教室智能灯光控制系统设计与实现【字数：13288】
照明资源浪费是指各大院校教室内“长明灯”现象以及社会各种照明设施因管理不合理而导致的资源浪费问题，因此，本文考虑使用单片机Arduino设计教室智能照明系统。为了达到节约电能的目的，系统能够根据实际教室的情况，控制教室照明设备的开关。系统模块构成分为单片机控制模块、检测模块和液晶显示模块。系统选择Arduino MCU作为设备的核心控制芯片，并利用热释电红外传感器探测单个障碍物的存在以及单人进出教室的情况，采用光敏二极管组成光照电路从而检测外界光照强度，依此来判别白天黑夜，是否需要开灯。依据教室照明条件，系统通过检测教室光强，检测障碍物的存在，来达到系统识别开关灯条件和亮灯数选择的目的，借此方式达到系统对照明设备的智能管理。同时于LCD1602上显示当前系统的控制模式，人数和亮灯数。该设计有十分显著的优点，它所消耗的资源非常的小，而且它的组成十分简单，但是却能完成很复杂的功能，最重要的一点是很多设备都对其通用，应用在对教室灯光控制上，从而可以实现节能环保的目的。
Key Words: Intelligent Lighting System;Arduino MCU;Sensors;LCD1602 目 录
1. 绪论 1
1.1课题研究的目的和意义 1
1.2智能照明灯控制系统的研究现状 2
1.3 采用智能照明控制系统的优势 2
1.4 课题设计的理念 3
1.5 研究方法 3
1.6 主要研究内容 3
2. 系统开发单片机介绍 5
2.1单片机的概念 5
2.2 Arduino单片机介绍 5
2.3 Arduino的优势 6
2.4 Arduino IDE介绍 6
2.4.1 Arduino IDE的作用 6
2.4.2获取和安装Arduino IDE的方法 7
3. 系统概要设计 8
3.1 需求分析 8
3.2 设计方案 8
3.2.1 设计思路 8
3.2.2 系统总框图 8
3.2.3 系统总电路图 9
4. 系统详细设计 11
4.1 教室 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
人数检测模块设计 11
4.1.1 红外光电开关工作原理 11
4.1.2 单人进出教室探测模块的功能实现 12
4.2 环境光照强度检测模块的设计 13
4.2.1 光敏二极管简介 13
4.2.2 光敏二极管的工作原理 13
4.2.3 光敏二极管的模拟形式 13
4.3 LED灯控模拟模块设计 14
4.4 LCD1602液晶显示模块设计 14
4.4.1 LCD1602简介 14
4.4.2 LCD液晶显示器的分类 14
4.4.3 LCD1602基本参数和引脚功能 14
4.5 前后门人数检测算法思路 16
4.6 环境光照强度检测模块算法思路 17
4.7 LED灯控模拟模块算法思路 17
4.8 LCD1602液晶显示模块算法思路 19
5. 系统运行流程图及效果图 20
5.1 系统运行流程 20
5.2 LCD1602液晶屏幕显示流程图及效果图 21
5.3 人体检测流程图及效果图 22
5.4 模式切换按键流程图及效果图 24
5.5 按键亮灯流程图及效果图 26
6. 系统总结 29
6.1硬件设计总结 29
6.2软件设计总结 29
7. 对社会人文、环境和法律的影响 30
结束语 31
参考文献 32
致谢 33
绪论
1.1课题研究的目的和意义
社会的高速发展和科学不断进步使我们的生活水平以前所未有的速度增长。但随之而来的是，城市的用电量不断增加。能源短缺的问题一直以来都是一个十分严重的问题，时至今日，能源短缺的问题越发严峻。中国是一个资源丰富的国家。但是，由于中国庞大的人口基数，中国的人均能源储备已经变得非常低。能源短缺问题如同一个枷锁禁锢着发展了五千年的经济大国，使一个日益壮大的雄狮失去了其原有的锋芒。垃圾焚烧污染，建筑污染，机动车尾气排放等。这些方面无一不在警示着我们节约能源资源的任务迫在眉睫。纵观近年，全国乃至全球的各类高等院校招生人数持续增加，素质教育的范围在我国不断的普遍提高，教学体系及其相对应的配套设施也在不断的进行完善，高等院校和院校内教学教室的数量也在不断激增，随之而来的就是教师教学教室的照明需求量也越来越高。[1]但是很多设备管理员在管理照明设备的时候遗漏了很重要的两点，有效性和合理性。管理员的这种管理方式不但让很多教室内的灯光处于常亮状态，而且更重要的是导致了大量的电能浪费，这种错误的做法导致的将是学校出资来弥补管理缺陷，也就是说学校会为这种无效的管理方式“买单”。[6]国内有太多太多院校都是这种管理方式，如果将这些浪费的资源加起来，恐怕将会是一笔巨大的经济数目。鉴于上述情况，我们迫切的需要一种能够脱离人工的管理方式，我们称之为“智能化管理”。这种方式的成立是由很多现代化先进技术的技术支持，用这些技术对照明设备进行一种更为有效的管理。从而管理员可以从繁重且复杂的工作中脱离出来，通过系统自动对环境的检测来完成教室内照明设备的开关。
很多国家都已陆续采用这种脱离人工的“智能管理”方式。根据产品的生产材料可以分为电力载波类、总线类、无线类，表11中列出了它们之间的优缺点。基于他们的缺点，开发简单且实用性强的教室照明灯智能控制系统便具有了显著意义。
表11 不同类照明灯的优缺点
