基于51单片机的照明系统智能控制器设计
基于51单片机的照明系统智能控制器设计[20200209111628]
本设计通过对现阶段教室的实际情况，分析照明系统的不足与缺陷，设计出合适的控
制器。通过单片机智能系统的控制，设计出相应硬件装置并调试相关软件，达到预设的控
制要求。 *查看完整论文请+Q: 351916072
基于单片机的照明系统智能控制器由 51 单片机、光敏电阻模块、人体红外检测模块、
继电器驱动模块和 LED 指示灯模块组成 。光敏电阻模块检测外界环境的光照强度，人体
红外检测模块探测是否有人体存在，单片机判定是否需要开灯，继电器驱动模块根据单片
机的信号为 LED 指示灯提供开关。通过控制器的智能控制，可降低电力能源的浪费，提
高资源利用率。以其可靠性高、成本低、便于安装的特点成为智能照明系统的发展趋势。
关键词：教室照明 智能控制 传感器
目 录 1 引言.1
1.1 课题的选题背景及意义. 1
1.2 课题研究的内容和目标. 2
1.2.1 研究内容 2
1.2.2 研究目标. 2
1.3 本课题研究拟解决的问题. 2
1.4 本章小结 3 2 硬件电路模块设计.4
2.1 系统方案设计 4
2.1.1 教室灯光控制器. 4
2.1.2 系统控制方案的分析. 5
2.2 单片机最小系统 5
2.2.1 单片机的选择 5
2.2.2 最小系统. 6
2.2.3 时钟电路的选择. 8
2.2.4 复位电路. 9
2.3 光强采集模块 9
2.3.1 光敏电阻. 9
2.3.2 ADC0809. 10
2.3.3 光强采集电路 10
2.4 人体红外感应模块 11
2.4.1 传感器的选择. 11
2.4.2 人体传感器电路. 14
2.5 LED 指示灯电路. 14
2.6 继电器驱动接口电路 15
2.7 1602LCD 显示电路. 16
3 软件程序设计.18
3.1 软件开发平台 18
3.2 程序的总体设计 18
3.3 各模块的软件设计 19
3.3.1 光强采集模块. 19
3.3.2 人体存在检测模块的软件设计. 20
3.3.3 1602LCD 显示的软件设计 20
4 系统调试.23
4.1 调试过程与结果 23
4.2 问题解决方案 24
4.3 本章小结 24
5 总结.25
参考文献.26
附 录.27
附录 1：元器件清单. 27
附录 2：硬件电气原理图. 28
附录 3：软件代码. 29
附录 4：设计实物图. 35
致 谢.36
1 引言
1.1 课题的选题背景及意义
能源是人类生存的物质基础。经济飞速发展的今天，能源问题日趋严重，世界人口增
多、工业快速发展，导致能源短缺日益严重，阻碍着国家经济的发展。而在我国，人均能
耗很低，但人口基数大，因此我国又是世界上单位产值耗能最高的国家之一。解决这一矛
盾需要科技的不断进步。
能源不但是现代社会经济发展的基础，也成为了其发展的制约条件。在提倡低碳环保
生活的今天，每个人都该认识到节约能源的重要性，身为高学历代表的高校生更是该起到
领导作用。但是，在现在的校园内，教室无人却灯火通明的现象屡见不鲜，这种现象造成
了的公共资源浪费，也会对学校的形象造成了不好的影响。本课题研究的教室灯光控制器 系可以解决能源浪费现象。
随着经济的发展、科学技术的进步，用电负荷不断加剧，再加上能源不断被开采而造
成的不可被避免的能源危机，能源的缺乏问题已经成为全世界所面临的严峻问题。而人口
基数大是我国基本国情，这就需要越来越多的公共设施和学校来满足人们的文化追求。教
室照明的增多，引起巨大的电能浪费现象。因此，如何有效的节约用电成为我们需要解决
的问题。
加强学校用电管理，特别是对于节约照明用电，不但可以可以减少学校的费用支出，
还可以通过学校的示范作用来提高学生全的节约用电意识，达到节约能源、保护生态环境
的目的，从而适应时代的发展，逐渐提高学校教学水平、管理水平和社会地位。传统人工
管理的教室灯光控制存在许多缺陷和不完善之处。目前，国内外的智能控制照明电路大多
是采用被动的声音探测、可见光探测、人体红外探测的方法，但都存在不足之处。有的智
能控制系统虽有主动探测部分，但却没能够和被动探测部分结合起来，使得有些主动探测
器一直工作。随着自动化技术的发展和单片机技术的普及，灯光的控制应朝着智能的方向
