学校教室照明光源智能化节能软件设计(附件)
根据本次课题的内容及课题任务的要求，本系统设计包括两部分下位机部分和上位机部分。下位机设计控制部分包括系统环境的监测，人员分布的监测，灯光的自动控制，灯光系统运行时其功率的采集和用电量的采集，还有控制过程中的延时控制。上位机设计包括了LED灯工作状态的监控，人数统计，下位机数据采集存储的功能。另外上位机还附有登录系统来保证其工作环境的安全。本系统设计还包括了上位机和下位机通信问题的解决。下位机控制主要由51单片机控制的控制模块和相关传感器组成的检测系统来实现，上位机的设计软件采用C#来设计监控界面，然后通过串口实现上位机和下位机的通讯，上位机实现对整个灯光系统的监控与数据采集。关键词 自动控制，通信，51单片机，串口连接，C#
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2国内外研究状况及发展趋势 2
1.3课题的主要研究内容 2
2 总体设计 3
2.1总体设计概述 3
2.2 开发软件简介 4
2.3 PC机和下位机通信简介 6
3 PC机和下位机通信 6
3.1 PC机和下位机通信要求 6
3.2 PL2303简介 7
3.3上位机与下位机通信连接 9
3.4 通信协议 10
4.下位机 11
4.1下位机设计总体思路 11
4.2 教室LED灯光布局 12
4.3下位机元器件 12
4.4下位机控制流程 14
5.上位机设计 15
5.1 上位机设计总体介绍 15
5.2 PC机程序流程 15
5.3 PC界面 17
5.4 上位机主要模块实现方式 19
6.模拟系统 24
6.1模拟系统下位机 24
6.2 模拟系统上位机 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录一：电路图 29
附录二：下位机代码 32
附录三：上位机代码 40
1 引言
研究背景及意 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
义
随着现代社会快速发展,能源的消耗也是逐年增加。用电更是能源消耗的主要部分，生活中电力的消耗其中有很大部分是被浪费掉的，所以节能已经成为现在社会发展中不可忽视的问题。公共场所的照明用电改造势在必行。
就以学校为例，学校是人口密度较大，用电量很大。而且学校教室大多为开放式管理模式，学生和外来人员流动自由，随意性较大，管理不易。所以经常会出现人多人少都全开灯的情况，还有忘记关灯出现长明灯的现象，造成了极大的用电浪费。
学校教室是学生上课学习和自习的主要场所，良好的照明环境必不可少，影响着学生的视力和上课的效率。所以改造学校教室的照明环境不仅仅是关乎节能，更关乎着学生学习环境改进，要做到两方面的平衡。学校教室照明系统是公共环境下照明系统的一个很好的例子，选择此课题是对节能照明系统普及的一次尝试。
学校教室的照明与我们息息相关，我们在学校上课自习，对教室的照明要求相对熟悉，而且教室的照明用电占到了学校用电的50%以上，如果能够很好地研究出适合教室的节能照明系统的话，将能节省大量的用电消耗。以一个面积60平米的教室为例，使用40W的荧光灯20盏，每天少开2小时，每年除去节假日，可节约电能500kw.h以上。如若全校教室计算，可节约大量的电能。
教室照明系统不仅仅是简单的开关灯，学校教室是一个相对开放的场所，学生们自由在教室进出自习，每个教室的上课使用情况也十分的分散，所以要集中管理是不可能的，并且每个教室的使用要求也不尽相同，这就更加需要一种自动的智能化的照明系统来适应教室的照明环境。
利用单片机和C语言编程可以很好地实现这种并不复杂的控制，并且单片机成本低，兼容性好，可以简单的进行优化和修改，所以利用硬件和软件的结合来实现这套智能教室照明系统。
