【導讀】⑴系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)在自然光照強度高時，燈光處于關(guān)閉狀態(tài)；增加而增加，以滿足室內(nèi)光照強度的需求；閉部分或全部燈光。1—4周：查閱相關(guān)資料，熟悉題目內(nèi)容，掌握設(shè)計原理，提交開題報告；5—10周：根據(jù)設(shè)計原理，進行相應(yīng)軟、硬件設(shè)計；11—12周：完善設(shè)計功能，整理資料并進行結(jié)果測試及分析；13—14周：畢業(yè)設(shè)計驗收；15—16周：撰寫、修改、提交畢業(yè)論文，畢業(yè)答辯。失，對于建設(shè)節(jié)能降耗、低碳環(huán)保型社會具有重要意義。本課題以AT89C52作為智能控制組件，運用熱釋紅外傳感。器檢測人數(shù)，采用光敏模塊檢測室內(nèi)光照強度，以1088BHGLED點陣模擬室內(nèi)燈光，設(shè)計室內(nèi)燈光自動控制系統(tǒng)，通過對環(huán)境光強和人數(shù)多少的識別，根據(jù)室內(nèi)合理開燈的條件，完成對室內(nèi)照明電路的智能控制。加了特殊需要時所必須的手動控制模式與報警電路，增強系統(tǒng)性能。可靠性高、應(yīng)用范圍廣，避免了電能的巨大浪費，從而實現(xiàn)了環(huán)保節(jié)能的目的，具有較強的應(yīng)用價值。

　　

【正文】 進行寫操作，高電平時進行讀操作。當 RS 和 RW 共同為低電平時可以顯示地址或者寫入指令，如果 RW為高電平 RS為低電平時 可以讀忙信號，當 RW 為低電平 RS 為高電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 6 E 端為芯片使能端，當 E 端從高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，液晶模塊將執(zhí)行命令。 7— 14 D0～ D7 是 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 15 背光電源正極 16 背光電源負極 根據(jù)電路功能需求，它需要顯示當前光照強度，室內(nèi)人體數(shù)目，以及系統(tǒng)的控制模式， LCD 硬件電路連接如圖 所示。 P 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1L M 0 1 6 LWRRSLCDENR V 11k2 3 4 5 6 7 8 91R P 1RE S P A C K 8+ 5 VP 0 . 4P 0 . 3+ 5 VP 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7 圖 LCD 液晶顯示電路圖 LCD 1602 的 3 腳可以接電位器用來調(diào)節(jié)顯示器頻幕的亮度， D0D7 這 8 條數(shù)據(jù)線可以直接和單片機的 P0 口相連，通過讀寫端口來顯示所需要的 內(nèi)容。 光強檢測電路 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 13 頁 共 46 頁 光強檢測電路是本系統(tǒng)中比較重要的一項，在自動控制模式中，光強度決定著燈光的開閉與否。當光強足夠強時，燈光處于關(guān)閉狀態(tài)，當光強度較弱且有人時，燈光就會打開。硬件仿真電路如圖 所示。 O UT 121A DD B24A DD A25A DD C23V RE F ( + )12V RE F ( )16I N31I N42I N53I N64I N75S T A RT6O UT 58E O C7OE9CLO C K10O UT 220O UT 714O UT 615O UT 817O UT 418O UT 319I N228I N127I N026A L E22U3A DC 0 8 0 8+ 5 VE O CP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7U3( CLO CK )+ 5 VS T A RTOEA L E4 2 6 . 1L D R 1L D R39%R V 22k 圖 光強檢測電路 由于在仿真中，光線無法采集，所以就采用上述電路模擬實現(xiàn)。但在實際硬件中，數(shù)字光強度檢測采用型號為 GY302 的光敏模塊，使用的是 ROHM 原裝 BH1750FVI 芯片，數(shù)據(jù)范圍在 065535內(nèi)，傳感器內(nèi)置 16bitAD 轉(zhuǎn)換器，直接數(shù)字輸出，不需要 ADC0808 進行數(shù)模轉(zhuǎn) 換，省略復了雜的計算和標定 [14]。并且此模塊不區(qū)分環(huán)境光源，接近于視覺靈敏度的分光特性。 解析度即對環(huán)境光亮的測量精度，若解析度設(shè)置為 4，則 BH1750 不能分辨環(huán)境光亮度在相差 4 個 Lux 值（例如 450 和 453）時所存在的亮度差異，也就是從芯片寄存器中所讀取的值與真實值之間差異的最大值為 4。 