【正文】 發(fā)展。 所以說提高教室燈用電效率是高校節(jié)省電能首要考慮的問題，這個說法一點也不夸張。設計一款既可以讓高校減少電能開支又很是簡單可靠、實用節(jié)能的控制器也就變得意義重大了。 國內(nèi)外教室燈光控制器研究的現(xiàn)狀 眾所周知，煤炭、煤油和天然氣世界上各個國家和地區(qū)電能產(chǎn)生的所用材料的主要成分，丹麥在節(jié)約能源方面可以說是非常成功的一個國家。自 1974 年開始，盡雖然說丹麥的國民收入增加了 50%。但是丹麥所用到的能源總量卻是沒什么變化的，雖然丹麥因為在能源消費和國民收 入的比例最少成為所有經(jīng)合組織成員是最小的國家。但是他們?nèi)匀辉诓粩嗟匮芯亢吞峁┮幌盗泄?jié)省能源的熱能供應系統(tǒng)。比方說丹麥的熱 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 2 頁 共 43 頁 電周供熱電廠。令人稱贊的是，他們會盡最大的力量來發(fā)揮資源的利用率。他們成功的達到了能源利用總體效率 90%的水平。與此同時，丹麥的政府部門在住房廠房的節(jié)能裝置安裝方面是很重視的。從有關的數(shù)據(jù)來看，可以發(fā)現(xiàn)住戶住進有節(jié)能裝置的房子里面時，他們要比住到?jīng)]得節(jié)能裝置的房子里多支付 8%的使用費。丹麥的節(jié)省能源的經(jīng)驗得到了世界各國的認可和借鑒。飛利浦照明公司認為用陶瓷金鹵燈替換以前的的鹵鎢燈，電能消耗 可以減少 60%左右。各種各樣的節(jié)能研究和節(jié)能設備的問世都在說明一個問題，那就是世界上的各國都在使用多種多樣的手段來節(jié)儉能源，減少電能消耗。 我們國家進入經(jīng)濟騰飛的時代的時間也不短了，在不斷的持續(xù)高速發(fā)展情態(tài)下我國的各種能源缺乏問題也變得越來越嚴重。固然是我國各種能源總體儲存量也是不少的，但問題是我國 13 億多的人口，人多能源少。同時我國的能源利用率不是很高，其結(jié)果是我國的單位產(chǎn)值要比發(fā)達國家多用到 2～ 9 倍的資源。要使我國的國民經(jīng)濟得到持續(xù)健康的發(fā)展，就必須解決好能源這個制約經(jīng)濟發(fā)展的主要問題。同時我國政府從長 遠角度出發(fā)正在全力建設資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會，解決好能源問題是我國建設資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會，實現(xiàn)國家可持續(xù)健康發(fā)展布局中的一個關鍵戰(zhàn)略。從其他方面來說，能源問題不僅僅和社會經(jīng)濟發(fā)展以及環(huán)境生態(tài)保護有密切關系，在一些特定情況之下，它對社會穩(wěn)定性的影響也是不容忽視的。為了凸顯能源問題的重要之處，我國在綠色照明工程消息發(fā)布，綠色照明工程在將來的五年時間里面，會在公共場所、 大小型賓館、百貨商廈、住戶住宅區(qū)等建筑物中安裝使用 億只節(jié)能燈，爭取完成節(jié)省量 290 億度的目標。為了普及節(jié)能燈，大批量購買節(jié)能燈將可 以得地到方政府每個節(jié)能燈 3 至 4元補助。從一般傳統(tǒng)的白熾燈到效率高的節(jié)能燈，說明我國電器商品組成正在慢慢地轉(zhuǎn)型，努力變得更加節(jié)能。當前，我們國家生產(chǎn)的總用電量的 12%適用于社會照明的，如果把傳統(tǒng)的效率低的照明燈換成高效率的照明產(chǎn)品可以節(jié)省 60%80%的電能?，F(xiàn)如今，首都正在全力推進綠色照明工程，根據(jù)估算結(jié)果北京每年可以減少的電能消耗高達 3400 萬千瓦左右，節(jié)省下來的電能花費為 2500 萬元。