【正文】 光的智能控制，但是對教室燈光的控制 ，尤其是我國，教室燈光的智能控制更為缺乏和不完善，仍然是傳統(tǒng)式的人工管理。由此可見，教室燈光控制也應(yīng)該 向 著智能化的方向發(fā)展。 在國內(nèi)各大院校中，由于同學(xué)們的節(jié)能意識薄弱，在光線足夠強時仍然開燈，下課后離開教室燈還亮著的現(xiàn)象普遍存在。并且，節(jié)能規(guī)劃極為缺乏，教室的燈光控制由管理人員手工執(zhí)行。由于教室極多，管理人員不能及時關(guān)閉電源 ,就造成不必要的電能浪費 2 和經(jīng)濟損失?；谝陨显?，提高教室用電效率就成為學(xué)校節(jié)能的重要措施之一。由此，教室節(jié)能燈光自動控制系統(tǒng)的研發(fā)便成為一項重要課題。因此，開發(fā)簡便和實用的教室燈光自 動控制系統(tǒng)便具有重大的現(xiàn)實意義 [1]。 本課題的研究內(nèi)容有如下幾點： (1) 使用自動或者手動控制燈光技術(shù)的方法； (2) 燈光控制器的電源問題，了解教室照明光強的標(biāo)準(zhǔn) 。 (3) 教室燈光照明需求，環(huán)境光強弱與開、關(guān)燈的關(guān)系； (4) 控制器參數(shù)值設(shè)定，要求及方案； (5) 學(xué)習(xí)人體傳感器的有關(guān)參數(shù)； (6) 人體存在探測技術(shù)，了解探測范圍 與 角度； (7) 傳感器在教室分布與安放問題，是一燈一傳感器 還是 多燈公用傳感器； (8) 與現(xiàn)有教室照明互相兼容，容易替代，不易被偷盜、仿制 ，易于維護和維修的控制技術(shù)； (9) 報警等附加功能。 本課題擬通過試驗研究教室燈光的控制方案解決如下關(guān)鍵問題： (1) 人體傳感器 的 參數(shù)輸入 與 采集問題： (2) 環(huán)境光采集 與 參數(shù) 的 輸入問題 (3) 教室燈 與 傳感器合理安裝的問題； (4) 開、關(guān)燈的自動與手動相兼容措施； (5) 照明回路控制回路和控制器本身 存在 的節(jié)能問題； 設(shè)計 的教室燈光控制系統(tǒng)能夠?qū)ΜF(xiàn)有 的 教室照明系統(tǒng)進行改造， 以 實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的智能化 及 人性化管理，提高用電效率；實現(xiàn)自動 和 手動燈光控制相 互 兼容，降低成本；通過反復(fù)試驗和研 究，最 后 達到可靠性大、實用性強、推廣性較好的目標(biāo)。 3 1 燈光控制器簡介及控制方案的分析 燈光控制器簡介 教室燈光控制器可實現(xiàn)教室燈光智能化控制。其主要輸入?yún)?shù)是人體存在信號和環(huán)境光信號等外界因素，環(huán)境光的強度達到一定值時燈關(guān)閉 ,環(huán)境光強度在一定閥值以下并且有人存在時燈開啟，理論和實驗證明用這種方法來對教室燈光進行智能控制能夠?qū)崿F(xiàn)上述目標(biāo)。 教室燈光控制器應(yīng)安裝在教室內(nèi)電燈直射不到的位置，且人體傳感器安置時要使人體活動方向與人體傳感器中熱釋電元連線方向垂直，如此可使人體存在信號采集更加靈敏、可 靠，同時還應(yīng)該盡可能的避免外界風(fēng)直接吹向人體傳感器。 系統(tǒng)控制方案的分析 所設(shè)計的控制器以環(huán)境光強度和人體存在 當(dāng)作 控制器主要 的 輸入?yún)?shù)?？梢詫崿F(xiàn) 手動與 自 動控制相互兼容。在環(huán)境光較弱時，有人存在 ， 且超過一定時間，控制器 會 自動打開電燈， 等 到人離開后再延時一定時間后燈 關(guān)閉； 在環(huán)境光線足夠強時，無論人是否存在，都不開燈 。 同時，還要按 照 作息時間控制，若夜晚超過 12點，還有人存在， 那么自動控制器 關(guān)閉 ，改用機械開關(guān) 或 遙控器來手動控制，以解決特殊情況下， 非 人性化 的自動控制器的運行 問題 。 本文所 設(shè)計 的教室燈光控制器 主要是由硬件 與 軟件兩大部分構(gòu)成。硬件部分是 基礎(chǔ) ,是整個系統(tǒng)執(zhí)行的 前提 ,它主要為軟件提供程序運行的平臺。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，加以采集、分析、處理，最終實現(xiàn)控制器所要實現(xiàn)的各項功能，達到控制器自動與手動相結(jié)合的教室燈光智能控制。 硬件方案論證 對于燈光智能控制系統(tǒng)來說，硬件系統(tǒng)是它的最基本的框架，是系統(tǒng)的所有功能的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的設(shè)計成功與否很大程度上是由硬件系統(tǒng)的設(shè)計決定的，硬件的選擇和所選硬件的性能對于系統(tǒng)的功能實現(xiàn)以及系統(tǒng)的精確度都有直接的影響。本系統(tǒng)硬件方案論證包括燈光控制系 統(tǒng)的傳感器、單片機、通信方式、總線接口和顯示電路的選擇。 微處理器的選擇 方案一： 4 8031芯片內(nèi)部無 ROM，需要外擴程序存儲器 ， 因此造成電路焊接的困難，況且使用8031還需要另外購買其他的芯片，如 A/D轉(zhuǎn)換及定時 /計數(shù)器（ PWM）等芯片，這樣造成成本較高，性價比較低。 