【正文】 8 個(gè) SCLK 周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。在數(shù)據(jù)讀 /寫完后， RST 端應(yīng)置成低電平，以防止外部干擾對 DS1302 內(nèi)部時(shí)鐘的影響。本系統(tǒng)邏輯定義為：環(huán)境光亮?xí)r為邏輯“ 0(符合光采集電路輸出信號狀態(tài) )，暗時(shí)為“ 1，人體存在為“ 1，人體不存 在為“ 0，開燈為“ 1”，關(guān)燈為“ 0，那么環(huán)境光與人體存在可以用以下的邏輯關(guān)系表來表示，如表所示 ： 表 環(huán)境光與人體存在邏輯關(guān)系 環(huán)境光參數(shù) 人體存在參數(shù) 教室燈狀態(tài) 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 上表數(shù)據(jù)表明可將環(huán)境光參數(shù)與人體存在參數(shù)進(jìn)行與操作，又由于繼電器是低電平驅(qū)動，所以要將采集處理后的信號進(jìn)行非操作，才可以驅(qū)動繼電器工作，即可得到教室燈的狀態(tài)。由于紅外穿透力差，因此人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；易受射頻輻射的干擾；當(dāng)環(huán)境溫度和人 體溫度接近時(shí)，探測和靈敏度就會明顯下降，甚至造成短時(shí)失靈。該定時(shí)中斷處理程序框圖如圖 41 所示： 圖 41 定時(shí)中斷處理程序框圖 本系統(tǒng) 還采用了外部中斷，此外部中斷主要用來判斷是否有外來信號輸入，若有，就采集下來并加以處理；若無，則返回到主循環(huán)。 定時(shí)中斷處理設(shè)計(jì) 定時(shí)中斷是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器定時(shí)，時(shí)間到或計(jì)數(shù)值已滿引起的中 斷，內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)器可以對內(nèi)部時(shí)鐘或從外部引線 T0 和 T1 輸入的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 各接口芯片的檢測主要檢測各芯片是否已處于準(zhǔn)備工作的就緒狀態(tài)，有無硬件故障等，如檢測各位 LED 是否正常顯示系統(tǒng)設(shè)置開機(jī)時(shí)的界面，檢測硬件時(shí)鐘 DS1302 是處于更換芯片后初次使用為起振狀態(tài)，還是處于備用電源供電振蕩保持狀態(tài)，即檢測系統(tǒng)中控制時(shí)間表的有效性，檢測熱釋紅外傳感器輸出信號是否正常體現(xiàn)人體存在的信息，檢測光采集電路輸出的 信號等。 本系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊主要包括對系統(tǒng)外圍器件輸入、輸出參數(shù)的初始化自檢，看門狗的激活，多任務(wù)操作模塊的調(diào)用 (系統(tǒng)中的信號采集處理、時(shí)鐘管理、按鍵接收處理、驅(qū)動顯示模塊 )，實(shí)時(shí)中斷處理等。在應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)中，盡可能各個(gè)功能模塊寫成子程序的形式，并通過主程序調(diào)用。同時(shí)在編程的過程中又用本控制系統(tǒng)軟件模塊主要包括：系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、時(shí)鐘模塊、顯示驅(qū)動模塊及系統(tǒng)鍵功能和存儲模塊。 用戶軟件的開發(fā)與系統(tǒng)硬件有著密切的關(guān)系。單片機(jī)檢測 4 個(gè)端口電平的變化，從而確定是哪個(gè)鍵被按下。 圖 3. 2. 8所示遙控器外形圖 按鍵控制電路如圖 210 所示。 3. 2. 9 遙控鍵盤 管理模塊電路 紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種遙控手段?？撮T狗能在電源上電、掉電期間產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號。 WD1=1， WD0=1，禁 止看門狗工作。其中 WD l , WDO 和看門狗電路有關(guān)，其余位和 EEPROVI 的工作設(shè)置有關(guān)。由于系統(tǒng)需要看門狗和EEPROM，所以本硬件設(shè)計(jì)中使用了美國 Xicoi公司生產(chǎn)的芯片 X5045。若 端口為高電平，即基極為高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器不工作，教室燈工作正常。繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸 收反向電動勢的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動三極管，這種繼電器驅(qū)動方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡單。 繼電器驅(qū)動電路 繼電器驅(qū)動接口電路如圖 28 所示，這里繼電器由相應(yīng)的 PNP 型號的 9012 三極管來驅(qū)動。如果斷電時(shí)間較短 (幾小時(shí)或幾天 )時(shí)，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。再一類為突發(fā)方式下的 RAM 寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所有的 RAM 的31 個(gè)字節(jié)。