在學校、醫(yī)院等場所已經(jīng)安裝了由政府提供的將近二十四萬只節(jié)能燈。全國各個地方都在不同程度的研究和更換使用節(jié)省電能的照明設 備。 國內(nèi)外教室燈光控制器研究的存在的問題 當前我國國內(nèi)的各種類型的不同層次的小學、中學、?？埔约按髮W都在無休止的擴大招生規(guī)劃，為了滿足教學的要求，各類院校都在不斷擴建教室，使得教室里面安 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 3 頁 共 43 頁 裝使用的燈具量大幅度增加，導致各個高校的電能供應負擔過重，教室燈管理也不夠完善，同時因為有些同學的自愿節(jié)能意識不是很強，無論光線是否足夠強都把燈打開，上課結(jié)束所有人都離開教室后燈還亮著的現(xiàn)象也是很普遍的；而且節(jié)能計劃也不是很到位，教室的燈光控制大部分都由教室管理人員手工來開關的。但各個高校都有非常多的教室，很多時 候管理人員根本無法面面俱到 ,這樣勢必就會造成不必要的電能浪費和金錢損失。根據(jù)于以上的種種原因，封閉的課堂燈智能控制系統(tǒng)的設計已經(jīng)成為學校不斷提高課堂效率和電力節(jié)能能力必不可少的措施。 本課題研究的目標 教室燈光智能控制器系統(tǒng)以 STC89C52 為主要芯片，通過人體感應電路中的CS9803 來感測是不是有人存在，通過光敏電阻感測教室里面的光線亮度是不是足夠的，經(jīng)單片機 STC89C52 進行判定，以確定教室內(nèi)是否有人存在，再根據(jù)教室內(nèi)的光線強度開啟燈光， 這樣一來 教室照明智能控制就能得到很好的實現(xiàn)了 。做到人 在燈在，人走燈關。而且所研發(fā)設計的教室燈光控制系統(tǒng)也適合已經(jīng)存在的教室燈控制系統(tǒng)的革新，完成了自動和手動燈光管理兼容并存的目標，通過一次又一次的試驗和改進工作，使得照明系統(tǒng)的智能化管理成為了現(xiàn)實可能，大大的使能源利用率提高了數(shù)倍，與此同時能源的費用支出也大大的減少了，它將可靠性、實用性較好集成。本系統(tǒng)應用方便，適用范圍廣，不需要雇用專門的人員進行照明系統(tǒng)的管理控制，很大程度上減少了人員管理費用支出。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 4 頁 共 43 頁 本章小結(jié) 這次設計的系統(tǒng)是以 STC89C52 為主控芯片，通過 CS9803 芯 片感測是不是有人存在，通過光敏電阻感測教室里面的光線是不是足夠強，經(jīng) STC89C52 芯片進行判定，以確定教室內(nèi)是否有人存在，再根據(jù)教室內(nèi)的光線強度來舉決定是否開啟燈光。同時機械操作模塊，它是用來解決一個自動控制系統(tǒng)不能做到的問題。使得整個設計更加人性化。本次的設計是由主要兩大部份構成的，一個是硬件另一個是軟件。硬件部分是必備條件，是實現(xiàn)全部功能的基礎，它的主要任務就是給軟件運行供應平臺。而軟件部份，將硬件端口讀入輸出的信號收集起來，然后進一步的剖析處置，最后完成控制器所要完成的各項功用，達到本次的研究目標。 本課題共四章，具體結(jié)構如下： 第一章是緒論部分，簡單介紹本畢業(yè)設計研究的目的、目前狀況、存在問題、主體 內(nèi)容以及系統(tǒng)的整體設計框架。 第二章主要是教室燈光智能控制器系統(tǒng)的簡要介紹和總體設計思路的分析 第三章主要是教室燈光智能控制器系統(tǒng)的硬件設計部分 第四章主要是教室燈光智能控制器系統(tǒng)的軟件設計部分 第五章主要是 實物制作及測試結(jié)果 。 