这套智能灯光照明系统不仅可以做到能源的合理利用，避免能源浪费，也能大大改善学生使用教室时的灯光照明环境，在不同学习状态下，使用最适合的灯光照明方式，提高学生的学习效率。这套系统是软件和硬件的结合，教室照明仅仅为其一种，通过改进优化不仅仅可用于教室，还能用到候车大厅、医院、图书馆等等不同的公共场合，具有很大的前景。
1.2国内外研究状况及发展趋势
随着发展力的不断提升，在生活不断进步的同时，能源和环境问题日益凸显，能源的过量开采和环境的不断污染，在中国这个发展中国家更加明显。节能减排是在发展同时避免牺牲环境的唯一出路。电能又是现代社会中最为广泛使用的。
近年来，国际节电研究界提出了一种叫“在保证照明效果下点着灯节电”的新概念。在国外，美国、英国、德国等发达国家已经开始研发新型的照明节电设备。
为此，国内外学者对此进行了大量研究，刘河剑、贾正松、孙蔚等人进行了基于51单片机的红外、光控相结合的智能照明系统的研究；张锴等人设计了红外对射管与热释点传感器双重监测纠错的单片机控制系统；傅莉还从节能灯和LED灯方面对公共场所照明控制进行了研究[1]。
目前，国内学校教室依旧以传统的手动控制为主，加上原有的照明装置任然可用，所以改善并不太大，有着巨大的改善空间。改善照明系统主要手段有两种。
（1）节能型高效光源地使用，即选择高效的LED灯；
（2）将智能控制系统的应用加入到照明系统中；
但LED灯现在成本低，节能效果明显，并且性能稳定使用寿命长，对于教室这种使用频率长且久的公共环境，LED灯具有明显优势，并且属于一次性投资，所以本设计将全面设计一套新的照明系统。
近年来，节能减排问题一直是我国经济发展中重视的问题，国家也积极号召建设节约型社会。同时，环境问题也是全世界共同面临的问题，这从根本上也是建设环境友好型社会。经济发展的同时大家也需要注重于节能减排，环境污染等方面的问题。因此智能化的节能控制系统具有很大的研究前景。
1.3课题的主要研究内容
由于本次改造是一劳永逸的改造，LED节能灯的技术成熟，价格已经大大降低，所以光源全部改用LED灯，设计全新的照明系统。
根据本次课题的内容及课题任务的要求，下位机控制部分包括系统环境的监测，人员分布的监测，灯光的自动控制，灯光系统运行时其功率的采集和用电量的采集，还有控制过程中的延时控制。上位机包括了LED灯工作状态的监控，人数统计，下位机数据采集存储的功能。另外上位机还附有登录系统来保证其工作环境的安全。
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2国内外研究状况及发展趋势 2
1.3课题的主要研究内容 2
2 总体设计 3
2.1总体设计概述 3
2.2 开发软件简介 4
2.3 PC机和下位机通信简介 6
3 PC机和下位机通信 6
3.1 PC机和下位机通信要求 6
3.2 PL2303简介 7
3.3上位机与下位机通信连接 9
3.4 通信协议 10
4.下位机 11
4.1下位机设计总体思路 11
4.2 教室LED灯光布局 12
4.3下位机元器件 12
4.4下位机控制流程 14
5.上位机设计 15
5.1 上位机设计总体介绍 15
5.2 PC机程序流程 15
5.3 PC界面 17
5.4 上位机主要模块实现方式 19
6.模拟系统 24
6.1模拟系统下位机 24
6.2 模拟系统上位机 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录一：电路图 29
附录二：下位机代码 32
附录三：上位机代码 40
1 引言
研究背景及意 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
义
随着现代社会快速发展,能源的消耗也是逐年增加。用电更是能源消耗的主要部分，生活中电力的消耗其中有很大部分是被浪费掉的，所以节能已经成为现在社会发展中不可忽视的问题。公共场所的照明用电改造势在必行。
