【正文】 防盜報(bào)警、火災(zāi)檢測(cè)、自動(dòng)門、自動(dòng)水龍頭、自動(dòng)電梯、自動(dòng)照明等場(chǎng)合，及非接觸溫度測(cè)量等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的傳感器。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(dòng)紅外傳感器與量型相比，響應(yīng)的紅外線波長(zhǎng)范圍較寬，價(jià)格便宜，并可在常溫下工作。其中可變電阻 R26 可調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié) R26 阻值的大小，使 Q12 三極管受 環(huán)境光影響在適當(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。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。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。在無(wú)光照時(shí)三極管的穿透電流很小，為暗電流 cboceo ???? )1( ? 。 環(huán)境光采集電路 光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電量的傳感器。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。具體電路及其原理將在后面的系統(tǒng)時(shí)鐘電路部分詳細(xì)說(shuō)明。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。故不選用輸出電壓為 12V 的變壓器，而選用輸出電壓為 9V的變壓器。使用方便、快捷，且工作顯示信號(hào)清晰。在線編程 (ISP)器的紅色 LED是電源指示燈，綠色 LED 是復(fù)位指示燈，黃色 LED 是時(shí)鐘信號(hào)指示燈，每個(gè) LED 約消耗 0. 6mA 的電流，它們使用獨(dú)立的緩沖器不會(huì)影響下載線和用戶板，當(dāng)執(zhí)行菜單命令 Reset 時(shí)可以看到綠色 LED 閃一下，表示電腦已經(jīng)可以控制下載線 。 AT89C52 芯片支持在線編程 (ISP)功能，用戶可以通過(guò) AT89C52 在線編程接口直接對(duì)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。 3. 2. 2 在線編程模塊電路 以往單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)往往依賴于仿真機(jī)和單片機(jī)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，價(jià)格昂貴，近年來(lái)，隨著FLASH 型單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，采用軟件模擬結(jié)合寫片驗(yàn)證成為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的實(shí)驗(yàn)方法，尤其是隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，很多單片機(jī)都具有了 ISP 功能，不再需要仿真機(jī)，將單片機(jī)的易用性推向一個(gè)新的高度。 (2) 1 19 腳分別與 20 腳間有 ― 89552引腳 外圍器件引腳 說(shuō)明 ULN2803 數(shù)碼管段碼驅(qū)動(dòng)接口 NPN9012基極 數(shù)碼管位控驅(qū)動(dòng)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(hào)端 人體存在傳感器輸出信號(hào)端 超時(shí)報(bào)警信號(hào)輸入端 燈光驅(qū)動(dòng)輸入端 光敏三極管輸入信號(hào)端 (3) 9（ RST）腳與 GND 間電壓基本為 0 。 AT89S52I/0 端口與系統(tǒng)其它外圍器件接口的分配情況表如表 32 所示。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(jiǎn)捷。 51 系統(tǒng)模塊 ISP 下載線模塊 看門狗模塊 硬件時(shí)鐘模塊 數(shù)碼管顯示模塊 燈光驅(qū)動(dòng)模塊 環(huán)境光模塊 EEEPROM 存儲(chǔ)器模塊 電源模塊 人體存在傳感器模塊 控制模塊的硬件構(gòu)成 系統(tǒng)控制單元是以單片機(jī)主控模塊為核心 ，其它外圍電路主要包括： ISP 下載線模塊、系統(tǒng)供電模塊、硬件時(shí)鐘模塊、看門狗模塊、燈光驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示模塊、環(huán)境光模塊、 EEPROM 存儲(chǔ)模塊、人體存在傳感器模塊、遙控器模塊、遙控器接收模塊及超時(shí)報(bào)警模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。而軟件部分，是對(duì)硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，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(dòng)與手動(dòng)相結(jié)合的教室照明智能控制。 本文所研究的教室燈光控制器主要是由硬件和軟件兩大部分組成。在自然環(huán)境光較強(qiáng)光線足夠時(shí)，無(wú)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(guò)一定時(shí)間，控制器自動(dòng)打開電燈，直到人離開后再延時(shí)一定時(shí)間后關(guān)燈。 系統(tǒng)控制方案的分析 所研制的控制器以自然光強(qiáng)度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)。其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)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(lái)對(duì)教室燈進(jìn)行智能控制可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。 本課題研究的內(nèi)容和目標(biāo) 1. 3. 