发布时间：2022-03-02所属分类：电工职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：本文主要针对目前学校教室照明存在电能严重浪费、管理效率较低的现状，设计一个智能照明系统，实现教室光照不足的情况下人来灯开、人走灯灭的功能。通过对系统硬件、软件的设计，在Promes软件中进行了仿真调试。结果表明，达到了灯组的有效控制，可实现节约电能
摘要：本文主要针对目前学校教室照明存在电能严重浪费、管理效率较低的现状，设计一个智能照明系统，实现教室光照不足的情况下“人来灯开、人走灯灭”的功能。通过对系统硬件、软件的设计，在Promes软件中进行了仿真调试。结果表明，达到了灯组的有效控制，可实现节约电能、提高教室照明系统管理效率的目的。
关键诩：单片机;人体感应;智能照明
0引言
随着科技的发展，人们的生活品质不断提升，但能源短缺问题越来越严重。因此，节能降耗已成为国家发展的主题之mltI。通过观察发现公共区域的照明系统在白天或无人时，灯长时间亮的问题，尤其在各高校教室问题较为严重。通过调研发现高校教室照明是统一管理，在规定的时间内统一开灯或关灯，这样会导致：一是在阴天或其它光照不足的情况下不能及时开灯;二是有时教室无人或人少时屋内所有的灯都亮着，造成了在管理上比较教条与电能浪费的问题。在此背景下，开发一种智能照明控制系统变得尤为重要，根据光照强度和室内人数进行电灯的控制以实现电灯的开启与关闭。
该控制系统以学校教室内的灯组为控制对象，实现光照不足条件下“人来灯开，人走灯灭，人多多开，人少少开”的功能。由于合理分配电能，节约了资源，在一定程度上增加了照明灯具的使用寿命，对节能降耗具有十分重要的现实意义。
1系统总体设计
1.1系统组成
本系统由单片机最小系统、光照采集单元、人体感应单元、显示单元、灯组及按键电路6部分组成。单片机最小系统实现数据的采集、处理与显示功能;光照采集单元通过实现教室内光照强度的采集，形成是否开灯的条件之一;人体感应单元以实现室内是否有人的检测功能，形成开哪些灯、开多少灯的条件;显示单元实现灯组状态信息的显示;按键电路实现手动控制功能。系统结构框图如图1 所示。
1.2灯组排布
控制系统为了达到在不影响室内光照强度的前提下尽量节省能源的目的，采用了分组分控的方法控制灯组，即将教室分为多块区域，各区域都装有一块人体感应模块和一个灯组，使之能够独立完成灯组开关。
图2为一间教室内的灯组排列图，将教室分成9个区域，即一个区域由一盏灯控制，原则上人少时打开单盏灯，但实际各区域含有重叠部分，对于重叠区域，人站在哪个区域，就打开覆盖相应区域的灯组。这样若某一区域有人，打开的是一个灯组，不仅在保证光照强度基础上，避免了阴影的产生，同时也节约电能。
2系统硬件设计
2.1单片机最小系统
单片机最小系统由AT89C51微处理芯片、时钟电路和复位电路3部分组成。AT89C51由一种带4K字节FLASH存储器、128字节内部RAM、32个I/O口线、两个16位定时/计数器等部分组成，具有低电压、低功耗、高性能的优点;时钟电路由一个12MHz的晶振、两个20pF的电容组成;复位电路采用按键复位的形式。图3人体感应单元接口图 Fig.3 Human body sensing unit interface diagram
2.2光照采集单元
环境光照采集单元主要由光敏电阻作为检测元件，对室内光照强度进行检测。当光照强度高于设定值时，无论是否有人都不会开灯，本设计逻辑定义为：当室内光强低于设定值为“1”，反之为…0’，当室内光强低于一定值时，单片机接收到信号，然后开始进行下一步人体红外线检测。光敏电阻工作原理基于内光电效应，即由于光量子作用，引发了物质电化学性质的变化。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成了光敏电阻，在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换【2】。人射光消失后，由光子激发产生的电子——空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值[31。本系统选用光敏电阻5516型号的感应器。
2.3人体感应单元
人体感应模块采用HC—SR501，它是基于热释电效应制成的红外传感器，可以实现全自动感应，即当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。它的优点是抗干扰能力强，且感应范围可调[4】，功耗低。输出高电平信号，也有利于电路对接。
人体的恒定体温一般在37℃左右时会发出特定波长为 10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的IOUM左右的红外线来进行工作。人体发射的IOUM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上[5】。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生相应信号【6】。
设计使用HC—SR501的可重复触发方式，即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平口1。
2.4显示模块
显示模块采用128×64点阵液晶模块，显示分辨率为 128×64。LCDl2864分为带中文字库与不带中文字库两大类。其中，带中文字库的LCD每屏可显示4行8列共32个 16×16点和128个16 X 8点ASCII字符集【8】，或可显示8×4行 16 x 16点阵的汉字。该液晶显示屏所组成的显示电路具有编程简便、易操作、硬模块搭建简洁、价格低廉、适用性广泛等特点。该显示模块可以实现灯组工作状态及对应区域是否有人等相关信息的显示，同时也可加入时钟信号显示具体的日期和时间，从而进行更加有效地管理与监控。
2.5按键电路
按键电路主要实现手动控制方式，按键的输入信号主要用POl l，将相应按键产生的控制信号输入单片机对应的端口，以实现对应灯组的控制。
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系统中按键工作方式采用中断扫描方式，当系统未检测到按键按下时，系统检测到某一按键按下，相应的端口则被按键所短接置为低电平，单片机检测到对应端口电平的变化情况时，进而实现控制相应灯的打开与关闭。图4为其中一路按键接口电路图。
3软件设计
系统软件主要包括系统的初始化、感应信号的采集与处理、信号的输出控制，以及显示程序与按键程序等。系统开始启动进行初始化后，首先环境光检测电路对环境光强进行检测，当环境光较亮时，系统始终对环境光进行采集;当环境光较暗时，系统自动打开人体红外线采集模块，若有人进入探测范围时，人体感应模块将信号反馈给单片机，单片机进而打开相应灯组，当人长时间位于同一位置时，人体感应模块开启可重复触发模式，并将信号传给单片机，单片机打开人体位置周围灯组，并且显示相应的信息。系统主流程图如图5所示。
4系统的仿真调试
该系统是基于Keil和Proteus软件环境仿真调试的， Proteus软件中进行硬件的设计，通过在Keil软件进行程序的编写与编译下装到单片机中，在Proteus中进行系统的仿真，仿真图如图6所示。仿真测试中采用相应的彩管模拟光照强度和人体采集信号，经过调试，实现了灯组的有效控制，显示器能够准确显示相关信息。
5 总结
本文通过对学校教室智能照明系统的硬件设计、仿真设计，在Protues中进行调试，实现了预期的功能。系统调试的成功可以改善目前学校教室“白天无人灯亮、人走灯亮”的现象，并且可以提高学校照明系统的管理效率，节省人力，节约电能，降低成本，同时在一定程度够延长灯具的使用寿命，具有较强的现实意义。——论文作者：徐亮，刘勇，张潇杨
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