【正文】 附錄 E：實(shí)物圖 現(xiàn)如今，雖然低碳生活越來(lái)越成為一種時(shí)尚，節(jié)約能源也成為一種全球共識(shí)，但是好多地點(diǎn)室內(nèi)燈火 通明，卻空無(wú)一人的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，這不僅造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，也大大阻礙了低碳環(huán)保的號(hào)召。所以，要做到合理、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的目標(biāo)，首先應(yīng)采用先進(jìn)成熟的科技和產(chǎn)品，如電光源、燈具、材料、照明控制設(shè)備等，此外，還應(yīng) 選擇合適的照明控制方式和照明控制系統(tǒng)。 智能燈光系統(tǒng)是對(duì)燈光進(jìn)行智能控制與管理的系統(tǒng)，跟傳統(tǒng)照明相比，它可實(shí)現(xiàn)燈光軟啟、調(diào)光、一鍵場(chǎng)景、一對(duì)一遙控及分區(qū)燈光全開(kāi)全關(guān)等管理，并可用遙控、定時(shí)、集中、遠(yuǎn)程等多種控制方式，甚至用電腦來(lái)對(duì)燈光進(jìn)行高級(jí)智能控制，從而達(dá)到智能照明的節(jié)能、環(huán)保、舒適、方便的功能 [2]。 基于以上種種原由，室 內(nèi)燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無(wú)疑就成為其中一項(xiàng)核心研究課題。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 2 頁(yè) 共 46 頁(yè) 在智能化的 21 世紀(jì)潮流中，各國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，人類社會(huì)的進(jìn)步越來(lái)越依賴于資源的開(kāi)發(fā)與利用，然而與日俱增的能源需求和有限的資源數(shù)量之間形成了巨大的矛盾 ,能源短缺問(wèn)題日益研嚴(yán)峻，成為制約一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。此外，能源問(wèn)題不僅關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境生態(tài)，在特定情況下還會(huì)對(duì)社會(huì)穩(wěn)定產(chǎn)生很大影響，許多小的斗爭(zhēng)都是由此而發(fā)的，譬如例如美國(guó)和伊拉克之間的石油爭(zhēng)奪戰(zhàn)，我國(guó)和日本之間的釣魚島之爭(zhēng)等。同時(shí)，許多智能建筑的房間或樓道不管是否有人，也不管有多少人，燈光經(jīng)常是從早到開(kāi)到晚，這在很大程度上白白浪費(fèi)諸多電能。自美國(guó) 1984 年建成第一座智能建筑以來(lái)，智能化在世界范圍內(nèi)以一種嶄新的姿態(tài)和技術(shù)迅速展開(kāi)，尤其是在日本、新加坡、中國(guó)臺(tái)灣等國(guó)家地區(qū)。目前，在市場(chǎng)上 出現(xiàn)的幾種智能燈光控制系統(tǒng)，主要將研究的重點(diǎn)放在控制手法上，譬如，如何實(shí)現(xiàn)燈光設(shè)備的無(wú)線連接，如何實(shí)現(xiàn)控制協(xié)議的最優(yōu)化，如何實(shí)現(xiàn)預(yù)定方案的全面化和智能化。目前，上海金茂大廈，山東世界貿(mào)易中心等建筑已使用了這種燈光控制系統(tǒng)。在我們國(guó)內(nèi)，同樣也付諸了這一方面的實(shí)踐，像研究設(shè)計(jì)的真善美智能燈光控制系統(tǒng)，集多點(diǎn)操作、停電自鎖、免打擾、集中控制、集中顯示等智能功能為一體，使家居生活愈加舒適。其發(fā)展前景主要有： （ 1）標(biāo)準(zhǔn)化。智能燈光控制系統(tǒng)必然伴隨著網(wǎng)絡(luò)，一起給人們生活帶來(lái)更多的便利； （ 4）嵌入式。集眾品牌之長(zhǎng)于統(tǒng)一的控制平臺(tái)，則能很好地兼顧各方利益，同時(shí)客戶在預(yù)算上也會(huì)有很大的主動(dòng)性。如：電腦、投影儀、視頻展示臺(tái)、電動(dòng)屏幕，一些大型會(huì)議室還配備了同聲傳譯系統(tǒng)、電子表決系統(tǒng)、大屏幕投影、多畫面切換系統(tǒng)等。一個(gè)優(yōu)秀的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)可以提升家庭環(huán)境的品質(zhì)，保證家庭生活的舒服和 健康。在諸多辦公因素當(dāng)中，光環(huán)境有著不言而喻的重要性。 （ 3）公共設(shè)施領(lǐng)域 在商場(chǎng)、道路和展廳等公共區(qū)域，光臨的第一感覺(jué)，與燈光的效果密不可分，照明氛圍與建筑陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 4 頁(yè) 共 46 頁(yè) 裝潢的協(xié)調(diào)，會(huì)讓顧客 產(chǎn)生一種美的領(lǐng)略。