從課題設計的全文結(jié)構上來看，第二章主要介紹了教室燈光智能控制器系統(tǒng)的總體設計方案，為后面的設計研究打好了基礎；第三，四章為本課題的主要設計部分，最能體現(xiàn)設計的結(jié)果，通過電氣仿真運行 對教室燈光智能控制器系的各個硬件模塊的功能進行驗證；第五章對本課題設計的實物進行硬件測試和調(diào)試。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 5 頁 共 43 頁 2 教室燈光智能控制器系統(tǒng)的簡要介紹和總體設計思路的分析 教室燈光智能控制器系統(tǒng)的簡要介紹 教室燈光控制器能夠方便的完成對教室照明系統(tǒng)的管控。它的輸入技術指標主要有人體自身固有的信號以及自然界光線信號等一些外界條件，外部的光線強度強到一定數(shù)值的時候不打開燈 ,外部光強度低于規(guī)定開燈的數(shù)值同時有人在教室里面的時候把燈打開，理論和實驗證明，這樣的課堂燈智能控制可以實現(xiàn)這些目標。教室照明控制器通常避免直接 安裝在教室燈可以直接找到的地方，且人體傳感器安設的時后應該讓人體運動的方向和人體傳感器里面的兩個熱釋電元的連線方向呈 90176。角，這樣的安裝方法可以讓人體存在的信號更加靈敏、全面的被采集到，與此同時還需要注意盡最大努力不讓人體傳感向器受到教室外面風的干擾。 教室燈光智能控制器系統(tǒng)的設計總體要求 本課題所研究設計的教室燈光智能控制器是以 STC89C52單片機為主要的控芯片，實現(xiàn)整體的控制功能。通過熱釋電紅外傳感器感應來判定是不是有人的存在，通過光敏電阻感應來判定教室內(nèi)的光線強度是不是足夠強， 然后再通過單 片機進行相關的判斷， 這樣就能夠判別出教室里面是否有人的存在，根據(jù)光線強度來決定要不要打開燈，如此就能便利的對教室里面的燈光進行智能式的管控。 下面是較為全面詳細的總體要求及功能的介紹。 當光敏電阻感應到的光線強度足夠強的時候，不管教室里面有人還是沒有人，教室燈光的控制器系統(tǒng)都不會把燈打開。 當光敏電阻感應到的光線強度不夠強的時候，系統(tǒng)首先會進行相關的判定把燈打開，隨后就會進入 10s 的等待時間， 如果有人移動， 又會重新的進入 10s 的等待時間，循環(huán)往復的進行下去。若 10s 的等待時間里面沒有人員的移動，就會馬 上進入30s 的倒計時階段，如果在倒計時結(jié)束前一直都沒有人員移動，教室內(nèi)打開的燈光就會自動的關閉；相反如果 30s 的倒計時階段內(nèi)有人員的移動，又會重新的進入 30s 的倒計時階段，循環(huán)往復的進行下去。 教室燈光智能控制器系統(tǒng)也設計了一個可以進行手動控制的控制開關，使用教室的人們可以方便對教室燈光智能控制器進行人工設定，可以讓教室內(nèi)的燈光一直亮著或者是一直處于滅了的狀態(tài)。這樣做可以有效的避免一些特殊情況下發(fā)生的差 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 6 頁 共 43 頁 錯，也是教室燈光智能控制器系統(tǒng)人性化的重要體現(xiàn)。 教室燈光教室燈光智能控制器系統(tǒng)的設計總體分 析 控制器系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖 本課題研究設計的教室燈光智能控制器系統(tǒng)主要由下面的幾個部分組： STC89C52主控芯片、供電的電源模塊、進行手動控制的模塊、熱釋電紅外傳感器模塊、燈光驅(qū)動模塊、數(shù)碼管顯示模塊、光敏電阻模塊。下面是教室燈光智能控制器系統(tǒng)組成框圖如圖 所示。 