大学教室照明光源智能化节能硬件设计(附件)
本文主要是通过对大学教室光源节能进行智能化的设计，使用STC89C52作为下位机，控制教室光源。通过使用红外热释电传感器对人体进行检测，统计人数，当有人进入教室的区域时，通过红外热释传感器对人体进行识别，以此来控制灯的亮灭，由光敏电阻所组成的电路，可以检测当前室内的光照强度。本系统把教室分为4个区域，每个区域的LED灯都有四种调光模式，通过光照强度的改变，当达到设定值时，可以对LED灯调节亮度。传感器将数据传到单片机上，经过汇总处理后，最后将所处理的数据反映到上位机上，以此实现对下位机的监控。同时上位机也可以对本系统进行操作。关键词 红外热释电传感器，光敏电阻，LED照明，智能化节能
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究意义 1
1.3 国内外发展状况 2
1.4 课题的主要研究内容 2
2 系统总体方案 3
2.1 系统总体框架 3
2.2 系统设计方案 3
2.3 光强检测传感器选型 4
2.4 人体检测电路传感器选型 5
2.5 单片机选型 6
2.6 通信方式选择 6
3 照明光源硬件设计 8
3.1 硬件系统组成 8
3.2 单片机工作的最小系统电路 9
3.3 红外热释传感器检测电路硬件设计 11
3.4 光强检测电路硬件设计 13
3.5 计数电路硬件设计 14
3.6 串口通信电路硬件设计 16
3.7 LED照明驱动电路硬件设计 16
3.8 LED灯调光电路硬件设计 18
3.9 供电电路 19
3.10 看门狗定时器 20
4 照明光源软件设计 20
4.1 系统调试 20
4.2 硬件调试 21
4.3 软件调试 22
4.4 Proteus仿真 23
5 舒适照明研究 23
5.1 光环境对人眼功能的影响 23
5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
.2 照明舒适度在本系统中的应用 24
5.3 小结 26
结 论 27 致 谢 28
参 考 文 献 29
附录 1： 硬件设计原理图 31
附录 2： 硬件仿真电路图 32
附录 3： PCB板 33 1 绪论
1.1 研究背景
伴随着经济不断地发展，人们的生活水平也在不断提高，经济的快速增长和大学不断扩招，也使得有更多的人能够有机会进入到大学学习，国家通过对高校加大对资金的投入，以此来建造更多的教室接纳学生，加大了对教室灯具的损耗，学校的用电量也急剧增加[1]。同时，全国高校师生缺少节能环保意识，常常致使了上完课后课堂的灯持续亮的现象存在，造成了高校资本的流失，给高校造成庞大的经济损失，不符合可持续发展的要求。随着自动化水平的不断提高，高校教室的照明系统也应该朝着自动化、智能化和节能化等几个方向发展。但是，我国大部分的学校仍然使采用人工管理的方法，照明光源造成极大的浪费。随着高校教室的不断增加，单凭人工管理的方法是不切实际的，人的主观能动性也会使管理造成一定的失误。这样不利于学校向用电节能化的方向发展。所以，提高大学教室照明光源的使用情况就成为学校优先考虑的问题。
1.2 研究意义
电能浪费一直是我国高校在照明用电的短板，针对于照明光源的设计也有很多。都是本着为学校节约成本而设计的，课题所提出的光源智能化节能设计是一种较低成本的智能化设计，主要是应用在大学教室。针对大学教室上课的不固定以及时间的不确定，可以通过传感器来控制LED灯的开关，做到“人走灯灭”，与现在所倡导的“绿色照明、节能环保”的主题遥相呼应。而且，通过使用上位机对教室的照明光源的使用情况进行实时监控，大大加强对高校照明智能化的管理，符合现在社会的发展要求。