在日常生活中，它可以實(shí)時(shí)監(jiān)控室內(nèi)的人數(shù)，檢測(cè)眼下室內(nèi)光線參數(shù)，能夠?qū)艄膺M(jìn)行不同場(chǎng)景下的現(xiàn)場(chǎng)控制。所以在硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，電子元器件的選擇、線路的布控和設(shè)備的安裝位置要充分考慮到抗干擾問(wèn)題 [10]。隨后需要從軟件和硬件這兩部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，軟件主要用來(lái)控制硬件的運(yùn)行，最后需要對(duì)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，保證它穩(wěn)定可靠地工作，讓系統(tǒng)總體上完成一個(gè)整合，實(shí)現(xiàn)方案構(gòu)思中的所有功能需求。在自然環(huán)境光線比較強(qiáng)時(shí)，不管人體是否存在，燈光都處于關(guān)閉狀態(tài)；在自然環(huán)境光線較弱時(shí)，且當(dāng)有人體存在時(shí)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)延，燈光由控制器自動(dòng)打開(kāi)，等到人體離開(kāi)，延時(shí)一定時(shí)間后燈光自動(dòng)關(guān)閉。 為了人們更為方便的了解系統(tǒng)每時(shí)每刻的運(yùn)作狀況，此研究還應(yīng)該具有顯示模塊。該方案需要完成下面幾個(gè)要求： （ 1)可隨意控制任任何回路的開(kāi)關(guān)，監(jiān)控各個(gè)回路工作狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)某回路燈光的連續(xù)調(diào)試； （ 2)可預(yù)設(shè)場(chǎng)景控制器中的內(nèi)容，存儲(chǔ)不同效果的燈光類型，滿足不同環(huán)境對(duì)燈光效果的要求； （ 3)可方便的接入各種先進(jìn)的傳感裝置， 拓展其功能，更好的對(duì)燈光進(jìn)行自動(dòng)控制； （ 4)時(shí)鐘控制器可根據(jù)時(shí)間對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，分時(shí)段控制燈光狀態(tài)，避免長(zhǎng)明燈現(xiàn)象，節(jié)省了電能的浪費(fèi)； （ 5)可通過(guò) Ethe 搭建組網(wǎng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且還能與其他 BA 系統(tǒng)互聯(lián)控制，易于系統(tǒng)的擴(kuò)展和移植。 此系統(tǒng)結(jié)合了這兩種控制方式的優(yōu)點(diǎn)，在穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性、易操控性等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。 GPRS 方案 GPRS 即通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)，是一種基于 GSM 系統(tǒng)的無(wú)線分組交換技術(shù)，可以提供端到端的、廣域的無(wú)線 IP 連接。 首先測(cè)控部分對(duì)燈光的電量參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，這需要通過(guò)電壓傳感器和電流傳感 器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，然后將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、轉(zhuǎn)化、分析、存儲(chǔ)和顯示，并且能夠執(zhí)行燈光的控制。系統(tǒng)的總體方案如圖 所示。這些硬件模塊受命于單片機(jī)主控中心，通過(guò)其命令執(zhí)行該有的各項(xiàng)操作。 圖 系統(tǒng)控制單元結(jié)構(gòu)框 圖 主 控 系 統(tǒng)環(huán) 境光 檢 測(cè)紅 外 人體 檢 測(cè)報(bào) 警模 塊燈 光驅(qū) 動(dòng)L C D 液 晶顯 示 模 塊硬 件 時(shí)鐘 模 塊E R P R O M存 儲(chǔ) 器 模 塊定 時(shí)器 模 塊看 門 狗陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 8 頁(yè) 共 46 頁(yè) 各個(gè)模塊應(yīng)該完成以下功能： 人紅外人體檢測(cè)模塊：主要是探測(cè)室內(nèi)到底是否有人體存在，需要通過(guò)人體存在信號(hào)采集電路來(lái)完成； 電源模塊：為整個(gè)系統(tǒng)提供電源； 報(bào)警模塊：檢測(cè)提示用戶系統(tǒng)是否正常工作； 看門狗模塊：外界無(wú)時(shí)無(wú)刻的會(huì)干擾系統(tǒng)，所以有時(shí)會(huì)出現(xiàn)程序跑飛、死機(jī)甚至造成整機(jī)癱瘓等情況，為了能夠恢復(fù)單片機(jī)的正常工作，只能采用重新復(fù)位的方式。但是，它也有不好的一面。 