1 研究?jī)?nèi)容 本課題的研究?jī)?nèi)容有如下幾點(diǎn)： (1)了解教室照明光強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)； (2)調(diào)研教室燈光照明需求以及環(huán)境光強(qiáng) 弱與開、關(guān)燈的關(guān)系； (3)研究人體存在探測(cè)技術(shù)，探測(cè)角度與范圍； (4)研究傳感器教室分布、安放問(wèn)題，是否一燈一個(gè)傳感器或多燈公用傳感器等； (5)研究確定人體傳感器的有關(guān)參數(shù)； (6)研究燈光控制器電源問(wèn)題； (7)研究控制器參數(shù)值設(shè)定的要求及方案； (8)研究人工設(shè)置參數(shù)、掉電保存參數(shù)的問(wèn)題； (9)研究與現(xiàn)有教室照明相兼容，易替代，不易被偷盜、被仿制，易于維護(hù)、維修等控制技術(shù)； (10)研究報(bào)警等附加功能問(wèn)題； 研究目標(biāo) 研究的教室燈光控制系統(tǒng)能 用于現(xiàn)有教室照明系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的性化智能管理，提高用電效率；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)燈光控制相兼容，以降低成本；通反復(fù)試驗(yàn)和改進(jìn)，最終達(dá)到可靠性、實(shí)用性、推廣性較好的目標(biāo)。再者，每所院校不斷擴(kuò)招，教室不斷的擴(kuò)建，若再?zèng)]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?！督ㄗh》還強(qiáng)調(diào)了大中專院校及其中小學(xué)總共有 600 百多所，若都象我校一樣每年浪費(fèi) 13. 06萬(wàn)度電 崖話，我省就會(huì)浪費(fèi)近 7900 萬(wàn)度的電。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(guò)采用大量的節(jié)能燈具，裝備新技術(shù)，通過(guò)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(huì)第五次會(huì)議通過(guò)的《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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)。如今，北京正在大力推行綠色照明工程，己推出上百萬(wàn)只綠色照明光源和部分節(jié)能電器，據(jù)測(cè)算年節(jié)約用電可達(dá)3442 萬(wàn)千瓦時(shí)，節(jié)約電費(fèi) 25 萬(wàn)元。上海、河北等一些地方采取政府對(duì)節(jié)能燈大宗采購(gòu)每只補(bǔ)貼 3 至 4 元的方式進(jìn)行推廣。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)定有很大影響。能源問(wèn)題已成為制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)多年的高速發(fā)展讓能源問(wèn)題日益突出。飛利浦照明公司推出的陶瓷金鹵燈代替過(guò)去的鹵鎢燈，可節(jié)能 60%的電能。其節(jié)能項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)在歐盟國(guó)家中廣為流傳。丹麥政府很重視住房空間用電的節(jié)能，并設(shè)立了對(duì)新建房屋節(jié)能的諸多要求。他們不斷 地提供一些節(jié)能供熱系統(tǒng)，例如丹麥熱電同供熱電廠 (CHP)，而且，他們盡可能的有效利用資源。從 1974 年以來(lái)，盡管丹麥國(guó)民收入增長(zhǎng)了 50%丹麥總的能源消費(fèi)量并沒有增加。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，實(shí)驗(yàn)證明這種方案可以實(shí)現(xiàn)對(duì)教室燈進(jìn)行智能控制。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。在校園內(nèi)，教室燈火通明，卻空無(wú)一人的現(xiàn)象屢見不鮮，這不僅造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，也對(duì)高校的形象造成了很壞的影響。但是目前國(guó)內(nèi)各 大高校中，同學(xué)們的自覺節(jié)能意識(shí)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(guò)來(lái)，同時(shí)造成我國(guó)電量不必要的浪費(fèi)以及經(jīng)濟(jì)損失。作為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活不可或缺的電力能源更是如此。而此問(wèn)題對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)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(lái)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(wèn)題。該系統(tǒng)具有體積小，控制方便，可靠性高，專用性強(qiáng)，性價(jià)比合理等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足各類大、中專院校教室燈光控制的要求，很大程度的達(dá)到節(jié)能目的。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?；?AT89C52 單片機(jī)的高校節(jié)能燈光控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 摘 要 本研究針對(duì)教室燈光的控制方法，尤其是教室燈光的智能控制方面的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了教室燈光智能控制的原理和實(shí)現(xiàn)方法，提出了基于單片機(jī)的教室燈光智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)智能控制系統(tǒng)的硬件裝置以及相應(yīng)軟件。 