红外可调光控系统的设计
红外可调光控系统的设计[20200131184730]
【摘要】
随着人们生活水平的不断提高，导致了用电负荷的加剧。本设计针对教室灯光的控制现状以及用电大量浪费的现象，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了有效的节能控制思路。该系统以AT89C51单片机为基础，采用热释红外传感器来检测教室里是否有人，用光敏电阻传感器感应光照强度的变化，按照学校规定的开灯条件，通过对人体信号和光线信号的识别和智能判断，完成对教室灯光的智能控制，从而避免教室用电的大量浪费。本设计成本低，实用性高，效果显著，设计人性化，通过推广，可以很大程度的节约能源。
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关键字:】AT89C51红外传感器光敏电阻节约
第一章 引言 1
第二章 系统硬件平台设计架构 2
2.1硬件设计 2
2.2系统总体设计 2
2.3系统算法 4
第三章 系统硬件电路的设计 5
3.1主控制机电路 5
3.2分控制器电路设计 7
3.3信号采集电路设计 8
第四章 系统软件平台设计框架 9
4.1数码显示驱动模块 9
4.2键盘扫描程序设计 10
4.3时钟程序设计 11
第五章 系统调试运行及问题分析 11
5.1单片机系统调试方法及步骤 11
5.2主要问题分析 12
第六章 结束语与展望 12
参考文献 14
致谢 14
附录A 系统原理图 15
附录B 子程序 17
第一章 引言
如今经济飞速发展，人类社会的进步越来越依赖于资源的开发与利用，为了可持续发展战略的实施，节约能源迫在眉睫。尤其现今越来越提倡绿色生活节约意识已经深入人心。但是，现在许多高校教室灯经常是整天开着，这是一种严重的资源浪费，不仅与与节约资源的理念相违背，也对高校的形象造成很坏的影响。所以为了合理利用资源，本文所设计的红外光控系统可以有效的节约能源。
目前对灯光的智能控制，国内外己经开始采用，但是对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统的人工管理。由于各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，导致学校的用电负荷不断加大。教室用电管理不善，造成用电的大量浪费，这种的浪费与当今崇尚的节约能源理念相违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术飞速发展，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向进军。例如居民楼道灯光的智能控制等等。所有这些使得教室灯光控制也应该朝着智能的方向发展。于是，开发简便、节约实用的灯光智能控制系统便具有重要的现实意义。
第二章 系统硬件平台设计架构
2.1硬件设计
本系统可有效实现教室灯光智能控制，主要硬件包括51单片机、热释电红外传感器、光敏电阻式传感器、显示器、通信方式、总线接口。
2.1.1微处理器AT89C51
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
2.1.2传感器
热释电红外传感器：热释电红外传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化。
光敏电阻式传感器：光敏电阻的阻值会随着光照强度的增加而减小，灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r值一致性好等特点，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，光敏电阻式传感器被广泛应用灯光自动开关控制领域。
2.1.3显示器
LED数码管动态显示，共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其他管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。
2.1.4通信方式
串行通信：串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。特点：数据在单条一位宽的传输线上，一比特接一比特地按顺序传送，节省传输线，减少成本。尤其是在远程通信时，此特点尤为重要。这也是串行通信的主要优点。
2.1.5 RS-485接口
RS-485接口：RS485有两线制和四线制两种接线，四线制是全双工通讯方式，两线制是半双工通讯方式。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。
2.2系统总体设计
2.2.1主控制器硬件结构
主控制器硬件电路结构如图2.1所示。
图2.1 主控制器硬件电路结构图
2.2.2分控制器硬件结构