就以学校为例，学校是人口密度较大，用电量很大。而且学校教室大多为开放式管理模式，学生和外来人员流动自由，随意性较大，管理不易。所以经常会出现人多人少都全开灯的情况，还有忘记关灯出现长明灯的现象，造成了极大的用电浪费。
学校教室是学生上课学习和自习的主要场所，良好的照明环境必不可少，影响着学生的视力和上课的效率。所以改造学校教室的照明环境不仅仅是关乎节能，更关乎着学生学习环境改进，要做到两方面的平衡。学校教室照明系统是公共环境下照明系统的一个很好的例子，选择此课题是对节能照明系统普及的一次尝试。
学校教室的照明与我们息息相关，我们在学校上课自习，对教室的照明要求相对熟悉，而且教室的照明用电占到了学校用电的50%以上，如果能够很好地研究出适合教室的节能照明系统的话，将能节省大量的用电消耗。以一个面积60平米的教室为例，使用40W的荧光灯20盏，每天少开2小时，每年除去节假日，可节约电能500kw.h以上。如若全校教室计算，可节约大量的电能。
教室照明系统不仅仅是简单的开关灯，学校教室是一个相对开放的场所，学生们自由在教室进出自习，每个教室的上课使用情况也十分的分散，所以要集中管理是不可能的，并且每个教室的使用要求也不尽相同，这就更加需要一种自动的智能化的照明系统来适应教室的照明环境。
利用单片机和C语言编程可以很好地实现这种并不复杂的控制，并且单片机成本低，兼容性好，可以简单的进行优化和修改，所以利用硬件和软件的结合来实现这套智能教室照明系统。
这套智能灯光照明系统不仅可以做到能源的合理利用，避免能源浪费，也能大大改善学生使用教室时的灯光照明环境，在不同学习状态下，使用最适合的灯光照明方式，提高学生的学习效率。这套系统是软件和硬件的结合，教室照明仅仅为其一种，通过改进优化不仅仅可用于教室，还能用到候车大厅、医院、图书馆等等不同的公共场合，具有很大的前景。
1.2国内外研究状况及发展趋势
随着发展力的不断提升，在生活不断进步的同时，能源和环境问题日益凸显，能源的过量开采和环境的不断污染，在中国这个发展中国家更加明显。节能减排是在发展同时避免牺牲环境的唯一出路。电能又是现代社会中最为广泛使用的。
近年来，国际节电研究界提出了一种叫“在保证照明效果下点着灯节电”的新概念。在国外，美国、英国、德国等发达国家已经开始研发新型的照明节电设备。
为此，国内外学者对此进行了大量研究，刘河剑、贾正松、孙蔚等人进行了基于51单片机的红外、光控相结合的智能照明系统的研究；张锴等人设计了红外对射管与热释点传感器双重监测纠错的单片机控制系统；傅莉还从节能灯和LED灯方面对公共场所照明控制进行了研究[1]。
目前，国内学校教室依旧以传统的手动控制为主，加上原有的照明装置任然可用，所以改善并不太大，有着巨大的改善空间。改善照明系统主要手段有两种。
（1）节能型高效光源地使用，即选择高效的LED灯；
（2）将智能控制系统的应用加入到照明系统中；
但LED灯现在成本低，节能效果明显，并且性能稳定使用寿命长，对于教室这种使用频率长且久的公共环境，LED灯具有明显优势，并且属于一次性投资，所以本设计将全面设计一套新的照明系统。
近年来，节能减排问题一直是我国经济发展中重视的问题，国家也积极号召建设节约型社会。同时，环境问题也是全世界共同面临的问题，这从根本上也是建设环境友好型社会。经济发展的同时大家也需要注重于节能减排，环境污染等方面的问题。因此智能化的节能控制系统具有很大的研究前景。
1.3课题的主要研究内容
由于本次改造是一劳永逸的改造，LED节能灯的技术成熟，价格已经大大降低，所以光源全部改用LED灯，设计全新的照明系统。
根据本次课题的内容及课题任务的要求，下位机控制部分包括系统环境的监测，人员分布的监测，灯光的自动控制，灯光系统运行时其功率的采集和用电量的采集，还有控制过程中的延时控制。上位机包括了LED灯工作状态的监控，人数统计，下位机数据采集存储的功能。另外上位机还附有登录系统来保证其工作环境的安全。
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