透光率設(shè)置當 Light sensor 在機構(gòu)設(shè)計時沒有完全裸露在外面或是上面蓋有不完全透明的遮擋物時，可進行透光率設(shè)置，使 Light sensor 測得的光亮度值不受其位置或上面遮擋物的影響。此時，從 BH1750 內(nèi)部寄存器讀取的光亮度值為：讀取值 = 實際值 透光率。設(shè)置透光率還可以改變光亮度的測量精度，例如，若將透光率設(shè)為 50%，則其測量精度實際上也會相應(yīng)提高一倍，對于較低亮度環(huán)境下的測量將更為準確有效。透光率設(shè)置方法是若想把透光率設(shè)為 X，則在寄存器 Change Measurement time 中寫入的值應(yīng)為： X 乘以 100%透光率的基準值。一組透光率參考值如下表 所示。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 14 頁 共 46 頁 表 透光率的參考基準值 按鍵控制電路 在實際生活中，面對一些特殊情況，我們需要手動控制室內(nèi)燈光，已達到用戶的需求，故而需要按鍵開關(guān)來控制系統(tǒng)的運行，電路圖如下圖 所示。 圖 按鍵控制電路 按鍵開關(guān)中， FROCE 表示特殊情況手動強制控制， MODE 表示控制模式，有自動模式和手動模式兩種，兩種調(diào)節(jié)方式共同控制系統(tǒng)的合理化運行。 報警電路 室內(nèi)電路或多或少的存在安全隱患，有些是電器設(shè)備原因，有些是人為操作的緣故，所以就需要報警電路警示用戶用電安全。電路設(shè)計如圖 所示。 BH1750FVI 最小值 最大值 透光率范圍 % % 0001_1111b 1111_1110 0001_1111b 1111_1110 基準值 10 進制值 2 進制值 寄存器高 8 位值 寄存器低 8 位值 100% 50% 69 010_00101 0x42 0x65 138 100_01010 0x44 0x6a 80% 120% 150% 86 010_10110 0x42 0x76 58 001_11010 0x41 0x7a 46 001_01110 0x41 0x7e 200% 35 001_00011 0x41 0x73 F O R C EM O D EP 2 . 6P 2 . 5陜西理工學院畢業(yè)論文 第 15 頁 共 46 頁 圖 報警電路 報警電 路主要由由放大器和蜂鳴器構(gòu)成，單片機直接輸出的報警信號比較微弱，必須通過放大器放大，才能驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出警報。 紅外人數(shù)檢測電路 紅外人數(shù)檢測電路主要檢測室內(nèi)的人體數(shù)量，此系統(tǒng)需使用兩對紅外對管，分別安裝在悶的內(nèi)外兩側(cè)，當外邊一對先接收到有人體經(jīng)過的信號時，說明有人進來，則人數(shù)計數(shù)器會加 1；當里面的紅外對管先接收到信號時，證明出去了一個人，人數(shù)減 1，以此來達到檢測人數(shù)的目的 [15]。 本電路采用 HDDS25CM5MM 的紅外對管來實現(xiàn)硬件功能，它的 感應(yīng)距離是 25cm， 感應(yīng)方式為對射型（非透明物）， 最大 工作電流 可達 10MA， 輸出電流是 100mA，并且 可直接驅(qū)動繼電器。其發(fā)射角度為直線紅外光，接收角度一般小于 10 度，響應(yīng)時間短，最長只需 2ms， 工作溫度范圍在零下 25 度 到 60 度之間，滿足實際需求，性價比較高 [14]。 影響紅外檢測的關(guān)鍵包括發(fā)射角度和發(fā)射強度兩方面的內(nèi)容： （ 1）發(fā)射角度：在發(fā)射強度分布圖形中，發(fā)射強度大于最大強度一半構(gòu)成的角度為接收角度。其中晶片相同的一對發(fā)射管 , 發(fā)射角度愈大則 Iv 愈小。影響發(fā)射管角度的還有支架碗杯大小深淺，模條的 R 角大小及晶片的大小高低等。 （ 2）發(fā)射強度：紅外發(fā) 射管的發(fā)射強度用 mW/sr 表示。一般來說，其紅外輻射強度與正向工作電流成正比，但在接近最大額定值的正向電流時，器件的溫度會隨著電流的熱耗而上升，致使光發(fā)射功率下降。紅外發(fā)射管電流比較小，將影響其輻射功率的發(fā)揮，但工作電流過大會影響紅外發(fā)射管壽命，甚至使其燒毀。發(fā)射強度與溫度也有一定的關(guān)系：在溫度上升的情況，發(fā)射強度同樣也會有所下降的。 所以在完成硬件時，必需注意：允許的最大功耗 Pm，最大瞬間電流 IFP，最大正向電流 IFM，最大反向電壓 VRm，工作溫度 topm 等。為避免損壞，焊點應(yīng)當遠離引腳的根部，焊接溫度也 不能太高，焊接時間不宜過長，最好用金屬鑷子夾住引腳的根部，以幫助散熱。另外引腳彎折定型應(yīng)當在焊接之前完成，焊接期間管體與引腳均不得受力。由功能要求，硬件電路設(shè)計如圖 所示。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 16 頁 共 46 頁 P 2 . 0P 2 . 