照明光源的节能主要体现在两个方面：一是对灯具的选择，从国家放弃使用白炽灯，LED逐渐进入人们的视野。现在市面上LED灯种类越来越多，能够实现的效果也比较酷炫，高效节能、寿命长、绿色环保等特点也深受广大消费者的喜爱。在照度一样的情况下，LED照明灯能够比传统日光灯节能67%，能更加有效地节省电费支出；二是利用近年来先进的技术手段来实现对照明光源的控制。这样可以帮助国家和高校节约更多的资金。
1.3 国内外发展状况
在灯光照明节能控制方面，国内外早均已采用智能化管理，相对于学校照明这一方面，尤其是对于教室照明的控制，我国大部分的高校依旧停留人工管理的层面上。而且每年大学学校都在扩招，学校扩招后所需要的教室也在不断地增加，以便能够接纳更多的学生，这样就避免不了需要增添更多的照明灯具，如果继续不重视节能的话，无疑是增加学校的负担。而现在国家新出台的政策都在提倡节能环保，节能环保已逐步受到重视，各大学校也都提倡节约，正在建设节约型的校园，教室照明光源在这样浪费下去无疑是与政策相悖，因此大学教室在光源节能方面要逐步受到重视[2]。
目前，在大学里，已经不像小学中学那样封闭，管理模式相对开放，教室不固定也是导致了师生薄弱的节能意识，有些学校教室在白天光线较强的情况下，仍然使用灯在上课或自习，没有随手关灯的习惯；即使是教室里面没有人或人数相对集中坐的情况下，灯也是全部开着的，在晚上有些教室值只有几个人时，灯也是全部都开着的，有随手关灯习惯的老师和学生还是占少数，往往是人走了之后，教室里已经没有人了，灯还是常亮着的，人走灯不灭的现象依然是存在的。这种不必要的浪费给学校带来了沉重的负担。虽然在一线二线城市中的院校都已经有了较为实用的智能化的照明系统,但是,大多数经济不发达地方的高校，智能化的照明系统没有得到重视，在教室照明方面的电能浪费依然是相当巨大的。
经过市场调查可以发现，现在市面上使用较多的是一种利用门与光双重控制的自动照明开关，这种照明开关中的光控开关只能在一个工作期间触发一次，一旦延时电路开始工作，控制电路就无法正常工作，只有当延时工作结束后才能正常工作。存在的问题已经依靠现有的技术解决了，改进过后的自动照明开关在原有的基础上增加了脉冲检测器，每当有脉冲时，能在待机延时的时候多次触发，这样在延时的时候多次计时，即使开始设定时间存在不准或者需要改变设定时间时，都可在不中断运行的情况下自动进行调整，节能的效果会变得更加明显，在一定程度上缓解以往教室照明系统存在的浪费情况[3]。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究意义 1
1.3 国内外发展状况 2
1.4 课题的主要研究内容 2
2 系统总体方案 3
2.1 系统总体框架 3
2.2 系统设计方案 3
2.3 光强检测传感器选型 4
2.4 人体检测电路传感器选型 5
2.5 单片机选型 6
2.6 通信方式选择 6
3 照明光源硬件设计 8
3.1 硬件系统组成 8
3.2 单片机工作的最小系统电路 9
3.3 红外热释传感器检测电路硬件设计 11
3.4 光强检测电路硬件设计 13
3.5 计数电路硬件设计 14
3.6 串口通信电路硬件设计 16
3.7 LED照明驱动电路硬件设计 16
3.8 LED灯调光电路硬件设计 18
3.9 供电电路 19
3.10 看门狗定时器 20
4 照明光源软件设计 20
4.1 系统调试 20
4.2 硬件调试 21
4.3 软件调试 22
4.4 Proteus仿真 23
5 舒适照明研究 23
5.1 光环境对人眼功能的影响 23
5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
.2 照明舒适度在本系统中的应用 24
5.3 小结 26
结 论 27 致 谢 28
参 考 文 献 29
附录 1： 硬件设计原理图 31
附录 2： 硬件仿真电路图 32
附录 3： PCB板 33 1 绪论
1.1 研究背景
