【正文】 易于維護(hù)、維修等控制技術(shù)；(10)研究報(bào)警等附加功能問題 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)的人性化智能管理，提高用電效率。再者，每所院校不斷的擴(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、涼人了。我省各類大中專院校及其中小學(xué)總共有600百多所，我省就會(huì)浪費(fèi)近7900萬(wàn)度的電。就我校為例，初步統(tǒng)計(jì)大小教室大約安裝了共有5400盞燈，以每天僅亮燈8小時(shí)來(lái)計(jì)算，一年中扣除假期后。目前國(guó)內(nèi)各類院校中，由于同學(xué)們的自覺節(jié)能意識(shí)薄弱，在光線足夠強(qiáng)時(shí)也開燈，護(hù)潔課上完離開教室后燈還亮著的現(xiàn)象普遍存在。面臨如此緊迫的能源問題，我們應(yīng)該把著眼點(diǎn)放在“高效加強(qiáng)環(huán)境?！崩谩扒鍧崱蹦茉础！督ㄗh》*￥%……！amp。 我們黨在2000年10月11日黨第十五屆中央委員會(huì)第五次會(huì)議通過的《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)。*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。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)。 目前，我國(guó)照明用電約占社*￥%……！amp。從普*￥%……！amp。鑒于能源問題的重要性，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、節(jié)電290億度電。此外，能源問題不僅關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)*￥%……！amp。能源問題已成為制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵問題。展讓能源問題日益突出。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。飛利浦照明*￥%……！amp。其節(jié)能項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)在歐盟國(guó)家中廣為流傳。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。這樣，他們的能源使用總效率達(dá)到了90%。丹麥?zhǔn)荗ECD成員國(guó)中能源消耗量和國(guó)民收入比值最小的國(guó)家。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。于是，開發(fā)簡(jiǎn)便、實(shí)用的教室燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)便具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。例如樓道燈光的自動(dòng)控制等等。各類大、中專院校不斷擴(kuò)招，教室不斷擴(kuò)建，教室的用電負(fù)荷不斷加大，教室用電管理不善，造成學(xué)校電能浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)損失，這種的浪費(fèi)與當(dāng)今的節(jié)約能源理念相違背。 目前對(duì)燈光的智能控制，國(guó)內(nèi)外己經(jīng)開始采用，但對(duì)教室燈光的控制，尤其是我國(guó)教室燈光的智*￥%……！amp。而此問題對(duì)我國(guó)來(lái)說尤為嚴(yán)重。智能燈控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文目錄摘要1ABSTRACT2 9 21 4控制模塊軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)22 ULN2803驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用32 5系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析34 參考文獻(xiàn)39附圖A40附圖B 41附錄一 42附錄二44隨著社*￥%……！amp。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)荷的增加，又由于世界性的能源危機(jī)，能源缺乏已成為世界所面臨的嚴(yán)峻問題。隨著各類大、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題。能控制尤為缺乏和不完善，依然是傳統(tǒng)式的人工管理。再者，現(xiàn)代自動(dòng)化程度不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，燈光的管理也在朝著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。所有這些使得教室燈光控制也應(yīng)該朝著智能的方向發(fā)展。 世界各地發(fā)電的主*￥%……！amp。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。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。丹麥政府很重視住*￥%……！amp。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，并具有更高的光通和平均光通量。公司推出的陶瓷金鹵燈代替過去的鹵鎢燈，可節(jié)能60%的電能。中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)多年的高速發(fā)*￥%……！amp。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310倍。從環(huán)境和自然資源角度出發(fā)，能源問題也是我國(guó)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中一個(gè)關(guān)鍵因素。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。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。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:: 1. 5。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%。￥%……！amp。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”，通過采用大量的節(jié)能燈具，裝備新技術(shù)，通過增強(qiáng)透光性白天可節(jié)約照明能耗50%?！逼渲刑岬降幕A(chǔ)設(shè)施建設(shè)就包括了能源建設(shè)。還強(qiáng)調(diào)了能源建設(shè)要發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高利用效率。由*此可見，節(jié)能照明用電，對(duì)節(jié)能具有重要的意義。而且，節(jié)能規(guī)劃極為欠缺，教室的燈光控制由管理人員手工代替，教室極多，管理人員忙不過來(lái)，這樣就造成不必要的電能*浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。