【正文】 ② 圖紙（幅面和張數(shù)） *： ③ 其他要求： II 指導教師簽名： 年 月 日 學生簽 名： 年 月 日 系主任審批 ： 年 月 日 說明： 1 本表一式二份，一份由學生裝訂入冊，一份教師自留 。 基于單片機的教室節(jié)電控制器的設(shè)計 摘要 基于 單片機的教室節(jié)電控制器的設(shè)計主要是通過控制 教室內(nèi) 光強和人數(shù)，達到教室節(jié)電的目的。 本系統(tǒng)是通過 STC12C5A60S2 單片機 作為主要控制裝置，并采用人體傳感器和紅外熱釋電傳感器檢測人的存在并計數(shù)，采用光強傳感器檢測教室內(nèi)光的強度。 設(shè)計后期，還對設(shè)計出的硬件設(shè)施進行調(diào)試和編程，最終呈現(xiàn)出理想的效果。 關(guān)鍵詞 ；單片機；人體傳感器；紅外熱釋電傳感器；光強傳感器；節(jié)電 The Design of Controller about Saving Electricity in Classroom with Microcontroller Abstract The Design mostly through control the light intensity and human to achieve the saving electricity in classroom. This discussion through the mode of saving electricity in domestic and foreign, and system of saving electricity in other collage to design a system more usefully of saving electricity in classroom. The system mostly control lamp of classroom by the microcontroller, and on this basis, developed the hardware device of classroom energysaving intelligent control system and the corresponding software. The system use STC12C5A60S2 as the intelligent part of the control device, pyroelectric infrared sensor to detect the presence of human body, using light intensity sensor probe environment light intensity. According the testing about light intensity and human ,plet the control of classroom lighting loop, avoid large amount of waste. Finally, the system is debugged, the experiment proved that the system can satisfy the control mand of the classroom39。 Human detection。 Light intensity sensor。 高校 集教學、科研和生活于一體，已成為重要的用電大戶，其照明用電量已占總用電量的 30%40%以上， 數(shù)目相 當可觀， 可見在保證照明質(zhì)量的前提下，對教室燈光進行自動控制，其節(jié)能效益和經(jīng)濟效益都是相當可觀的。再根據(jù)高校教室面積，學生在校天數(shù)，每天教室照明時間，節(jié)電率等參數(shù)，可以計算出節(jié)電度數(shù)和節(jié)約金額數(shù)。 h，整個學校共有 210 間教室進行計算，如果采用相關(guān)先進控制技術(shù)手段將其照明系統(tǒng)的節(jié)電能力提高 30%，則全年大約可以節(jié)約電能資源 105kw但是以目前形勢來看，對于高校節(jié)電，還處于粗放的一種狀態(tài)，什么時候開燈，多少人開燈，開多少燈，都沒有明確的規(guī)劃 【 4】 。所以，在此我設(shè)計了基于單片機的教室節(jié)電控制器，主要針對的就是不需過多人力，便可以實現(xiàn)教室節(jié)電，很大程度上解 決了高校用電緊張的問題。主要 節(jié)電 內(nèi)容有如下幾方面 :提高用電的效率。該燈泡 大約 可使用 9000 小時 ,在此期間只需 耗電 162 千瓦時 ,而相對于 一般的 75 瓦白熾燈 則 要用電 675 干瓦時。 采用西安工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 新 型 技術(shù)。