1+ 5 VR41k1264U4M O C30 2 1R61 0 k+ 5 VR51k1264U 1 0M O C30 2 1R71 0 kR 2 01k1kF r o n tB a c k 圖 人數(shù)檢測電路 人數(shù)檢測主要器件為光電對管，它的的電壓值大小是檢測人數(shù)的關(guān)鍵。當有人通過時，接收端收不到發(fā)射端產(chǎn)生的信號，電壓為 0V；沒有人時，接收端可以收到信號，電壓為 5V，以此來識別是否有人進出。 LED 燈光驅(qū)動電路 未來燈光將是比較節(jié)能環(huán)保的 LED 燈，所以本系統(tǒng)使用 88 的 LED 點陣來模擬室內(nèi)燈光，達到 系統(tǒng)的設(shè)計目標。 LD1088BHG 型號的 8X8 點陣共由 64 個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當對應(yīng)的某一行置 1 電平，某一列置 0 電平，則相應(yīng)的二極管就點亮了。并且該點陣是紅黃綠雙色的，當有一行接高電平，第 2 2 1 1 10 腳接高電平時，綠燈就會變亮；當?shù)?2 1 1 11 接低電平時，紅燈就會變亮。具體引腳接線如圖 所示。 圖 紅綠雙色點陣引腳圖 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 17 頁 共 46 頁 如要將第一個燈光點亮，只需將 22 腳接高電平而 21 腳接低電平，第一個點就亮了； 如果要將第一行點亮，則第 22 腳要接高電平， 2 2 1 1 10 接地，該行全部綠燈就會變亮，或者將 2 1 1 11 接低電平，該行紅燈就會全部變亮。 驅(qū)動該點陣選用的芯片型號是是 74HC595，它是一種串入并出的芯片，具有高阻、關(guān)、斷三種狀態(tài)。 74HC595 引腳功能如圖 所示。 圖 74HC595 引腳圖 595 是具有 8 位移位寄存器和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。SCH_cp 的上升沿進行數(shù)據(jù)輸入，從 ST_cp 的上升沿方可進入到存 儲寄存器中去。如果將兩個時鐘連在一塊，則移位寄存器比存儲寄存器總是要早一個脈沖。 移位寄存器中有一個串行移位輸入（ Ds），一個串行數(shù)據(jù)輸出（ Q7’）和一個異步的低電平復位，存儲寄存器總線輸出是一個并行 8 位的，并具備三態(tài)結(jié)構(gòu)，當 OE 使能時（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)會輸出到總線。它還兼容低電壓的TTL 電路，遵守 JEDEC 標準，在電子顯示屏制作當中有廣泛的應(yīng)用。 根據(jù)具體功能要求，硬件電路仿真如圖 所示。 Q015Q11Q22Q33Q44Q55Q66Q77Q 7 39。9S H_ C P11S T _ CP12DS14MR10OE13U57 4 HC 5 9 5Q015Q11Q22Q33Q44Q55Q66Q77Q 7 39。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 7GNDVCCQ 0DSOEST CPSH CPMRQ 7 39。陜西理工學院畢業(yè)論文 第 18 頁 共 46 頁 在芯片 74HC595 的驅(qū)動下， LED 點陣可根據(jù)實際燈光需求，通過程序 控制，可呈現(xiàn)其該有的燈光場景效果。兩片 74HC595 分別驅(qū)動 LED 點陣的行（ X）和列 (Y)，行的級聯(lián)信號送給列芯片的 9腳，并引出三路信號交由單片機控制。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 19 頁 共 46 頁 軟件設(shè)計是完成整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，相當于一個部門的主心骨，沒有軟件的硬件等于沒有了靈魂，因此，軟件設(shè)計必須建立在了解整個系統(tǒng)運作的基礎(chǔ)之上。本課題采用模塊化的設(shè)計思路，先調(diào)試每個模塊，確認無誤后再將其添加到主程序，完成軟件整體設(shè)計的控制流程。 主程序設(shè)計 軟件仿真過程中，要盡可能的接近實際要求，還應(yīng)該與電子元器件相結(jié)合，根據(jù)接線狀態(tài)，重新 定義各個引腳的功能。因此軟件的設(shè)計思路必須掌控系統(tǒng)整體的工作過程，分清楚優(yōu)先級，中斷，執(zhí)行順序。整個系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖如圖 所示。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 20 頁 共 46 頁 圖 軟件設(shè)計流程圖 整個系統(tǒng)的運作是按上述流程來實現(xiàn)的，其中手動控制模式下有 8 種場景模式，自動控制模式下系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)的人數(shù)和自然光強，自行決定啟用適合當前環(huán)境的場景模型。 