GPRS 顯 而易見(jiàn)的優(yōu)點(diǎn)在于它可以充分利用現(xiàn)有資源，方便、快速、低建設(shè)成本地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠(yuǎn)程接入網(wǎng)絡(luò)的部署傳輸速率高，接入時(shí)間短；并且提供實(shí)時(shí)在線功能。但是，它小巧玲瓏的同時(shí)注定存在一定的 局限性，單片機(jī)目前還 沒(méi)有通用的系統(tǒng)管理軟件或監(jiān)控程序，而且還必須十分了解所用單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，程序編寫困難，代碼難以理解，不易于識(shí)讀，難于移植，排錯(cuò)困難，編寫程序花的時(shí)間相當(dāng)多，調(diào)試不便等等， 通過(guò)上述比較，可以看到 GPRS 和 CAN 總線方案的通用性很強(qiáng)，但都需要在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)下才能實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)傳輸勢(shì)必會(huì)受其影響；而單片機(jī)程序雖然編寫困難，不易移植，但對(duì)于本系統(tǒng)已經(jīng)足夠了，而且它的性價(jià)比較高，簡(jiǎn)潔攜帶，靈活又方便，外圍電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格實(shí)惠，控制 簡(jiǎn)單方便， 頻率要求不高，并且不需要網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，所以也就不會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)那樣大的時(shí)延，在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)或 網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的情況下，系統(tǒng)都不會(huì)受到大的影響，符合用戶的需求，也能更有效地減少資源浪費(fèi)。 系統(tǒng)組成 基于設(shè)計(jì)方案的選定，該系統(tǒng)現(xiàn)以 AT89C52 單片機(jī)作為控制裝置的智能組件，其它外圍電路主要包括： LCD 液晶顯示電路、燈光驅(qū)動(dòng)電路、紅外線人體探測(cè)電路、環(huán)境光強(qiáng)檢測(cè)電路、按鍵控制電路、報(bào)警電路，其硬件電路組成框圖如圖 所示 。 單元電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制電路 本系統(tǒng)選用的 AT89C52 主控芯片，是由 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗， 8 位高性能 CMOS 單片機(jī)。 AT89C52 可降至 0 HZ 進(jìn)行靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選軟件的節(jié)電操作模式。對(duì)于沒(méi)有定義的單元進(jìn)行讀寫動(dòng)作將是無(wú)效的，讀出的數(shù)位也將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也有可能丟失 [4]。作為輸出口用時(shí)．每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口 P0 寫“ 1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。對(duì)端口寫“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址 的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 RST 復(fù)位輸入 ，當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。需要注意的是，訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將會(huì)跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 XTAL2 晶體振蕩器反相放大器的輸出端。 LCD 顯示電路 液晶顯示是利用液晶的物理特性，通過(guò)控制電壓顯示區(qū)域，有電就可以顯示出圖形。1602LCD 顯示的內(nèi)容為 16X2，即可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符。 4 RS 為寄存器選擇，低電平時(shí)選擇指令寄存器，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器。 7— 14 D0～ D7 是 8 位雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng)光強(qiáng)足夠強(qiáng)時(shí)，燈光處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)光強(qiáng)度較弱且有人時(shí)，燈光就會(huì)打開(kāi)。