分控制器硬件电路结构如图2.2所示。
图2.2 分控制器硬件结构图
2.2.3系统硬件设计图
系统硬件设计图如图2.3所示。
图2.3系统硬件设计图
2.3系统算法
红外光控系统可根据光线和教室是否有人调节开关。当光线暗（有人）时开灯，光线强关灯，下课休息的时候关灯。在确保室内正常照明的同时，节约用电，为此设计下面的逻辑功能表，如表2-1所示。
表2-1 红外光控系统的逻辑分析表
参考因素 光照强度 是否有人 是否上课 电灯状态
逻辑状态 强 有 是 关
强 有 否 关
强 无 是 关
强 无 否 关
弱 有 是 开
弱 有 否 关
弱 无 是 关
弱 无 否 开
若光照强度用S表示，光线弱时S=1，强时S=0；
是否有人用P表示，有人时P=1，无人时P=0；
是否上课用C表示，上课时C=1，下课时C=0；
电灯状态用D表示，灯亮D=1，灯灭D=0。
则表2-1可以转换成表2-2。
表2-2 红外光控系统的逻辑分析真值表
参考因素 光照强度S 是否有人P 是否上课C 电灯状态D
逻辑状态 0 1 1 0
0 1 0 0
0 0 1 0
0 0 0 0
1 1 1 1
1 1 0 0
1 0 1 0
1 0 0 1
由真值表可以得出表达式D=S·P·C。
第三章 系统硬件电路的设计
本设计以51单片机为核心外加多种接口电路组成，共有六个主要部分：AT89C51芯片、AT89C2051芯片、环境光采集电路、人体信号采集电路、时钟控制电路DS12887、控制电路、定时监视器电路。
3.1主控制机电路
主控制器采用美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机作为微处理器，AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。
主控制系统电路由数码显示及驱动电路、看门狗模块、键盘、晶振、通信接口电路等几部分组成。原理图如图3.1所示。
图3.1主控制系统电路原理图
3.1.1键盘接口设计
本系统使用的是4×4矩阵式键盘，如图5左上方，第三行为9、0、开、关，第四行为增值、减值、定时、确认。该键盘，每个按键开关采用逐行扫描的方法识别键码。矩阵键盘的列线从左到右分别与单片机四个接口相连，矩阵键盘的行线从上到下分别与另外四个接口相连。每当按下一个键时，对应的行线与列线就会连通，这样单片机就能检测出信号，并通过键盘扫描程序对键盘进行扫描，以识别被按键的行、列位置。如图3.2所示。
【摘要】
随着人们生活水平的不断提高，导致了用电负荷的加剧。本设计针对教室灯光的控制现状以及用电大量浪费的现象，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了有效的节能控制思路。该系统以AT89C51单片机为基础，采用热释红外传感器来检测教室里是否有人，用光敏电阻传感器感应光照强度的变化，按照学校规定的开灯条件，通过对人体信号和光线信号的识别和智能判断，完成对教室灯光的智能控制，从而避免教室用电的大量浪费。本设计成本低，实用性高，效果显著，设计人性化，通过推广，可以很大程度的节约能源。
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关键字:】AT89C51红外传感器光敏电阻节约
第一章 引言 1
第二章 系统硬件平台设计架构 2
2.1硬件设计 2
2.2系统总体设计 2
2.3系统算法 4
第三章 系统硬件电路的设计 5
3.1主控制机电路 5
3.2分控制器电路设计 7
3.3信号采集电路设计 8
第四章 系统软件平台设计框架 9
4.1数码显示驱动模块 9
4.2键盘扫描程序设计 10
4.3时钟程序设计 11
第五章 系统调试运行及问题分析 11
5.1单片机系统调试方法及步骤 11
5.2主要问题分析 12
第六章 结束语与展望 12
参考文献 14
致谢 14
附录A 系统原理图 15
附录B 子程序 17
第一章 引言
如今经济飞速发展，人类社会的进步越来越依赖于资源的开发与利用，为了可持续发展战略的实施，节约能源迫在眉睫。尤其现今越来越提倡绿色生活节约意识已经深入人心。但是，现在许多高校教室灯经常是整天开着，这是一种严重的资源浪费，不仅与与节约资源的理念相违背，也对高校的形象造成很坏的影响。所以为了合理利用资源，本文所设计的红外光控系统可以有效的节约能源。
目前对灯光的智能控制，国内外己经开始采用，但是对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统的人工管理。由于各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，导致学校的用电负荷不断加大。教室用电管理不善，造成用电的大量浪费，这种的浪费与当今崇尚的节约能源理念相违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术飞速发展，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向进军。例如居民楼道灯光的智能控制等等。所有这些使得教室灯光控制也应该朝着智能的方向发展。于是，开发简便、节约实用的灯光智能控制系统便具有重要的现实意义。
