【導(dǎo)讀】了一種基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)作為控制模塊。光信號(hào)的識(shí)別與判斷，完成對(duì)教室燈光的智能控制，避免了教室用電的大量浪費(fèi)。系統(tǒng)還具有報(bào)警功能；同時(shí)還采用了軟/硬件的“看門狗”等抗干擾措施?？梢詽M足各類院校對(duì)教室燈光控制的要求，很大程度的達(dá)到節(jié)能目的。

　　

【正文】 必須為 BCD 碼，這就需要在數(shù)據(jù)寫入之前、讀出之后進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)中，因設(shè)定的時(shí)間參數(shù)一般為二進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)，為了便于同 DS1302 的時(shí)鐘數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，故在程序中需進(jìn)行二進(jìn)制與 BCD 碼之間的轉(zhuǎn)換，其相互間的轉(zhuǎn)換程序如下： 173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為 BCD 碼 Function: DisTimeBCD: DisTimeBCD: Mov A, @R0 Anl A, OFH Mov @Rl， A Inc Rl 基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26 Mov A, @R0 Swap A Anl A, 0FH Mov @R1， A Inc Rl Inc R0 Ret 173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。 系統(tǒng)工作總流程 本系統(tǒng)教室燈光控制的工作模式分為自動(dòng)控制和強(qiáng)制控制。首先，系統(tǒng)默認(rèn)為自動(dòng)控制模式。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入初始化后，自診斷鍵盤是否按下，若有鍵按下，系統(tǒng)進(jìn)入強(qiáng)制控制模式，然后通過鍵盤掃描程序，確認(rèn)控制燈具的亮與熄；若無鍵按下，則為自動(dòng)控制模式，通過自然光采集電路從 口的高低電平判斷自然光強(qiáng)度，若光強(qiáng)，則熄燈具；若光弱，則繼續(xù)讀取人體存在傳感器 ，如果有人存在則亮燈。最后，在亮燈時(shí)， 若檢測教室已經(jīng)無人，則蜂鳴報(bào)警 10 秒后熄燈具。燈具的亮與熄由繼電器驅(qū)動(dòng) 。 另外，系統(tǒng)也受到時(shí)間的控制，分析了學(xué)生教室的用電情況，系統(tǒng)在到了晚上 10 點(diǎn)時(shí)，蜂鳴報(bào)警提示學(xué)生系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)強(qiáng)制模式，則由學(xué)生自動(dòng)控制。 系統(tǒng)的總流程框圖如圖 45 所示： 本章小節(jié) 本章結(jié)合此次教室燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件部分分析研究了其軟件部分，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。在程序設(shè)計(jì)過程中，采用合理的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，總體設(shè)計(jì)采用自上而 下的設(shè)計(jì)思想將主程序設(shè)計(jì)好，而在各個(gè)部分展開成從屬程序或子程序時(shí)，是將各個(gè)小模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，同時(shí)在編程的過程中又用到了結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的思想。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 Y Y Y N 圖 45 總流程框圖 開始 系統(tǒng)初始化 自診斷 按鍵否？ 鍵盤掃描程序 有自然光嗎？ 熄燈具 有人嗎？ 亮燈 延時(shí) 10 秒 有人嗎？ 蜂鳴警告 延時(shí) 10 秒 Y N N N 基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析 單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟 整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，要進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，排除軟件和硬件的故障，同時(shí)驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性，使系統(tǒng)符合設(shè)計(jì) 要求。本系統(tǒng)的調(diào)試主要分兩個(gè)步驟：單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試（硬件調(diào)試和軟件調(diào)試）及整個(gè)控制系統(tǒng)試運(yùn)行調(diào)試。單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)包括硬件及軟件兩部分，主要是通過調(diào)試發(fā)現(xiàn)硬件及軟件中存在的問題，查看其運(yùn)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。 系統(tǒng)硬件和軟件的研制可以相互獨(dú)立的平行進(jìn)行，軟件調(diào)試可以在硬件完成之前，硬件也可以在無完整應(yīng)用軟件的情況下進(jìn)行調(diào)試，但它們需要借助另外的工具提供調(diào)試環(huán)境。