方案二： ATMEL公司 MCS51系列單片機中的 AT89S52芯片，它是低壓高性能 CMOS 8位微處理器，帶有 4k字節(jié)可反復(fù)擦寫的 Flash只讀程序存儲器， 128字節(jié)內(nèi)部隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32個 I／ O口線，兩個 16位定時／計數(shù)器， 一 個 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)及一個全雙工串行通信口。根據(jù)本設(shè)計的要求， AT89S52芯片完全能夠滿足燈光自動控制系統(tǒng)所需要的處理器條件。故本設(shè)計采用 AT89S52芯片。 傳感器的選擇 根據(jù)本設(shè)計的要求，該控制系統(tǒng)需要兩種傳感器：一種是人體信號采集傳感器，另一種是光線信號強度采集傳感器。用于人體信號采集的傳感器和光線信號強度采集的傳感器有很多，這里根據(jù)設(shè)計的要求采用了下列傳感器： （ 1）熱釋電紅外傳感器 熱釋電紅外傳感器 是一種采用熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器，它是上世紀(jì) 80年代末期 出現(xiàn)的一種新型傳感器件，現(xiàn)在已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。熱釋電紅外傳感器由敏感單元、阻抗變換器及濾光窗等部分組成。 （ 2） 光敏電阻 光敏電阻能夠感應(yīng)光照強度的變化，自己電阻阻值隨著光強度的增加而減小，從而通過電阻上的電壓變化來反應(yīng)光照強度的變化。傳感器輸出變化的電壓信號給控制器，控制器根據(jù)接收到的信號的變化來確定下一步將要執(zhí)行的動作。光敏電阻是一種常用光電元件 ,它可以十分準(zhǔn)確的反應(yīng)出光照的變化，應(yīng)用電路也十分的簡單、實用。 5 2 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計 考慮到影響本系統(tǒng)的環(huán)境因素有很多，而且教室控制設(shè)備中的人 體存在傳感器等設(shè)備經(jīng)常會隨環(huán)境情形變化而變化，所以在設(shè)計過程中，要充分考慮到線路布置、電子元器件的選用和設(shè)備安放的抗干擾問題。 控制模塊的硬件構(gòu)成 以單片機主控模塊 作為 系統(tǒng)控制單元 的 核心，其它外圍電路主要包括：系統(tǒng)供電模塊、環(huán)境光模塊、人體存在熱釋電傳感器模塊、看門狗模塊、按鍵及超時報警模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 。 圖 結(jié)構(gòu)框框圖 控制系統(tǒng)的主要硬 件電路 AT89S52單片機 功能特性描述 AT89S52是一種高性能 、 低功耗 的 CMOS8位微控制器，有 8K在系統(tǒng)可編程 Flash存光敏電阻 AD模塊 電源模塊 人體熱釋電傳感器模塊 51系統(tǒng)模塊 按鍵模塊 LED強弱調(diào)節(jié)顯示 看門狗模塊 超時報警模塊 6 儲器。片上 Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。使用 Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有在系統(tǒng)可編程 Flash和 靈巧的 8位 CPU，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM，32位 I/O口線，看門狗定時器， 2個數(shù)據(jù)指針，三個 16位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89S52可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 VCC： 電源 GND： 地 P3口： P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， p2輸出緩沖器能驅(qū)動 4個 TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被 外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。對 P3端口寫 “ 1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 P2口： P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2輸出緩沖器能驅(qū)動 4個 TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。對 P2端口寫 “ 1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 P1口： P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， p1輸出緩沖器能驅(qū)動 4個 TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻 的原因，將輸出電流（ IIL） 。 對 P1端口寫 “ 1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 P0口 ： P0口是一個 8位漏極開路的雙向 I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL邏輯電平。對 P0端口寫 “ 1” 時，引腳用作高阻抗輸入。