第二章 系统硬件平台设计架构
2.1硬件设计
本系统可有效实现教室灯光智能控制，主要硬件包括51单片机、热释电红外传感器、光敏电阻式传感器、显示器、通信方式、总线接口。
2.1.1微处理器AT89C51
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
2.1.2传感器
热释电红外传感器：热释电红外传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化。
光敏电阻式传感器：光敏电阻的阻值会随着光照强度的增加而减小，灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r值一致性好等特点，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，光敏电阻式传感器被广泛应用灯光自动开关控制领域。
2.1.3显示器
LED数码管动态显示，共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其他管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。
2.1.4通信方式
串行通信：串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。特点：数据在单条一位宽的传输线上，一比特接一比特地按顺序传送，节省传输线，减少成本。尤其是在远程通信时，此特点尤为重要。这也是串行通信的主要优点。
2.1.5 RS-485接口
RS-485接口：RS485有两线制和四线制两种接线，四线制是全双工通讯方式，两线制是半双工通讯方式。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。
2.2系统总体设计
2.2.1主控制器硬件结构
主控制器硬件电路结构如图2.1所示。
图2.1 主控制器硬件电路结构图
2.2.2分控制器硬件结构
分控制器硬件电路结构如图2.2所示。
图2.2 分控制器硬件结构图
2.2.3系统硬件设计图
系统硬件设计图如图2.3所示。
图2.3系统硬件设计图
2.3系统算法
红外光控系统可根据光线和教室是否有人调节开关。当光线暗（有人）时开灯，光线强关灯，下课休息的时候关灯。在确保室内正常照明的同时，节约用电，为此设计下面的逻辑功能表，如表2-1所示。
表2-1 红外光控系统的逻辑分析表
参考因素 光照强度 是否有人 是否上课 电灯状态
逻辑状态 强 有 是 关
强 有 否 关
强 无 是 关
强 无 否 关
弱 有 是 开
弱 有 否 关
弱 无 是 关
弱 无 否 开
若光照强度用S表示，光线弱时S=1，强时S=0；
是否有人用P表示，有人时P=1，无人时P=0；
是否上课用C表示，上课时C=1，下课时C=0；
电灯状态用D表示，灯亮D=1，灯灭D=0。
则表2-1可以转换成表2-2。
表2-2 红外光控系统的逻辑分析真值表
参考因素 光照强度S 是否有人P 是否上课C 电灯状态D
逻辑状态 0 1 1 0
0 1 0 0
0 0 1 0
0 0 0 0
1 1 1 1
1 1 0 0
1 0 1 0
1 0 0 1
由真值表可以得出表达式D=S·P·C。
第三章 系统硬件电路的设计
本设计以51单片机为核心外加多种接口电路组成，共有六个主要部分：AT89C51芯片、AT89C2051芯片、环境光采集电路、人体信号采集电路、时钟控制电路DS12887、控制电路、定时监视器电路。
3.1主控制机电路
主控制器采用美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机作为微处理器，AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。
主控制系统电路由数码显示及驱动电路、看门狗模块、键盘、晶振、通信接口电路等几部分组成。原理图如图3.1所示。
图3.1主控制系统电路原理图
3.1.1键盘接口设计
本系统使用的是4×4矩阵式键盘，如图5左上方，第三行为9、0、开、关，第四行为增值、减值、定时、确认。该键盘，每个按键开关采用逐行扫描的方法识别键码。矩阵键盘的列线从左到右分别与单片机四个接口相连，矩阵键盘的行线从上到下分别与另外四个接口相连。每当按下一个键时，对应的行线与列线就会连通，这样单片机就能检测出信号，并通过键盘扫描程序对键盘进行扫描，以识别被按键的行、列位置。如图3.2所示。
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