硬件和軟件分調(diào)完成之后，還要再進(jìn)行硬件和軟件的聯(lián)調(diào)，在調(diào)試中找出問題，判斷故障源，修改軟硬件。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際調(diào)試時(shí)，首先應(yīng)對(duì)硬件進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，同 時(shí)對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行初步調(diào)試，此后再對(duì)軟件和硬件進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，最后才能使系統(tǒng)進(jìn)入正常工作 . (1)靜態(tài)調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試主要是排除明顯的硬件故障。在將芯片、傳感器等元件連接到電路板上時(shí)，要保證各處電源極性、電壓正確，以防止因電源極性接反或電壓過高損壞芯片或傳感器。此外，插入芯片必須在斷電的情況下進(jìn)行，特別注意芯片的方向不要插反。 (2)軟件調(diào)試：在軟件調(diào)試時(shí)采用在計(jì)算機(jī)上利用模擬軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的硬件模擬、指令模擬及運(yùn)行狀態(tài)模擬，從而完成應(yīng)用軟件開發(fā)的全過程。 (3)動(dòng)態(tài)調(diào)試：控制系統(tǒng)的軟件和硬件是密切相關(guān)的，由于 軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)不能對(duì)硬件部分進(jìn)行診斷，同時(shí)也不能實(shí)時(shí)在線仿真，所以用戶程序還需跟硬件連接起來進(jìn)行聯(lián)調(diào)，同時(shí)對(duì)軟件和硬件進(jìn)行檢查和診斷。整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試時(shí)，需借助仿真開發(fā)工具來對(duì)用戶軟件及硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試。 在應(yīng)用系統(tǒng)各模塊電路調(diào)試成功后，將程序加載到在線仿真器上，這時(shí)就能單步或連續(xù)地執(zhí)行目標(biāo)程序，同時(shí)也可以根據(jù)需要分段設(shè)置斷點(diǎn)執(zhí)行程序。而對(duì)于一些與硬件相關(guān)的用戶程序，如接口驅(qū)動(dòng)程序等，則需要配合硬件，進(jìn)行在線調(diào)試，如果有邏輯錯(cuò)誤，也要及時(shí)糾正修改。 程序調(diào)試完畢后，利用編程器將程序固化到單 片機(jī)中，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來。 各模塊電路調(diào)試流程圖如圖 5圖 5圖 5圖 54 所示： 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 通電運(yùn)行，用萬用表測量輸出電壓 檢查電路尋找原因 電源部分成功 供電部分是否穩(wěn)定 下載一個(gè)正確的小程序到最小系統(tǒng)中 最小系統(tǒng)是否工作 最小系統(tǒng)部分成功 檢查電路尋找原因 Y N Y N Y 圖 51 電源調(diào)試 圖 52 單片機(jī)最小系統(tǒng)調(diào)試 圖 53 按鍵電路調(diào)試 圖 54 采集電路調(diào)試 N 硬件連接無誤 下載按鍵程序 按鍵是否工作 按鍵調(diào)試部分成功 查看硬件和相應(yīng)軟件是否正確 采集電路調(diào)試成功 調(diào)整硬件參數(shù)達(dá)到需要的物理量 給采集電路所需要的采集信號(hào) 是否達(dá)到系統(tǒng)要求 采集輸出端是否有相應(yīng)輸出信號(hào) 硬件連接是否正確 Y N 基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30 主要問題分析 在本系統(tǒng)的調(diào)試過程中遇到的主要問題的分析與解決方案。 1．電源供電電路中集成穩(wěn)壓器溫度過高。 分析解決：穩(wěn)壓器溫度過高的原因之一是：變壓器整流濾波后加到集成穩(wěn)壓器上的電壓較高，使 7805 上的壓降過大。此問題可通過選用輸出電壓低些的變壓器，并在集成穩(wěn)壓器前串入兩只二極管降壓，同時(shí)增大散熱片來解決。 2．人體存在傳感器有人存在時(shí)輸出高電平的電壓偏低。 分析解決：人體存在傳感器輸出高電平的電壓偏低，單片機(jī)會(huì)產(chǎn)生誤判，或采集不到正確的信號(hào)，于是在人體存在傳感器的輸出端加一個(gè) 100KΩ 的上拉電阻。 3．人存在的教室 中，若人體超過十秒沒有活動(dòng)，人體傳感器是不會(huì)有信號(hào)輸出的，那么如何判定教室此時(shí)有人的問題。 分析解決 ：此問題在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，可將采集有人體信號(hào)存在的狀態(tài)適當(dāng)延長保持二至五分鐘，并加以后續(xù)處理。 4．單片機(jī)控制信號(hào)輸出后，繼電器沒按預(yù)定設(shè)計(jì)產(chǎn)生動(dòng)作。 分析解決：單片機(jī)輸出控制信號(hào)，在控制繼電器時(shí)，必須加三極管來驅(qū)動(dòng)，否則信號(hào)電流過小將不能使繼電器產(chǎn)生吸合動(dòng)作，而且必須采用三極管的集電極來驅(qū)動(dòng)繼電器，最后再帶動(dòng)負(fù)載。繼電器驅(qū)動(dòng)電路中還需注意的是要與繼電器線圈并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，增加對(duì)驅(qū)動(dòng)三極管的保護(hù)。