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

　　

【正文】 必須為 BCD 碼，這就需要在數(shù)據(jù)寫入之前、讀出之后進行必要的數(shù)據(jù)進制之間的轉換。本系統(tǒng)中，因設定的時間參數(shù)一般為二進制或十六進制數(shù)，為了便于同 DS1302 的時鐘數(shù)據(jù)進行比較，故在程序中需進行二進制與 BCD 碼之間的轉換，其相互間的轉換程序如下： 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。 二進制轉換為 BCD 碼 Function: DisTimeBCD: DisTimeBCD: Mov A, @R0 Anl A, OFH Mov @Rl， A Inc Rl 基于單片機的教室燈光控制系統(tǒng)的設計 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控制和強制控制。首先，系統(tǒng)默認為自動控制模式。當系統(tǒng)進入初始化后，自診斷鍵盤是否按下，若有鍵按下，系統(tǒng)進入強制控制模式，然后通過鍵盤掃描程序，確認控制燈具的亮與熄；若無鍵按下，則為自動控制模式，通過自然光采集電路從 口的高低電平判斷自然光強度，若光強，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， 若檢測教室已經(jīng)無人，則蜂鳴報警 10 秒后熄燈具。燈具的亮與熄由繼電器驅動 。 另外，系統(tǒng)也受到時間的控制，分析了學生教室的用電情況，系統(tǒng)在到了晚上 10 點時，蜂鳴報警提示學生系統(tǒng)進入手動強制模式，則由學生自動控制。 系統(tǒng)的總流程框圖如圖 45 所示： 本章小節(jié) 本章結合此次教室燈光控制系統(tǒng)設計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、時鐘模塊。在程序設計過程中，采用合理的程序設計結構是一項關鍵技術。在本系統(tǒng)的設計過程中，總體設計采用自上而 下的設計思想將主程序設計好，而在各個部分展開成從屬程序或子程序時，是將各個小模塊分別進行設計和編程，同時在編程的過程中又用到了結構程序設計的思想。 四川理工學院本科畢業(yè)設計 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 10 秒 有人嗎？ 蜂鳴警告 延時 10 秒 Y N N N 基于單片機的教室燈光控制系統(tǒng)的設計 28 第 5 章 系統(tǒng)調試運行及問題分析 單片機系統(tǒng)調試方法及步驟 整個系統(tǒng)設計完成后，要進行運行調試，排除軟件和硬件的故障，同時驗證系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性，使系統(tǒng)符合設計 要求。本系統(tǒng)的調試主要分兩個步驟：單片機系統(tǒng)調試（硬件調試和軟件調試）及整個控制系統(tǒng)試運行調試。單片機系統(tǒng)的調試應包括硬件及軟件兩部分，主要是通過調試發(fā)現(xiàn)硬件及軟件中存在的問題，查看其運行結果是否符合設計要求。 系統(tǒng)硬件和軟件的研制可以相互獨立的平行進行，軟件調試可以在硬件完成之前，硬件也可以在無完整應用軟件的情況下進行調試，但它們需要借助另外的工具提供調試環(huán)境。硬件和軟件分調完成之后，還要再進行硬件和軟件的聯(lián)調，在調試中找出問題，判斷故障源，修改軟硬件。在對系統(tǒng)進行實際調試時，首先應對硬件進行靜態(tài)調試，同 時對系統(tǒng)軟件進行初步調試，此后再對軟件和硬件進行動態(tài)調試，最后才能使系統(tǒng)進入正常工作 . (1)靜態(tài)調試：靜態(tài)調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，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行，特別注意芯片的方向不要插反。 (2)軟件調試：在軟件調試時采用在計算機上利用模擬軟件實現(xiàn)對單片機的硬件模擬、指令模擬及運行狀態(tài)模擬，從而完成應用軟件開發(fā)的全過程。 (3)動態(tài)調試：控制系統(tǒng)的軟件和硬件是密切相關的，由于 軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)不能對硬件部分進行診斷，同時也不能實時在線仿真，所以用戶程序還需跟硬件連接起來進行聯(lián)調，同時對軟件和硬件進行檢查和診斷。整個單片機系統(tǒng)進行在線調試時，需借助仿真開發(fā)工具來對用戶軟件及硬件電路進行診斷、調試。 在應用系統(tǒng)各模塊電路調試成功后，將程序加載到在線仿真器上，這時就能單步或連續(xù)地執(zhí)行目標程序，同時也可以根據(jù)需要分段設置斷點執(zhí)行程序。而對于一些與硬件相關的用戶程序，如接口驅動程序等，則需要配合硬件，進行在線調試，如果有邏輯錯誤，也要及時糾正修改。 