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(cè)人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測(cè)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(guò)對(duì)人體的存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)的識(shí)別和智能判斷，完成對(duì)教室照明回路 的智能控制，避免了教室用電的大量浪費(fèi)。 單片機(jī)軟件采用匯編語(yǔ)言編制，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、條理清晰、通用性好，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。 關(guān)鍵詞：人體、紅外線、傳感器、自動(dòng)控制、熱釋電 本課題研究的意義 隨著社會(huì)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(wèn)題。 日前，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源短缺問(wèn)題日益突出，成為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。尤其現(xiàn)今越來(lái)越提倡低碳生活，節(jié)約能源已經(jīng)成為一種全球共識(shí)，而作為培養(yǎng)社會(huì)精英的高校更應(yīng)該起到榜樣的作用。據(jù)中國(guó)行業(yè)研究（ ）的報(bào)道，我國(guó)照明用電約占全國(guó)用電量的 13%左右，而對(duì)照明時(shí)間長(zhǎng)，照明場(chǎng)所多的學(xué)校而言，照明電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)數(shù)字指標(biāo)。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。其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號(hào)和環(huán)境光強(qiáng)度信號(hào)等外界因素。 國(guó)內(nèi)外教室燈光控制器研究的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)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。丹麥?zhǔn)?OECD 成員國(guó)中能源消耗量和國(guó)民收入比值最小的國(guó)家。這樣，他們的能源使用總效率達(dá)到了 90%。數(shù)據(jù)顯示，居民入住有節(jié)能裝置的房子時(shí)，他們要支付比沒有節(jié)能方案房屋高出 8%的費(fèi)用。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。種種跡象表明世界各 國(guó)都在采取不同方式來(lái)節(jié)約能源，節(jié)約電能。雖然我國(guó)能源總儲(chǔ)量不低，但由于我國(guó)人口眾多，所以人均儲(chǔ)量少，單位產(chǎn)值的能耗是發(fā)達(dá)國(guó)家的 3 10倍。從環(huán)境和自然資源角度出發(fā)，能源問(wèn)題也是我國(guó)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中一個(gè)關(guān)鍵因素。鑒于能源問(wèn)題的重要性，我國(guó)在綠色照明工程新聞發(fā)布，綠色照明工程未來(lái)五年間將在公用設(shè)施、賓館、商廈、居民住所等全國(guó)建筑物中推廣 1. 5 億只節(jié)能燈，節(jié)電 290 億度電。從普通白熾燈到高效節(jié)能燈，使我國(guó)的電光源產(chǎn)品結(jié)構(gòu)逐步向節(jié)電型轉(zhuǎn)變，熒光燈與普通白熾燈的比例由1995 年的 l:6. 25 上升到目前的 1: 目前，我國(guó)照明用電約占社會(huì)總用電量的 12%，采用高效照明產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低效照明產(chǎn)品可節(jié)電 60%到 80%。政府己經(jīng) 在商廈、學(xué)校醫(yī)院等更換了 24 萬(wàn)只節(jié)能燈具。”其中提到的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)就包括了能源建設(shè)。導(dǎo)致電能的極大浪費(fèi)。 基于以上種種原因，提高教室用電效率就成為學(xué)校節(jié)能的重要且主要的措施之一，因此節(jié)能技術(shù)的重要手段之一就是教室燈關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無(wú)疑就成為其中一項(xiàng)重要課題。 本課題擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題 本課題擬通過(guò)試驗(yàn)研究教室燈光的各種控制方案解決如下關(guān)鍵問(wèn)題： (1)照明回路的控制回路與控制器本身的節(jié)能問(wèn)題； (2)傳感器與教室燈配合安裝的問(wèn)題； (3)環(huán)境光參數(shù)輸入采集問(wèn)題； (4)人存在傳感器參數(shù)輸入采集問(wèn)題； (5)開、關(guān)燈的自動(dòng)與手動(dòng)兼容措施； 器簡(jiǎn)介及控制方案的分析 教室燈光控制器簡(jiǎn)介 教室燈光控制器可實(shí)現(xiàn)有效的教室燈光智能控制。 教室燈光控制器一般安裝在教室內(nèi)避開電燈直射的位置，且人體傳感器安置時(shí)應(yīng)使人體活動(dòng)方向與人體傳感器中兩個(gè)熱釋電元連線方向垂直，這樣可使人體存在信號(hào)采集更加靈敏、可靠，同時(shí)還要盡可能避免外界風(fēng)直接吹向人體傳感器 ?？梢詫?shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)控制相兼容。同時(shí)，還要按作息時(shí)間來(lái)控制，夜晚超過(guò) 12 點(diǎn)，若還有人存在，則關(guān)閉自動(dòng)控制器的運(yùn)行，改用遙控器或機(jī)械開關(guān)來(lái)手動(dòng)控制，以解決因特殊情況下，自動(dòng)控制器的不人性化運(yùn)行。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(tái)。 考慮到本系統(tǒng)所安裝的環(huán)境影響因素比較多，且教室控制設(shè)備中的人體存在傳感器、光敏三極管等經(jīng)常會(huì)因環(huán)境情形變化而不穩(wěn)定，所以在設(shè)計(jì)過(guò)