最低位 LSB (DO)為邏輯 0，指定寫操作 (輸入 )， DO=1，指定讀操作 (輸出 )。只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將 RST 置為高電平。 RST輸入有兩種功能 :首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次，RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。 RST 是復(fù)位 /片選線，通過把 RST 輸入驅(qū) 動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送，與單片機(jī)的復(fù)位信號相連。 Vcc1 外接系統(tǒng)供電模塊的輸出穩(wěn)定電壓 +5V，為 DS1302的主電源。它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 . 5V， DS1302 是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源、后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 傳統(tǒng)的時(shí)鐘芯片，如 MC146818, MC68H68T, LM8365 等，這些芯片的引腳太多，體積大，占用的口線多。即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人 體在其感應(yīng)范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時(shí) 8 秒到 15 秒后將高電平變?yōu)榈碗娖剑? （ 3）人體傳感器工作電壓寬為 DC3VDC24V； （ 4）人體傳感器制作成錐面形狀，感應(yīng)范圍大，小于 140 度錐角，感應(yīng)距離為 7 米以內(nèi)； （ 5） 其靜態(tài) 電流小于 50 微安，功耗低； (6)工作溫度介于 15 度和 +70 之間，適應(yīng)性強(qiáng)； (7)靈敏度高，可靠性強(qiáng)。 人體傳感器透鏡的信號采集敏感區(qū)示意圖如圖 如圖 有人進(jìn)入時(shí)，移動人體發(fā)出的紅外線被紅外傳感器接收，則人體存在被感應(yīng)，并輸出高電平。 2)為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面覆蓋有特殊的菲泥爾濾光 片，使環(huán)境的干擾受到明顯 的抑制作用。 人體存在傳感器的熱釋電紅外探頭的工作原理及特性如下： 人體都有恒定的體溫，一般在 37 度，所以會發(fā)出特 定波長 10uM 左右的紅外線，被動式紅外探頭就靠探測人體發(fā)射的 10uM 左右的紅外線而進(jìn)行工作的。根據(jù)工作原理，紅外傳感器分為熱型和量子型兩類，熱型紅外傳感器也稱熱釋電紅外傳感器或被動紅外傳感器與量型相比，響應(yīng)的紅外線波長范圍較寬，價(jià)格便宜，并可在常溫下工作。當(dāng)自然光強(qiáng)大于一定程度時(shí)，光敏三極管 D6 呈現(xiàn)底阻狀態(tài)1?? ，三極管 Q12 的基極電壓升高， Q12 管飽和導(dǎo)通，集電極輸出低電平。在無光照時(shí)三極管的穿透電流很小，為暗電流 cboceo ???? )1( ? 。常見的環(huán)境光采集器件光電傳感器有光敏二極管和光敏三極管，根據(jù)需求，選用靈敏度較高的光敏三極管。其供電原理圖如圖 圖 供電原理圖 硬件時(shí)鐘模塊中，為了在斷電后硬件時(shí)鐘能夠正常運(yùn)行，故采用主從雙電源供電方式。使用方便、快捷，且工作顯示信號清晰。 AT89C52 芯片支持在線編程 (ISP)功能，用戶可以通過 AT89C52 在線編程接口直接對電路板上的 CPU進(jìn)行在線編程，方便了程序的修改燒寫工 作。 (2) 1 19 腳分別與 20 腳間有 ― 89552引腳 外圍器件引腳 說明 ULN2803 數(shù)碼管段碼驅(qū)動接口 NPN9012基極 數(shù)碼管位控驅(qū)動接口 X5045SI X5045串行輸入端 X5045SCK X5045串行時(shí)鐘端 X5045CS X5045片選端 X5045S0 X5045串行輸出端 系統(tǒng)工作燈顯示端口 DS1302CLK DS1302時(shí)鐘線 DS1302I0 DS1302數(shù)據(jù)線 DS1302RST DS1302復(fù)位線 工 SP在線編程端 數(shù)據(jù)采集輸入端 遙控器接收信號端 人體存在傳感器輸出信號端 超時(shí)報(bào)警信號輸入端 燈光驅(qū)動輸入端 光敏三極管輸入信號端 (3) 9（ RST）腳與 GND 間電壓基本為 0 。片內(nèi)有 128 字節(jié)的 RAM ， 4KB 的 EEPROM，由于合理的安排使用片內(nèi) RAM 空間，所以沒有擴(kuò)展的片外 RAM，使電路結(jié)構(gòu)簡捷。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(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動與手動相結(jié)合的教室照明智能控制。在自然環(huán)境光較強(qiáng)光線足夠時(shí)，無論人是否存在，都不開燈；在自然環(huán)境光較弱時(shí)，有人存在且超過一定時(shí)間，控制器自動打開電燈，直到人離開后再延時(shí)一定時(shí)間后關(guān)燈。其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號和環(huán)境光信號等的外界因素，環(huán)境光的強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)不開燈，環(huán)境光強(qiáng)度在一定閥值以下且有人存在時(shí)開燈，理論和實(shí)驗(yàn)證明用這種方式來對教室燈進(jìn)行智能控制可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。