程序調試完畢后，利用編程器將程序固化到單 片機中，使整個系統(tǒng)運行起來。 各模塊電路調試流程圖如圖 5圖 5圖 5圖 54 所示： 四川理工學院本科畢業(yè)設計 29 通電運行，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 電源調試 圖 52 單片機最小系統(tǒng)調試 圖 53 按鍵電路調試 圖 54 采集電路調試 N 硬件連接無誤 下載按鍵程序 按鍵是否工作 按鍵調試部分成功 查看硬件和相應軟件是否正確 采集電路調試成功 調整硬件參數(shù)達到需要的物理量 給采集電路所需要的采集信號 是否達到系統(tǒng)要求 采集輸出端是否有相應輸出信號 硬件連接是否正確 Y N 基于單片機的教室燈光控制系統(tǒng)的設計 30 主要問題分析 在本系統(tǒng)的調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，同時增大散熱片來解決。 2．人體存在傳感器有人存在時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，單片機會產(chǎn)生誤判，或采集不到正確的信號，于是在人體存在傳感器的輸出端加一個 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，人體傳感器是不會有信號輸出的，那么如何判定教室此時有人的問題。 分析解決 ：此問題在系統(tǒng)軟件設計時，可將采集有人體信號存在的狀態(tài)適當延長保持二至五分鐘，并加以后續(xù)處理。 4．單片機控制信號輸出后，繼電器沒按預定設計產(chǎn)生動作。 分析解決：單片機輸出控制信號，在控制繼電器時，必須加三極管來驅動，否則信號電流過小將不能使繼電器產(chǎn)生吸合動作，而且必須采用三極管的集電極來驅動繼電器，最后再帶動負載。繼電器驅動電路中還需注意的是要與繼電器線圈并聯(lián)一個續(xù)流二極管，增加對驅動三極管的保護。 四川理工學院本科畢業(yè)設計 31 第 6 章 結束語 該教室燈光系統(tǒng)的控制是以 AT89S51 單片機芯片為核心，通過相關電路的驅動，完成對系統(tǒng)設備 (電燈 )的控制，采用一個二極管閃爍顯示整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實現(xiàn)了對教室燈光的自動開燈、關燈控制。系統(tǒng)控制單元的硬件電路中多采用集成電路 (DS1302， X5045 等 )，簡化了電路設計，同時節(jié)省了單片機 I/O 口資源，為系統(tǒng)進一步擴展留下了空間。系統(tǒng)的硬件及軟件設計具有很好的穩(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，硬件設計上盡量采用性價比高的元器件，以降低成本。軟件 設計上采用多任務形式對信號的采集、處理，達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，教室內部安裝智能控制裝備的數(shù)量也會有所不同，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)的應用也只是在有限的范圍內。若教室面積很大，超過人體傳感器輻射范圍，這樣采集的信號可能會不夠準確，進而影響控制設備的運行。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，使系統(tǒng)更加可靠，最好采用多個人體傳感器。 基于單片機的教室燈光控制系統(tǒng)的設計 32 參考文獻 [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)代建筑照明中的應用與研究 [J]．建筑論壇與建筑設計， 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)的實際應用 [J]．湖南水利水電， 2020(3)： 8586． [6] 沈瑞珠．智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的應用 [J]．低壓電器， 2020(5)： 2022． [7] 楊光．智能照明控制系統(tǒng)及其應用 [J]．福建建設科技， 2020(2)： 4950． [8] 龔南笛． Dynalite智能照明控制系統(tǒng)在廣州國際會展中心的應用 [J]．智能建筑電氣 四川理工學院本科畢業(yè)設計 33 技術， 2020， 3(1)： 7479． [9] 任培亮，魯鴻雁．機場出港大廳的 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計與開發(fā) [D]．合肥：合肥工業(yè)人學， 2020． [11] 李朝青 .單片機原理及接口技術 [M].北京：北京航空航天大學出版社， :303305. 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