伴随着经济不断地发展，人们的生活水平也在不断提高，经济的快速增长和大学不断扩招，也使得有更多的人能够有机会进入到大学学习，国家通过对高校加大对资金的投入，以此来建造更多的教室接纳学生，加大了对教室灯具的损耗，学校的用电量也急剧增加[1]。同时，全国高校师生缺少节能环保意识，常常致使了上完课后课堂的灯持续亮的现象存在，造成了高校资本的流失，给高校造成庞大的经济损失，不符合可持续发展的要求。随着自动化水平的不断提高，高校教室的照明系统也应该朝着自动化、智能化和节能化等几个方向发展。但是，我国大部分的学校仍然使采用人工管理的方法，照明光源造成极大的浪费。随着高校教室的不断增加，单凭人工管理的方法是不切实际的，人的主观能动性也会使管理造成一定的失误。这样不利于学校向用电节能化的方向发展。所以，提高大学教室照明光源的使用情况就成为学校优先考虑的问题。
1.2 研究意义
电能浪费一直是我国高校在照明用电的短板，针对于照明光源的设计也有很多。都是本着为学校节约成本而设计的，课题所提出的光源智能化节能设计是一种较低成本的智能化设计，主要是应用在大学教室。针对大学教室上课的不固定以及时间的不确定，可以通过传感器来控制LED灯的开关，做到“人走灯灭”，与现在所倡导的“绿色照明、节能环保”的主题遥相呼应。而且，通过使用上位机对教室的照明光源的使用情况进行实时监控，大大加强对高校照明智能化的管理，符合现在社会的发展要求。
照明光源的节能主要体现在两个方面：一是对灯具的选择，从国家放弃使用白炽灯，LED逐渐进入人们的视野。现在市面上LED灯种类越来越多，能够实现的效果也比较酷炫，高效节能、寿命长、绿色环保等特点也深受广大消费者的喜爱。在照度一样的情况下，LED照明灯能够比传统日光灯节能67%，能更加有效地节省电费支出；二是利用近年来先进的技术手段来实现对照明光源的控制。这样可以帮助国家和高校节约更多的资金。
1.3 国内外发展状况
在灯光照明节能控制方面，国内外早均已采用智能化管理，相对于学校照明这一方面，尤其是对于教室照明的控制，我国大部分的高校依旧停留人工管理的层面上。而且每年大学学校都在扩招，学校扩招后所需要的教室也在不断地增加，以便能够接纳更多的学生，这样就避免不了需要增添更多的照明灯具，如果继续不重视节能的话，无疑是增加学校的负担。而现在国家新出台的政策都在提倡节能环保，节能环保已逐步受到重视，各大学校也都提倡节约，正在建设节约型的校园，教室照明光源在这样浪费下去无疑是与政策相悖，因此大学教室在光源节能方面要逐步受到重视[2]。
目前，在大学里，已经不像小学中学那样封闭，管理模式相对开放，教室不固定也是导致了师生薄弱的节能意识，有些学校教室在白天光线较强的情况下，仍然使用灯在上课或自习，没有随手关灯的习惯；即使是教室里面没有人或人数相对集中坐的情况下，灯也是全部开着的，在晚上有些教室值只有几个人时，灯也是全部都开着的，有随手关灯习惯的老师和学生还是占少数，往往是人走了之后，教室里已经没有人了，灯还是常亮着的，人走灯不灭的现象依然是存在的。这种不必要的浪费给学校带来了沉重的负担。虽然在一线二线城市中的院校都已经有了较为实用的智能化的照明系统,但是,大多数经济不发达地方的高校，智能化的照明系统没有得到重视，在教室照明方面的电能浪费依然是相当巨大的。
经过市场调查可以发现，现在市面上使用较多的是一种利用门与光双重控制的自动照明开关，这种照明开关中的光控开关只能在一个工作期间触发一次，一旦延时电路开始工作，控制电路就无法正常工作，只有当延时工作结束后才能正常工作。存在的问题已经依靠现有的技术解决了，改进过后的自动照明开关在原有的基础上增加了脉冲检测器，每当有脉冲时，能在待机延时的时候多次触发，这样在延时的时候多次计时，即使开始设定时间存在不准或者需要改变设定时间时，都可在不中断运行的情况下自动进行调整，节能的效果会变得更加明显，在一定程度上缓解以往教室照明系统存在的浪费情况[3]。
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