发展。通过对光照的智能化调节，使其符合学生所需要的照明，提高了其工作效率的同时，
改变了由于长时间灯亮所造成了能源浪费现象，达到节约能源的目的。在减少人工参与的
同时达到节约能源的目的。因此，简单实用的教室智能灯控制系统具有现实研究意义。
1.2 课题研究的内容和目标
1.2.1 研究内容
本课题的研究以光照强度及人体的存在信号是教室灯光智能控制的输入参数，可实现
智能控制与人工控制的统一。在智能模式下，外界光照强度足够强时，无论教室内是否有
人时，灯均不会开亮；在外界光照强度较弱时，若有人进入教室，则教室灯会开亮，在人
离开后，灯光会在延迟一段时间后自动关闭。在手动控制模式下，若有人需要长期呆在教
室中，则可打开手动开关，使其持续照明。
在具体研究中，本课题需研究以下内容：
（1）研究需要开启灯光时的外界光照强度；
（2）研究如何比较某一时刻光照强度与设置光照强度；
（3）研究如何判定教室内是否有人；
（4）研究教室内传感器的存放位置和存放数量；
（5）研究采集信号是否会被干扰；
（6）研究智能灯光控制系统的供电问题；
（7）研究单片机控制的参数值设定。
1.2.2 研究目标
本课题的研究针对智能控制器对教室灯光的控制，通过分析智能灯光控制器的工作条
件、工作原理，设计出以单片机为控制器核心，并加以相应的软硬件模块设计，在保证工
作稳定、性能可靠、经济实惠的前提下，达到对灯光的智能化控制。
本课题研究的基于单片机的教室照明系统智能控制器的设计，有利于现有的教室灯光
系统的改造，达到对教室智能照明系统的人性化管理，提高电力能源的使用效率；可实现
自动控制与手动控制相兼容的效果，降低智能化的的成本。在重复次实验后对其改进，使 其最终完成经济实用、安全可靠的研究目标。
1.3 本课题研究拟解决的问题
本课题需解决以下几项问题：
(1) 控制器本身的供电问题；
(2) 光敏电阻与热释电红外传感器的安装问题；
(3) 环境光强与人体红外信号的采集问题；
(4) 采集信号的抗干扰问题；
(5) 方案的成本与可行性问题；
1.4 本章小结
本章主要介绍了智能灯控制的发展现状及存在问题，确定了本次课题研究的内容。
本设计通过对现阶段教室的实际情况，分析照明系统的不足与缺陷，设计出合适的控
制器。通过单片机智能系统的控制，设计出相应硬件装置并调试相关软件，达到预设的控
制要求。 *查看完整论文请+Q: 351916072
基于单片机的照明系统智能控制器由 51 单片机、光敏电阻模块、人体红外检测模块、
继电器驱动模块和 LED 指示灯模块组成 。光敏电阻模块检测外界环境的光照强度，人体
红外检测模块探测是否有人体存在，单片机判定是否需要开灯，继电器驱动模块根据单片
机的信号为 LED 指示灯提供开关。通过控制器的智能控制，可降低电力能源的浪费，提
高资源利用率。以其可靠性高、成本低、便于安装的特点成为智能照明系统的发展趋势。
关键词：教室照明 智能控制 传感器
目 录 1 引言.1
1.1 课题的选题背景及意义. 1
1.2 课题研究的内容和目标. 2
1.2.1 研究内容 2
1.2.2 研究目标. 2
1.3 本课题研究拟解决的问题. 2
1.4 本章小结 3 2 硬件电路模块设计.4
2.1 系统方案设计 4
2.1.1 教室灯光控制器. 4
2.1.2 系统控制方案的分析. 5
2.2 单片机最小系统 5
2.2.1 单片机的选择 5
2.2.2 最小系统. 6
2.2.3 时钟电路的选择. 8
2.2.4 复位电路. 9
2.3 光强采集模块 9
2.3.1 光敏电阻. 9
2.3.2 ADC0809. 10
2.3.3 光强采集电路 10
2.4 人体红外感应模块 11
2.4.1 传感器的选择. 11
2.4.2 人体传感器电路. 14
2.5 LED 指示灯电路. 14
2.6 继电器驱动接口电路 15
2.7 1602LCD 显示电路. 16
3 软件程序设计.18
3.1 软件开发平台 18
3.2 程序的总体设计 18
3.3 各模块的软件设计 19
3.3.1 光强采集模块. 19
3.3.2 人体存在检测模块的软件设计. 20
3.3.3 1602LCD 显示的软件设计 20
4 系统调试.23
4.1 调试过程与结果 23
4.2 问题解决方案 24
4.3 本章小结 24