最近加州一些大城市正進行 為紅綠燈換“心” 的工作 ，用新型的 發(fā)光二極管燈泡 取代 老式白熾燈泡。 其實 發(fā)光二極管早在 10 年前就已經(jīng)發(fā)明，它 的優(yōu)點是 比傳統(tǒng) 的白熾燈泡更亮更省電。但科學家已 研制出了新產(chǎn)品 ，一種氮化銦鎵的新材料，能 購使二極管發(fā)出強烈的綠光和黃光，這樣便可將 二極管燈泡用于交通信號燈 中【 6】 。 位于 美國東北 部的 電力公司向用戶推銷 “熒光材料燈” ,其耗電量只是 普通燈泡的 五分之一 。新電池的使用則具有價格較便宜或效率較高的特點。 在我國， 20xx年的各大照明類 的 產(chǎn)品展會上，眾多企業(yè)推出了 自己研發(fā)的 新型智能照明產(chǎn)品。目前， 政府也 逐漸認識到智能照明產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢， 并決定 開始在社會上推廣。上海市 有關(guān)部門決定，在夏季用電高峰時，上海市中心主要景觀道路上的路燈要安裝智能控制系統(tǒng)。目前市場對智能燈光控制系統(tǒng)的需求量也越來越大，因此這類產(chǎn)品的發(fā)展也非常迅速。 目前市面 上已經(jīng)出現(xiàn)了大量的智能燈光控制系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)造 越來越復雜，燈具之間有媒介聯(lián)系，方便管理和操作，智能化水平越來越高。探測器產(chǎn)生誤報 的 主要原因是因為缺乏對 PIR傳感器輸出的紅外信號進行充分有效的分析，對信號中所含有的特征信息沒有進行有效的數(shù)據(jù)挖掘，不利于產(chǎn)品在實際應(yīng)用中的推廣。 20xx年，韓國釜山國立大學研發(fā)了基于熱釋電紅外傳感器（ PIR）陣列的室內(nèi)位置檢測系統(tǒng)， ADEMCO 西安工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 International、德國西門子安防、加拿大 PARADOX SUCURITY SYSTEMS LTD等公司推出了智能 PIR入侵探測器。 但 這種測量方法 也 只 能說 是模糊的給出光強是大是小的概念，完全建立在個人經(jīng)驗或者說個人習慣上，而 在 國家最新頒布的《建筑照明設(shè)計標準 GB 5003420xx》規(guī)定教室、閱覽室等大面積公共照明場所內(nèi)照度值不得低于3001x。因此，光的強度依靠個人經(jīng)驗來定強弱，并作為開關(guān)燈的依據(jù)是不夠合理的。 遙控器部分主要內(nèi)容 遙控器主要實現(xiàn)以下功能 : 通過鍵盤完成對教室節(jié)電控制器的密碼、初始化時間、照度人數(shù)閾值和工作時間等的設(shè)定任務(wù)。 教室節(jié)電控制器部分主要內(nèi)容 教室節(jié)能控制器的主要功能如下 : 把無線數(shù)傳模塊發(fā)送過來的系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)存儲在 EEPROM 存儲器內(nèi)； 通過紅外熱釋電傳感器和光電傳感器實時采集人體存在信號、模糊人數(shù)，通過光強傳感器采集照度信號，將數(shù)據(jù)采集主控制器； 依據(jù)設(shè)置的控制模式和采集到的數(shù)據(jù)對燈組進行開關(guān)控制。 主要 內(nèi)容 可總結(jié)為以下幾點： 西安工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 （ 1）現(xiàn)有照明系統(tǒng)的特性及其相關(guān)情況； （ 2）遙控器控制節(jié)電控制器的方法； （ 3）人體存在信號和光照強度信號的采集與處理； （ 4）光強閾值和人數(shù)閾值的確定； （ 5）傳感器在教室的分布、安放問題； （ 6）人為控制與自動控制的結(jié)合。教室節(jié)電控制器的主要功能是把無線數(shù)傳模 塊發(fā)送過來的系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)存儲在 EEPROM 存儲器內(nèi)；再通過紅外熱釋電傳感器和光電傳感器實時采集人體存在信號、模糊人數(shù)。這里，我們在單片機的選擇上是 以STC12C5A60S2 單片機主控模塊為核心； 光電傳感器的核心選擇為光敏電阻 ； 在紅外熱釋電傳感器的選擇上，利用傳感器 LHI778 檢測人的存在；繼電器 選擇 的型號為 G5LA14 5V 直流雙通電磁繼電器 ,并 由 PNP 型號的 S8550 三極管來驅(qū)動三極管繼電器 【 5】 ； 系 統(tǒng)看門狗電路系統(tǒng)采用芯片 X5045。 