分类
优点
缺点
电力载波类
目前是海内主流产物，价格低廉，免于产品的大规模布线，契合我国人民的消费能力，所以可以被大众普遍使用。
由于该类产品生产商可以独自生产，且目前没有一个通用的检验规章，所以它的可靠性让人担忧，容易发生电磁串扰。
总线类
历史底蕴丰厚，一致采用全球国际标准，产品的定位高端而且性能十分可靠。
其功能略显复杂，并且成本相对于其他产品较高，导致价格上升，而且需要专业的技术作为支撑。
Key Words: Intelligent Lighting System;Arduino MCU;Sensors;LCD1602 目 录
1. 绪论 1
1.1课题研究的目的和意义 1
1.2智能照明灯控制系统的研究现状 2
1.3 采用智能照明控制系统的优势 2
1.4 课题设计的理念 3
1.5 研究方法 3
1.6 主要研究内容 3
2. 系统开发单片机介绍 5
2.1单片机的概念 5
2.2 Arduino单片机介绍 5
2.3 Arduino的优势 6
2.4 Arduino IDE介绍 6
2.4.1 Arduino IDE的作用 6
2.4.2获取和安装Arduino IDE的方法 7
3. 系统概要设计 8
3.1 需求分析 8
3.2 设计方案 8
3.2.1 设计思路 8
3.2.2 系统总框图 8
3.2.3 系统总电路图 9
4. 系统详细设计 11
4.1 教室 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
人数检测模块设计 11
4.1.1 红外光电开关工作原理 11
4.1.2 单人进出教室探测模块的功能实现 12
4.2 环境光照强度检测模块的设计 13
4.2.1 光敏二极管简介 13
4.2.2 光敏二极管的工作原理 13
4.2.3 光敏二极管的模拟形式 13
4.3 LED灯控模拟模块设计 14
4.4 LCD1602液晶显示模块设计 14
4.4.1 LCD1602简介 14
4.4.2 LCD液晶显示器的分类 14
4.4.3 LCD1602基本参数和引脚功能 14
4.5 前后门人数检测算法思路 16
4.6 环境光照强度检测模块算法思路 17
4.7 LED灯控模拟模块算法思路 17
4.8 LCD1602液晶显示模块算法思路 19
5. 系统运行流程图及效果图 20
5.1 系统运行流程 20
5.2 LCD1602液晶屏幕显示流程图及效果图 21
5.3 人体检测流程图及效果图 22
5.4 模式切换按键流程图及效果图 24
5.5 按键亮灯流程图及效果图 26
6. 系统总结 29
6.1硬件设计总结 29
6.2软件设计总结 29
7. 对社会人文、环境和法律的影响 30
结束语 31
参考文献 32
致谢 33
绪论
1.1课题研究的目的和意义
社会的高速发展和科学不断进步使我们的生活水平以前所未有的速度增长。但随之而来的是，城市的用电量不断增加。能源短缺的问题一直以来都是一个十分严重的问题，时至今日，能源短缺的问题越发严峻。中国是一个资源丰富的国家。但是，由于中国庞大的人口基数，中国的人均能源储备已经变得非常低。能源短缺问题如同一个枷锁禁锢着发展了五千年的经济大国，使一个日益壮大的雄狮失去了其原有的锋芒。垃圾焚烧污染，建筑污染，机动车尾气排放等。这些方面无一不在警示着我们节约能源资源的任务迫在眉睫。纵观近年，全国乃至全球的各类高等院校招生人数持续增加，素质教育的范围在我国不断的普遍提高，教学体系及其相对应的配套设施也在不断的进行完善，高等院校和院校内教学教室的数量也在不断激增，随之而来的就是教师教学教室的照明需求量也越来越高。[1]但是很多设备管理员在管理照明设备的时候遗漏了很重要的两点，有效性和合理性。管理员的这种管理方式不但让很多教室内的灯光处于常亮状态，而且更重要的是导致了大量的电能浪费，这种错误的做法导致的将是学校出资来弥补管理缺陷，也就是说学校会为这种无效的管理方式“买单”。[6]国内有太多太多院校都是这种管理方式，如果将这些浪费的资源加起来，恐怕将会是一笔巨大的经济数目。鉴于上述情况，我们迫切的需要一种能够脱离人工的管理方式，我们称之为“智能化管理”。这种方式的成立是由很多现代化先进技术的技术支持，用这些技术对照明设备进行一种更为有效的管理。从而管理员可以从繁重且复杂的工作中脱离出来，通过系统自动对环境的检测来完成教室内照明设备的开关。
很多国家都已陆续采用这种脱离人工的“智能管理”方式。根据产品的生产材料可以分为电力载波类、总线类、无线类，表11中列出了它们之间的优缺点。基于他们的缺点，开发简单且实用性强的教室照明灯智能控制系统便具有了显著意义。
表11 不同类照明灯的优缺点
分类
优点
缺点
电力载波类
目前是海内主流产物，价格低廉，免于产品的大规模布线，契合我国人民的消费能力，所以可以被大众普遍使用。
由于该类产品生产商可以独自生产，且目前没有一个通用的检验规章，所以它的可靠性让人担忧，容易发生电磁串扰。
总线类
历史底蕴丰厚，一致采用全球国际标准，产品的定位高端而且性能十分可靠。
其功能略显复杂，并且成本相对于其他产品较高，导致价格上升，而且需要专业的技术作为支撑。
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