5 总结.25
参考文献.26
附 录.27
附录 1：元器件清单. 27
附录 2：硬件电气原理图. 28
附录 3：软件代码. 29
附录 4：设计实物图. 35
致 谢.36
1 引言
1.1 课题的选题背景及意义
能源是人类生存的物质基础。经济飞速发展的今天，能源问题日趋严重，世界人口增
多、工业快速发展，导致能源短缺日益严重，阻碍着国家经济的发展。而在我国，人均能
耗很低，但人口基数大，因此我国又是世界上单位产值耗能最高的国家之一。解决这一矛
盾需要科技的不断进步。
能源不但是现代社会经济发展的基础，也成为了其发展的制约条件。在提倡低碳环保
生活的今天，每个人都该认识到节约能源的重要性，身为高学历代表的高校生更是该起到
领导作用。但是，在现在的校园内，教室无人却灯火通明的现象屡见不鲜，这种现象造成
了的公共资源浪费，也会对学校的形象造成了不好的影响。本课题研究的教室灯光控制器 系可以解决能源浪费现象。
随着经济的发展、科学技术的进步，用电负荷不断加剧，再加上能源不断被开采而造
成的不可被避免的能源危机，能源的缺乏问题已经成为全世界所面临的严峻问题。而人口
基数大是我国基本国情，这就需要越来越多的公共设施和学校来满足人们的文化追求。教
室照明的增多，引起巨大的电能浪费现象。因此，如何有效的节约用电成为我们需要解决
的问题。
加强学校用电管理，特别是对于节约照明用电，不但可以可以减少学校的费用支出，
还可以通过学校的示范作用来提高学生全的节约用电意识，达到节约能源、保护生态环境
的目的，从而适应时代的发展，逐渐提高学校教学水平、管理水平和社会地位。传统人工
管理的教室灯光控制存在许多缺陷和不完善之处。目前，国内外的智能控制照明电路大多
是采用被动的声音探测、可见光探测、人体红外探测的方法，但都存在不足之处。有的智
能控制系统虽有主动探测部分，但却没能够和被动探测部分结合起来，使得有些主动探测
器一直工作。随着自动化技术的发展和单片机技术的普及，灯光的控制应朝着智能的方向
发展。通过对光照的智能化调节，使其符合学生所需要的照明，提高了其工作效率的同时，
改变了由于长时间灯亮所造成了能源浪费现象，达到节约能源的目的。在减少人工参与的
同时达到节约能源的目的。因此，简单实用的教室智能灯控制系统具有现实研究意义。
1.2 课题研究的内容和目标
1.2.1 研究内容
本课题的研究以光照强度及人体的存在信号是教室灯光智能控制的输入参数，可实现
智能控制与人工控制的统一。在智能模式下，外界光照强度足够强时，无论教室内是否有
人时，灯均不会开亮；在外界光照强度较弱时，若有人进入教室，则教室灯会开亮，在人
离开后，灯光会在延迟一段时间后自动关闭。在手动控制模式下，若有人需要长期呆在教
室中，则可打开手动开关，使其持续照明。
在具体研究中，本课题需研究以下内容：
（1）研究需要开启灯光时的外界光照强度；
（2）研究如何比较某一时刻光照强度与设置光照强度；
（3）研究如何判定教室内是否有人；
（4）研究教室内传感器的存放位置和存放数量；
（5）研究采集信号是否会被干扰；
（6）研究智能灯光控制系统的供电问题；
（7）研究单片机控制的参数值设定。
1.2.2 研究目标
本课题的研究针对智能控制器对教室灯光的控制，通过分析智能灯光控制器的工作条
件、工作原理，设计出以单片机为控制器核心，并加以相应的软硬件模块设计，在保证工
作稳定、性能可靠、经济实惠的前提下，达到对灯光的智能化控制。
本课题研究的基于单片机的教室照明系统智能控制器的设计，有利于现有的教室灯光
系统的改造，达到对教室智能照明系统的人性化管理，提高电力能源的使用效率；可实现
自动控制与手动控制相兼容的效果，降低智能化的的成本。在重复次实验后对其改进，使 其最终完成经济实用、安全可靠的研究目标。
1.3 本课题研究拟解决的问题
本课题需解决以下几项问题：
(1) 控制器本身的供电问题；
(2) 光敏电阻与热释电红外传感器的安装问题；
(3) 环境光强与人体红外信号的采集问题；
(4) 采集信号的抗干扰问题；
(5) 方案的成本与可行性问题；
1.4 本章小结
本章主要介绍了智能灯控制的发展现状及存在问题，确定了本次课题研究的内容。
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