S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 2單片機最小系統(tǒng)人 體 計 數(shù) 模 塊數(shù) 碼 管 顯 示 模 塊光 強 檢 測 電 路E E P R O M 模 塊時 鐘 模 塊熱 釋 紅 外 傳 感 器遙 控 器 控 制模 塊 電 路電 源 模 塊 電 路 圖 整體設(shè)計圖 本 系統(tǒng)主要由 光強傳感器、 激光傳感器 熱釋紅外塊組成。 在教室內(nèi)部，將激光傳感器模塊和熱釋紅外電模塊放置在教室門兩側(cè)，用來西安工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 檢測人數(shù)和模糊 人數(shù)，將光強檢測傳感器 放置在教室內(nèi)部，用來檢測教室光強。 當教室光強低于設(shè)定閾值時，比通過激光傳感器模塊和熱釋紅外電模塊計算人數(shù)，會依次打開部分教室燈組 。 光照因素 全世界有很多國家對建筑照明有明確的規(guī)范。 關(guān)于光信號的采集，如常見的聲光控延時開關(guān)采用的是光敏元件（光敏電阻），利用元器件對光強的響應(yīng)特性來設(shè)計電路。難以準確的確定光照度。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，這類芯片的集成度和精度也是愈來愈高。 人體紅外探測 系統(tǒng)判斷 是否需要開燈 還有一個重要因素，那就是教室內(nèi)是否有人，而判斷人體是否存在，則是利用熱釋電紅外傳感器監(jiān)控人體發(fā)出的紅外射線來實現(xiàn)的。熱釋電紅外 傳感器 是一種被動式調(diào)制型溫度敏感器件，利用熱釋電效應(yīng)工作，它是通過目標與背景的溫差來探測目標的。這種探測器，靈敏度高，探測面廣 ，是一種可靠性很強的探測器。 等傳感器和帶有 PCB控制電路的傳感器。 另外 人體紅外輻射波 長在 9~10μm ，所以需要選擇適合的濾波片，同時加上菲涅耳透鏡可適當提高探測器的靈敏度。這樣既可以大大減少人工控制也可以滿足教室使用要求的多變性。本系統(tǒng)單片機選擇是 STC12C5A60S2，引腳圖如圖 所示。內(nèi)部集成 有 MAX810 專用復位電路，2 路 PWM， 8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，針對電機控制，強干擾場合。 系統(tǒng)接通 220V 交流電源后， 我們選擇 9V 變壓器 將 220V 交流電變壓到 9V， 先 經(jīng)過二極管全波整流、 再通過 電解電容 C1 C21濾波，最后 經(jīng) LM7805穩(wěn)壓芯片得到穩(wěn)定的 +5V 電源。電源模塊原理圖如圖 所示。所以，需要在硬件中設(shè)計 看門狗電路 ，防止單片機發(fā)生狀況。 本次 設(shè)計 會 使用芯片 是 X5045。 看 門狗定時器的預置時間是 由 X5045 的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位 決 定的。如表 所示 。 看門狗復位電路圖如 圖 所示。看門狗可以 在電源上電、掉電 的 期間產(chǎn)生一個復位信號。如果 系統(tǒng) 在 秒內(nèi)未檢測到其工 作， 就會判定系統(tǒng) 出現(xiàn)故障，看門狗 WD1 就會 處于 一個 低電平狀態(tài)， 這樣可以 為系統(tǒng)提供保護， 就會 避免死機、 進入死循環(huán) 或 程序跑飛等意外的發(fā)生。時鐘模塊主要 是 由 兩個 5~30pF的負載電容 和 一個高速石英晶振接地組成。在設(shè)計電路時， 電容和 晶體應(yīng)盡可能靠近單片機芯片安裝， 這樣可以減少寄生電容， 保證振蕩器穩(wěn)定和可 靠地工作。 圖 晶振電路 結(jié)合 電源 電路 、晶振電路、復位電路 ，單片機最小系統(tǒng)原理圖如圖 所示。大量 的性能研究成果表明，光敏電阻所產(chǎn)生 的光譜響應(yīng)峰值與人視覺敏感區(qū)的光 的 波長非常接近；而且當外部光 強發(fā)生減弱 的同 時，光敏電阻的響應(yīng)時 長 也會相應(yīng)增加。 圖 是光強檢測電路。 C C11 的作用是濾除電源雜波，這樣就不會 影響電源的穩(wěn)定性； D4是電壓為 的穩(wěn)壓二極管，作用是 穩(wěn)定電源。 熱釋電紅外人體檢測電路 熱 釋電紅外傳感器是本系統(tǒng)的人數(shù)位置信的號檢測器， 本系統(tǒng)采用 的是 德國原裝進口 LHI778，其 特點是 靈敏度高，可靠性強， 可以 廣泛 的 應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電器設(shè)備。 該芯片具有較強的信號集成處理的能力，其內(nèi)部集成了電壓比較器、電壓放大器、延時電路、狀態(tài)控制器及封鎖定時器。 如果 加上菲涅爾透鏡后， 這樣 能夠探測 范圍是 150 度的圓錐， 而 直線探測 的 距離是 6 米左右。