在 flash編程時， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。 RST： 復(fù)位輸入。 當(dāng) 晶振工作時， RST腳持續(xù) 2個機器周期高電平 會 使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后， RST腳輸出 96個晶振周期的高電平。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8位地址的輸出脈沖。在 flash編程時，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。 在一般情況下， ALE輸出脈沖 為 晶振六分之一的固定頻率，可用來作為時鐘 或 外部 7 定時器使用。 PSEN： 外部程序存儲器選通信號（ PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng) AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN將不被激活 。 EA/VPP： 訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H到 FFFFH的外部程序存儲器讀取指令， EA必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA應(yīng)該接 VCC。 XTAL1： 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 WDT（ 看門狗定時器 ） 是一種需要軟件控制的復(fù)位方式。 WDT由 13位計數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時器復(fù)位存儲器（ WDTRST）構(gòu)成。 WDT在默認(rèn)情況下無法工作； 為了激活 WDT，用戶必須向 WDTRST寄存器（地址為 0A6H的 SFR）寫入 0E1H和 0E1H。當(dāng) WDT激活后，用戶必須向 WDTRST寫入 01EH和 0E1H喂狗來 防止 WDT溢出。當(dāng)計數(shù)達到 8191(1FFFH)時， 13位計數(shù)器將會溢出，這將會復(fù)位器件。晶振正常工作、WDT激活后，每一個機器周期 WDT都會增加。為了復(fù)位 WDT，用戶必須向 WDTRST寫入 01EH和 0E1H（ WDTRST是只讀寄存器）。 WDT計數(shù)器不能讀或?qū)?。?dāng) WDT計數(shù)器溢出時，將給 RST引腳產(chǎn)生一個復(fù)位脈沖輸出，這個復(fù)位脈沖持續(xù) 96個晶振周（ TOSC），其中 TOSC=1/FOSC。為了很好地使用 WDT，以避免 WDT復(fù)位 ， 應(yīng) 該在一定時間內(nèi)周期性寫入那部分代碼。 在掉電模式下，晶振會停止工作，這說明 WDT也停止了運行。在這種方式下，用戶不必喂狗。離開掉電模式有兩種方式：一是硬件復(fù)位，二是通過一個激活的外部中斷。由硬件復(fù)位方式退出掉電模式后，用戶就應(yīng)當(dāng)給 WDT喂狗，就如同通常 AT89S52復(fù)位一樣。由中斷退出掉電模式的情形與硬件復(fù)位有很大的不同，中斷應(yīng)該持續(xù)拉低非常長一段時間，使得晶振工作穩(wěn)定。在中斷拉高以后，將執(zhí)行中斷服務(wù)程序。為了防止在中斷保持低電平的時候 WDT復(fù)位器件， WDT在中斷拉低后才開始工作。這就說明 WDT應(yīng)該在中斷服 務(wù)程序中復(fù)位。 在進入待機模式之前，特殊寄存器 AUXR的 WDIDLE位用來決定 WDT是否繼續(xù)計數(shù)。在默認(rèn)狀態(tài)下，待機模式，當(dāng) WDIDLE＝ 0， WDT繼續(xù)計數(shù)。為了防止 WDT在待機模式下復(fù)位 AT89S52，用戶應(yīng)創(chuàng)建一個定時器，定時離開待機模式，喂狗后，再重新進入待機模式。為了確保在離開掉電模式最初的幾個狀態(tài)時， WDT不被溢出，在進入掉電模式前，最好就復(fù)位 WDT。 8 如圖 為 AT89S52單片機有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器， XTAL1和 XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端。陶瓷諧振器 與 石英晶體都 可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器 。若 外部時鐘源驅(qū)動器件的話，從 XTAL1接入，而 XTAL2可以不接，如圖 所示。由于外部時鐘信號經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時鐘電路輸入的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有其它要求，最少高電平持續(xù)時間 與 最長低電平持續(xù)時間等還是要符合要求的。 圖 內(nèi)部振蕩電路連接圖 圖 外部振蕩電路連接圖 在掉電模式下，晶振停止工作，激活掉電模式的指令是最后一條執(zhí)行指令。片上 RAM和特殊功能寄存器保持原值，直到掉電模式終止。掉電模式可以通過硬件復(fù)位和外部中斷退出。復(fù)位重新定義了 SFR的值，但不改變片上 RAM的值。在 VCC未恢復(fù)到正常工作 9 電壓時，硬件復(fù)位不能無效，并且應(yīng)保持足夠長的時間以使晶振