而以每天浪費(fèi)2小時(shí)用電來(lái)計(jì)算，占教室照明用電經(jīng)費(fèi)的四分之一。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。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)燈光控制相兼容，以降低成本。本課題擬通過試驗(yàn)研究教室燈光的各種控制方案解決如下關(guān)鍵問題:(1)照明回路的控制回路與控制器本身的節(jié)能問題；(2)傳感器與教室燈配合安裝的問題；(3)環(huán)境光參數(shù)輸入采集問題；(4)人存在傳感器參數(shù)輸入采集問題；(5)開、關(guān)燈的自動(dòng)與手動(dòng)兼容措施； 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。可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)控制相兼容。在自然環(huán)境光較弱時(shí)，有人存在且超過一定時(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。 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。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。系統(tǒng)控制單元是以單片主控模塊為核心，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、超時(shí)報(bào)警模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖31所示：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圖31系統(tǒng)控制單元結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)的主控模塊主要采用Atmel公司的AT89C52作為主控芯片，它是一種低功耗，8位CMOS工藝處理器，具有8K在線可編程Flash存儲(chǔ)器，片內(nèi)的Flash可多次編程，為在線編程提供了方便。因?yàn)樵O(shè)備的設(shè)置參數(shù)是根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行更改的，又要求是斷電能夠保存下來(lái)，所以本設(shè)備用一片EEPR0M來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)。89552引腳外圍器件引腳說明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X5045SIX5045串行輸入端X5045SCKX5045串行時(shí)鐘端X5045CSX5045片選端X5045S0X5045串行輸出端系統(tǒng)工作燈顯示端口DS1302CLKDS1302時(shí)鐘線DS1302I0DS1302數(shù)據(jù)線DS1302RSTDS1302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)端表31外圍器件接口的分配 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。 AT89C52芯片支持在線編程(ISP)功能，用戶可以通過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。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，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。使用方便、快捷，且工作顯示信號(hào)清晰。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。 供電原理圖在硬件時(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。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)說明。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。 光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電量的傳感器。在無(wú)光照時(shí)三極管的穿透電流很小，為暗電流Iceo有光照時(shí)，產(chǎn)生的Ib增大，成為光電流Ie。因此光敏三極管靈敏度高，而且體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，. 11 . 11 12所示。當(dāng)自然光強(qiáng)小于一定程度時(shí)，光敏三極管D6呈現(xiàn)高阻狀態(tài),100千歐，使三極管Q12截止，集電極輸出高電平。圖 自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的紅外線，利用紅外傳感器可對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。與量子型相比，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。本系統(tǒng)采用的是熱釋電紅外傳感器，人體存在傳感器主要采用了紅外傳感器的原理，它是目前在防盜報(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。人體存在傳感器的熱釋電紅外探頭的工作原理及特性如下:人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng) 左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就靠探測(cè)人體發(fā)射的左右的紅外線而進(jìn)行工作的。紅外感應(yīng)源采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生由人體存在的信號(hào)。 2)為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。 4)一旦有人進(jìn)入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被人體存在傳感器的熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而輸出有人體存在的信號(hào)。人體傳感器透鏡的信號(hào)采集敏感區(qū)示意圖如圖4. 2. 21圖4. 2. 21信號(hào)采集敏感區(qū)示意圖有人進(jìn)入時(shí)，移動(dòng)人體發(fā)出的紅外線被紅外傳感器接收，則人體存在被感應(yīng)，并輸出高電平。 人體傳感器HP208是深圳市浩博特電子有限公司研發(fā)和生產(chǎn)的基于紅外線術(shù)的智能產(chǎn)品，它的主要特性如下:(1)感應(yīng)為全自動(dòng)方式，人進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)輸出高電平()，人離開應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平()，其高低電平利于采集； (2)采用可重復(fù)觸發(fā)方式。 : 人體傳感器的1號(hào)引腳為電源信號(hào)端，3號(hào)引腳為地信號(hào)端，2號(hào)引腳為采集信號(hào)輸出端。比如晚間休息、假期等時(shí)間段應(yīng)該關(guān)掉教室燈光控制系統(tǒng)，以節(jié)約能源，因此本研