并且此模塊不區(qū)分環(huán)境光源，接近于視覺(jué)靈敏度的分光特性。設(shè)置透光率還可以改變光亮度的測(cè)量精度，例如，若將透光率設(shè)為 50%，則其測(cè)量精度實(shí)際上也會(huì)相應(yīng)提高一倍，對(duì)于較低亮度環(huán)境下的測(cè)量將更為準(zhǔn)確有效。 圖 按鍵控制電路 按鍵開(kāi)關(guān)中， FROCE 表示特殊情況手動(dòng)強(qiáng)制控制， MODE 表示控制模式，有自動(dòng)模式和手動(dòng)模式兩種，兩種調(diào)節(jié)方式共同控制系統(tǒng)的合理化運(yùn)行。 紅外人數(shù)檢測(cè)電路 紅外人數(shù)檢測(cè)電路主要檢測(cè)室內(nèi)的人體數(shù)量，此系統(tǒng)需使用兩對(duì)紅外對(duì)管，分別安裝在悶的內(nèi)外兩側(cè)，當(dāng)外邊一對(duì)先接收到有人體經(jīng)過(guò)的信號(hào)時(shí)，說(shuō)明有人進(jìn)來(lái)，則人數(shù)計(jì)數(shù)器會(huì)加 1；當(dāng)里面的紅外對(duì)管先接收到信號(hào)時(shí)，證明出去了一個(gè)人，人數(shù)減 1，以此來(lái)達(dá)到檢測(cè)人數(shù)的目的 [15]。其中晶片相同的一對(duì)發(fā)射管 , 發(fā)射角度愈大則 Iv 愈小。紅外發(fā)射管電流比較小，將影響其輻射功率的發(fā)揮，但工作電流過(guò)大會(huì)影響紅外發(fā)射管壽命，甚至使其燒毀。另外引腳彎折定型應(yīng)當(dāng)在焊接之前完成，焊接期間管體與引腳均不得受力。 LED 燈光驅(qū)動(dòng)電路 未來(lái)燈光將是比較節(jié)能環(huán)保的 LED 燈，所以本系統(tǒng)使用 88 的 LED 點(diǎn)陣來(lái)模擬室內(nèi)燈光，達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 圖 紅綠雙色點(diǎn)陣引腳圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 17 頁(yè) 共 46 頁(yè) 如要將第一個(gè)燈光點(diǎn)亮，只需將 22 腳接高電平而 21 腳接低電平，第一個(gè)點(diǎn)就亮了；如果要將第一行點(diǎn)亮，則第 22 腳要接高電平， 2 2 1 1 10 接地，該行全部綠燈就會(huì)變亮，或者將 2 1 1 11 接低電平，該行紅燈就會(huì)全部變亮。 移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。它還兼容低電壓的TTL 電路，遵守 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)，在電子顯示屏制作當(dāng)中有廣泛的應(yīng)用。9S H_ C P11S T _ CP12DS14MR10OE13U67 4 HC 5 9 5+ 5 VP 2 . 2P 2 . 4P 2 . 3+ 5 VX 圖 室內(nèi)燈光模擬電路 595Q 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7GNDVC CQ 0DSOEST CPSH CPMRQ 7 39。本課題采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，先調(diào)試每個(gè)模塊，確認(rèn)無(wú)誤后再將其添加到主程序，完成軟件整體設(shè)計(jì)的控制流程。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 20 頁(yè) 共 46 頁(yè) 圖 軟件設(shè)計(jì)流程圖 整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作是按上述流程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中手動(dòng)控制模式下有 8 種場(chǎng)景模式，自動(dòng)控制模式下系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)的人數(shù)和自然光強(qiáng)，自行決定啟用適合當(dāng)前環(huán)境的場(chǎng)景模型。子程序主要分為功能子程序與中斷子程序，它們之間可以互相嵌套，也可以互相調(diào)用。其監(jiān)控主程序流程 如圖 所示。標(biāo)志位定時(shí)器的溢出標(biāo)志位，可向單片機(jī) CPU 發(fā) 出中斷申請(qǐng)。 上 電系 統(tǒng) 初 始 化定 時(shí) 器 設(shè) 置允 許 初 始 化人體傳感器處理任務(wù)環(huán)境光強(qiáng)檢測(cè)任務(wù)定時(shí)器管理任務(wù)LCD顯示刷新任務(wù)陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 22 頁(yè) 共 46 頁(yè) 圖 定時(shí)中斷程序框圖 本系統(tǒng)還采用了外部中斷，該外部中斷主要用來(lái)判斷是否有人體進(jìn)入室內(nèi)，若有，則采集信號(hào)，并計(jì)數(shù)處理；若無(wú)，則返回到主循環(huán)，繼續(xù)檢測(cè)各個(gè)傳感器