部分模塊設(shè)計 主控模塊 主程序控制分為監(jiān)控主程序、定時器程序及命令處理子程序。監(jiān)控主程序的基本任務(wù)是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定的運行和調(diào)用子程序。一個主程序可以調(diào)用多個子程序，主程序一般是一 個無限循環(huán)的過程，即它將會反復調(diào)用子程序。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。 在應(yīng)用軟件的程序設(shè)計中，要盡可能將各個功能模塊編寫為子程序的格式，可通過主程序來調(diào)系 統(tǒng) 初 始 化系 統(tǒng) 處 于 手 動 控制 狀 態(tài) m o d e 加 一手 動 按鈕 按 下 ？系 統(tǒng) 處 于 自動 控 制 狀 態(tài)m o d e = 0m o d e = 3有 人 出 去 ？ 有 人 進 入 ？人 數(shù) 減 1人 數(shù) 加 1F l a g = 1顯 示 人 數(shù)人 數(shù) 0 ？F l a g = 1 ？報 警室 內(nèi) 光 強 很強 ？滅 燈亮 燈m o d e = 7Y e sN oN oN oY e sY e sY e sN oN oY e s N o Y e sN oY e sN om o d e = 1N o…啟 動結(jié) 束Y e sY e sY e s陜西理工學院畢業(yè)論文 第 21 頁 共 46 頁 用。命令處理子程序只需完成各命令所規(guī)定的具體操作步驟，它按各命令再分為不同的子程序模塊，一般總是把其余部分連接起來構(gòu)成一個無限循環(huán)，系統(tǒng)所有功能都在這一循環(huán)中周而復始的有選擇的執(zhí)行。在本系統(tǒng)中就使用了這種模塊化的的設(shè)計思路，將程序分成不同的模塊，便于調(diào)試和糾錯。其監(jiān)控主程序流程如圖 所示。 圖 監(jiān)控主程序流程圖 系統(tǒng)的多任務(wù)處理是由主程序控制執(zhí)行的，它由人體傳感器處理任務(wù)，環(huán)境光強檢測任務(wù)，定時器管理任務(wù)， LCD顯示刷新任務(wù)四個部分組成，各個任務(wù)相互協(xié)調(diào)，相輔相成。 定時中斷 定時中斷是利用單片機內(nèi)部的定時器定引起的中斷，當時間已到或計數(shù)值已滿，則根據(jù)具體程序編程產(chǎn)生中斷。內(nèi)部計數(shù)器可對內(nèi)部時鐘或者從外部引線 TO 和 TI輸入的外部脈沖進行計數(shù)，可以在上升沿或者下降沿計數(shù)，中斷請求信號是根據(jù)計數(shù)器的溢出信號來判斷的。標志位定時器的溢出標志位，可向單片機 CPU 發(fā)出中斷申請。 定時中斷一般為周期 性中斷，間接性的會引發(fā)中斷。本系統(tǒng)中設(shè)定的定時中斷主要用來延時消抖和構(gòu)造多模塊任務(wù)的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)中斷后，不必要對斷點采取現(xiàn)場保護，可直接執(zhí)行多任務(wù)時間區(qū)域劃分，使中斷可以啟動有關(guān)就緒任務(wù)。該定時中斷處理子程序框圖如圖 所示。 上 電系 統(tǒng) 初 始 化定 時 器 設(shè) 置允 許 初 始 化人體傳感器處理任務(wù)環(huán)境光強檢測任務(wù)定時器管理任務(wù)LCD顯示刷新任務(wù)陜西理工學院畢業(yè)論文 第 22 頁 共 46 頁 圖 定時中斷程序框圖 本系統(tǒng)還采用了外部中斷，該外部中斷主要用來判斷是否有人體進入室內(nèi)，若有，則采集信號，并計數(shù)處理；若無，則返回到主循環(huán)，繼續(xù)檢測各個傳感器的信息采集狀況。 數(shù)據(jù)采集 本控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集對象為環(huán)境光強信號及人體存在信號，在程序設(shè)計中對 這兩個數(shù)據(jù)的采集通過傳感器傳遞給單片機，進行處理。 根據(jù)設(shè)計要求，在環(huán)境光線足夠亮時，無論是否有人體存燈光都不打開；而在環(huán)境光線不夠亮，有人體存在時才開燈，無人體存在也不開燈。本系統(tǒng)采用正向邏輯，定義為環(huán)境光線亮時為二進制的“ 0”，暗時為“ 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有以下的邏輯關(guān)系表如下表 所示。 表 環(huán)境光與人體存在邏輯關(guān)系表 環(huán)境光參數(shù) 人體存在參數(shù) 室內(nèi)燈光狀態(tài) 0 0 0 0 0 0 1 0 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)相與門操作，又由于繼電器是低平