STC 89 C 52主控芯片模塊電源模塊燈光驅(qū)動模塊數(shù)碼管顯示模塊手動控制模塊熱釋電紅外傳感器模塊光敏電阻模塊 圖 系統(tǒng)結(jié)構圖 教室燈光智能控制器系統(tǒng)的各個模塊功能說明 下面是各模塊的主要功能作用的說明： 電源模塊：該模塊可 將 220v 不恒定的交流電壓 經(jīng)過變壓器 、 全波 整流、濾波、電壓穩(wěn)定性 處理就會輸出需要的 5V 恒定的直流電壓 ，從而滿足教室燈光智能控制器系統(tǒng)所需要用到的 STC89C52 單片機、傳感器以及其他元器件的電源供電要求 。 進行手動控制的控制模塊：能夠讓教室的使用人員對教室燈光進行手動控制，可直接控制教室的燈光一直處于亮的情況或一直是關著的狀態(tài)，這是為了滿足一些特殊情況下的用電要求進行的設計。 熱釋電紅外傳感器模塊：教室燈光智能控制器系統(tǒng)需要用熱釋電紅外傳感器來感應教室里面有沒有人的存在，然后將判斷的結(jié)果傳送給 STC89C52 主控單片機進行處理，按有 人存在的情況和沒有人在的兩種情況來選擇不同的燈光控制程序。這樣就可以做到根據(jù)有人在和沒有人在兩種情況達到不同的燈光控制要求。 燈光驅(qū)動模塊：該模塊的主要部分可以說是光電耦合器，通過光電耦合器進 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 7 頁 共 43 頁 行“電 — 光 — 電”的轉(zhuǎn)換，來達到對燈光的安全控制功能。 數(shù)碼管顯示模塊：通過數(shù)碼管顯示模塊顯示教室內(nèi)的實時光線強度值、判斷無人時的 10ｓ倒計時和判斷無人時的 30ｓ倒計時。 光敏電阻模塊： 光敏電阻收集到信號以后傳遞給單片機 , A/D（ TLC549 芯片）把對光線強度信號的轉(zhuǎn)換好的結(jié)果傳遞給 主控單片機，這樣就 能 對教 室內(nèi)的光線強度進行監(jiān) 視 ，然后做到隨時根據(jù)光線的強度情況進行不同的燈光控制操作，做到合理有效、節(jié)能方便地管理教室燈光智能控制器。 本章小結(jié) 本章一開始簡單的介紹了教室燈光智能控制器系統(tǒng)，能夠?qū)υ撓到y(tǒng)有個大體印象。然后講解了教室燈光智能控制器系統(tǒng)設計的主要的具體要求，和它的各個模塊要實現(xiàn)的功能。 同時 并給出了 本次設計總 的硬件電路圖。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 8 頁 共 43 頁 3 教室燈光智能控制器系統(tǒng)的硬件設計部分 單片機的基礎知識 控制芯片 STC89C52 的 說明 及其最小系統(tǒng) STC89C52 是一種低功耗、高性能 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器，為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52 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位為止 [1]。 最小系統(tǒng)如圖 所示。 圖 單片機 最小系統(tǒng)圖 (1) STC89C52 的 40 號引腳被連接到 +5V的正 電源 端 口上 ， STC89C52 的 20號引腳被連接到 +5V 的負 電源 端 口上 。 (2) 1 19 引腳是用來接入芯片外面的振蕩電路的 ， 給 STC89C52 提供一個起振控制信號。 (3) RST（ 9）腳要外接復位電路。 (4) 如果使用的是內(nèi)部程序存儲器， EA（ 31）腳需要接 在 +5V上面。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 9 頁 共 43 頁 芯片 的具體 管腳分布 和 管腳 功能如圖 所示 123456