再者，每所院校不斷擴(kuò)招，教室不斷的擴(kuò)建，若再沒有改進(jìn)教室的用電管理設(shè)備，那么用電負(fù)荷可想而知，浪費(fèi)的電能就更驚人了。在奧運(yùn)工程的建設(shè)上，也大量運(yùn)用節(jié)能技術(shù)，北京的奧運(yùn)廠館“水立方”，通過采用大量的節(jié)能燈具，裝備新技術(shù)，通過增強(qiáng)透光性白天可節(jié)約照明能耗 50%,我們黨在 2021 年 10 月 11 日黨第十五屆中央委員會第五次會議通過的《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十個(gè)五年計(jì)劃的建議》中明確指出 :“加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是今后五年至十年一項(xiàng)十分重要的任務(wù)。上海、河北等一些地方采取政府對節(jié)能燈大宗采購每只補(bǔ)貼 3 至 4 元的方式進(jìn)行推廣。能源問題已成為制約我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵問題。飛利浦照明公司推出的陶瓷金鹵燈代替過去的鹵鎢燈，可節(jié)能 60%的電能。丹麥政府很重視住房空間用電的節(jié)能，并設(shè)立了對新建房屋節(jié)能的諸多要求。從 1974 年以來，盡管丹麥國民收入增長了 50%丹麥總的能源消費(fèi)量并沒有增加。本課題設(shè)計(jì)的控制器 可有效的實(shí)現(xiàn)教室燈光的智能控制。但是目前國內(nèi)各 大高校中，同學(xué)們的自覺節(jié)能意識薄弱，在教室光線足夠亮?xí)r也開燈，離開教室后燈還亮著的現(xiàn)象普遍存在；而且教室極多，管理人員也管不過來，同時(shí)造成我國電量不必要的浪費(fèi)以及經(jīng)濟(jì)損失。而此問題對我國來說尤為嚴(yán)重隨著各類大學(xué)、中專院校的擴(kuò)招，教室的擴(kuò)建教室照明的需求也越來越多，而教室照明的管理不到位，往往造成電能的巨大浪費(fèi)，這樣提高教室用電效率就成為首要考慮的問題。系統(tǒng)還具有多種報(bào)警功能；同時(shí)課題還采用了軟、硬件的“看門狗”技術(shù)等抗干擾措施。 該系統(tǒng)主要以 AT89C52 單片機(jī)作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測外部環(huán)境光的強(qiáng)度；根據(jù)教室合理開燈的條件，系統(tǒng)通過對人體的存在信號和環(huán)境光信號的識別和智能判斷，完成對教室照明回路 的智能控制，避免了教室用電的大量浪費(fèi)。 關(guān)鍵詞：人體、紅外線、傳感器、自動控制、熱釋電 本課題研究的意義 隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活水平也不斷提高，導(dǎo)致用電 負(fù)荷的加劇，又由于世界性的能源危機(jī)以及能源缺乏已成為世界所面臨的嚴(yán)峻問題。尤其現(xiàn)今越來越提倡低碳生活，節(jié)約能源已經(jīng)成為一種全球共識，而作為培養(yǎng)社會精英的高校更應(yīng)該起到榜樣的作用。本文所研究的教室燈光控制系統(tǒng)就可以很好地實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的作用。 國內(nèi)外教室燈光控制器研究的現(xiàn)狀及存在的問題 世界各地發(fā)電的主要原料是煤炭、石油和天然氣，而丹麥在能源利用方面的成功經(jīng)驗(yàn)提供了很好的借鑒。這樣，他們的能源使用總效率達(dá)到了 90%。還有，歐司朗一斯維尼亞公司不斷的推出新型高輸出的熒光燈，節(jié)約 6%的總系統(tǒng)功率，并具有更高的光通量和平均光通量。雖然我國能源總儲量不低，但由于我國人口眾多，所以人均儲量少，單位產(chǎn)值的能耗是發(fā)達(dá)國家的 3 10倍。鑒于能源問題的重要性，我國在綠色照明工程新聞發(fā)布，綠色照明工程未來五年間將在公用設(shè)施、賓館、商廈、居民住所等全國建筑物中推廣 1. 5 億只節(jié)能燈，節(jié)電 290 億度電。政府己經(jīng) 在商廈、學(xué)校醫(yī)院等更換了 24 萬只節(jié)能燈具。導(dǎo)致電能的極大浪費(fèi)。 本課題擬解決的關(guān)鍵問題 本課題擬通過試驗(yàn)研究教室燈光的各種控制方案解決如下關(guān)鍵問題： (1)照明回路的控制回路與控制器本身的節(jié)能問題； (2)傳感器與教室燈配合安裝的問題； (3)環(huán)境光參數(shù)輸入采集問題； (4)人存在傳感器參數(shù)輸入采集問題； (5)開、關(guān)燈的自動與手動兼容措施； 器簡介及控制方案的分析 教室燈光控制器簡介 教室燈光控制器可實(shí)現(xiàn)有效的教室燈光智能控制?？梢詫?shí)現(xiàn)自動與手動控制相兼容。硬件 部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺。 圖 31系統(tǒng)控制單元結(jié)構(gòu)框 控制系統(tǒng)的主要硬件電路 3. 2. 1 系統(tǒng)主控電路 本系統(tǒng)的主控模塊主要采用 Atmel公司的 AT89S52作為主控芯片，它是一種低功耗，8 位 CMOS 工藝處理器，具有 8K 在線可編程 Flash 存儲器，片內(nèi)的 Flash 可多次編程，為在線編程提供了方便。 表 31外圍器件接口的分配 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 32 所示： 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)