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 第 6 章 結(jié)束語 該教室燈光系統(tǒng)的控制是以 AT89S51 單片機(jī)芯片為核心，通過相關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)，完成對(duì)系統(tǒng)設(shè)備 (電燈 )的控制，采用一個(gè)二極管閃爍顯示整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)教室燈光的自動(dòng)開燈、關(guān)燈控制。系統(tǒng)控制單元的硬件電路中多采用集成電路 (DS1302， X5045 等 )，簡化了電路設(shè)計(jì)，同時(shí)節(jié)省了單片機(jī) I/O 口資源，為系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展留下了空間。系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)具有很好的穩(wěn)定性，能提高電能的利用率。 在保證穩(wěn)定、可靠工作的前提下，硬件設(shè)計(jì)上盡量采用性價(jià)比高的元器件，以降低成本。軟件 設(shè)計(jì)上采用多任務(wù)形式對(duì)信號(hào)的采集、處理，達(dá)到最終控制燈光的目的。但由于教室大小面積各不相同、教室燈光數(shù)量不一，教室內(nèi)部安裝智能控制裝備的數(shù)量也會(huì)有所不同，特別是人體傳感器使用的數(shù)量受面積的影響更大，一套教室燈光控制系統(tǒng)的應(yīng)用也只是在有限的范圍內(nèi)。若教室面積很大，超過人體傳感器輻射范圍，這樣采集的信號(hào)可能會(huì)不夠準(zhǔn)確，進(jìn)而影響控制設(shè)備的運(yùn)行。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，使系統(tǒng)更加可靠，最好采用多個(gè)人體傳感器。 基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 32 參考文獻(xiàn) [1] Thananchai Lephakpreeda,Adaptive Occpancybased Lighting Control via Grey Prediction[J]． Building and Environment， 2020， 7(40):881886． [2] 許嘉宏．智能照明系統(tǒng)在現(xiàn)代建筑照明中的應(yīng)用與研究 [J]．建筑論壇與建筑設(shè)計(jì)， 2020， 27(4)： 7477． [3] Pyonchan Ihm， Abderrezek Nemir,Moncef Krarti． Estimation of lighting energy saving from daylighting[J]． Building and Environment， 2020(44)： 509514． [4] Krarti M， Erickson P,Hillman T． A simplified method to estimate energy savings Of artificial lighting use from daylighting[J]。 Building an Environment,2020(40)： 747754． [5] 鄧琦．智能照明控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用 [J]．湖南水利水電， 2020(3)： 8586． [6] 沈瑞珠．智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用 [J]．低壓電器， 2020(5)： 2022． [7] 楊光．智能照明控制系統(tǒng)及其應(yīng)用 [J]．福建建設(shè)科技， 2020(2)： 4950． [8] 龔南笛． Dynalite智能照明控制系統(tǒng)在廣州國際會(huì)展中心的應(yīng)用 [J]．智能建筑電氣 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 技術(shù)， 2020， 3(1)： 7479． [9] 任培亮，魯鴻雁．機(jī)場出港大廳的 EIB燈光智能控制系統(tǒng)介紹 [J]．智能建筑與城市信 息， 2020(11)： 4344． [10] 馮義飛．教室照明智能控制的設(shè)計(jì)與開發(fā) [D]．合肥：合肥工業(yè)人學(xué)， 2020． [11] 李朝青 .單片機(jī)原理及接口技術(shù) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， :303305. [12] 人體紅外感應(yīng)模塊 [P]，深圳市浩博特電子有限公司 . [13] 張道宏等 .基于 DS1302 的子母鐘系統(tǒng) [J].電子技術(shù)應(yīng)用， 2020（ 4）： 68. [14] 劉大茂 ,嚴(yán)飛 .單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控主程序的設(shè) 計(jì)方法 [J].福州大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué) 版 )， 1998（ 1） :4348. [15] 楊欣榮 .智能儀器原理、設(shè)計(jì)與發(fā)展 [M].湖南：中南大學(xué)出版社 .2020. 7： 211215. [16] 李全利等 .單片機(jī)原理與應(yīng)用 [M].北京：清華大學(xué)出版社 .： 7883. [17] 樊貴卿 ,李慶武 ,靳建華等 .串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302程序設(shè)計(jì)中的問題與對(duì)策 [J]. 電子技術(shù)應(yīng)用， 2020（ 7）： 5859. 基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 34