成为了最直接和有效的手段[3]。
在欧洲，丹麦在节约能源和利用方面的成功给了我们一个很好的启示。节能供热系统在丹麦是非常受推崇的，例如建筑能耗大约占41%，其在整体能耗中所占比例较大，尤其在供暖方面的能耗，北京所消耗的能源将近是丹麦的两倍，但是对于建筑内部的舒适度而言，丹麦比中国的还要高，因为丹麦所采用的保温材料更好，供热和制冷系统更加节能，这使得丹麦的能源利用率高达90%左右。对于日本来说，本国所占的面积相对较小，所以自然资源比较匮乏，因此，本国大多使用智能化建筑，其智能化建筑大约占新建筑物的80%左右。这些智能化的建筑基本都使用了新型材料以及新型技术，并且充分利用了人工智能技术、网络技术和控制技术，能够精确的控制能源在建筑物内的消耗，最大程度的降低能源的浪费。通过上述的介绍，我们可以清楚的发现世界各国都使用各种方法以达到降低能源消耗的目的，节能将成为未来发展的趋势。
在实际应用中，英国的希思罗国际机场有一个成功的案例，其T5候机楼的照明体系都使用了instabus KNX/EIB系统来完成照明体系的掌控。该灯光调节系统可以实现光照强度调节，实时传递相关的亮度和故障信息，并且可以对灯具的工作情况进行控制和管理。照明系统还可以通过使用OPC(Object Linking and Embedding for Process Control)实现照明控制系统及其他建筑管理系统之间的通信[4]。
虽然我国的资源种类十分丰富，资源储量也巨大，但是我国的人口总量也较大，因此人均的资源储量较少，加上使用的浪费，能源问题开始逐步成为我国的一个重大问题。所以，我国更应该注重能源的节约。尤其在电能消耗如此高的情况下更加应该设计出节能又便捷的系统来满足用户的需要。
2 总体设计方案
2.1 总体方案概述
本系统所设计的室内灯光调节系统采用软硬件结合的方式，本系统由复位电路、按键模块、人体采集模块、DS1302时钟模块、光照采集模块、DHT11温湿度采集模块和LCD1602显示模块七部分组成[5]。根据模块设计的要求，其系统框图如图2.1所示。
图2 .1 系统框图
a）复位电路：进行手动复位。
b）按键模块：用于设置时间信息以及开关的模式切换等。
c）人体采集模块：用于判断室内是否有人。
d）LCD1602模块：将温湿度传感器DHT11上的温度、湿度和DS1302时钟芯片里的时间以及光照等级显示在显示屏上。
e）DS1302时钟模块：时钟电路模块是采用DS1302时钟芯片作为核心，时钟晶振选用的是32.768K，能完整的提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息。
f）光照采集模块：用于采集室内的光线强弱，并将光线强度进行等级划分，在LCD上进行显示。
g）温湿度采集模块：用于收集室内的温度和湿度并在液晶屏上显示。
2.2 系统硬件设计
首先采用Protel DXP2009软件将原理图画出来，它的硬件连接图如下图2.2所示。
图2.2 系统原理图
该系统选用一个12MHz的晶振，该晶振与单片机的XTAL1和XTAL2引脚相连，然后晶振再与两个无极性电容相连；单片机的复位电路可采取按键上电复位方式； HC-SR501通过输出引脚将采集到的人体信号送到单片机的P3.5口进行处理；光敏电阻实现光照的采集并将结果送至ADC0832进行模数转换并送单片机进行处理，最终将处理的结果送至LCD1602上进行显示；DS1302时钟芯片的VCC2接+5V的电源，VCC1接3V的纽扣电池作为备用电源，SCLK、I/O、RST各接一个4.7K的电阻并接到+5V电源上，然后分别接到单片机P2.5、P2.6、P2.7口，DS1302时钟外接一个晶振频率为32.768K的晶振，与
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