191基于51單片機(jī)的教室智能照明控制系統(tǒng)資料

191基于51單片機(jī)的教室智能照明控制系統(tǒng)資料,基于,51,單片機(jī),教室,智能,照明,控制系統(tǒng),資料 A教室燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)The Auto -control System of Classroom LightsI目 錄緒論.11 教室燈光自動(dòng)控制整體描述.31.1 燈光控制總體思想.31.2 燈光控制方案分析.42 硬件電路設(shè)計(jì).52.1 控制核心模塊.52.2 教室人數(shù)檢測模塊.62.2.1 熱釋電紅外傳感器的原理.62.2.2 教室人數(shù)檢測模塊的功能實(shí)現(xiàn).82.3 教室光照強(qiáng)度檢測模塊.92.3.1 光敏三極管的選擇及功能簡述.92.3.2 光敏三極管檢測光強(qiáng)原理及其模擬形式.102.4 燈控模擬模塊.112.5 液晶顯示和報(bào)警模塊.113 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì).133.1 系統(tǒng)主程序流程圖.133.2 系統(tǒng)子程序流程圖.143.2.1 按鍵控制流程圖.143.2.2 液晶顯示控制流程圖.154 系統(tǒng)仿真.16結(jié)論.17參考文獻(xiàn).18致 謝.19II插圖索引圖 1 設(shè)計(jì)方案流程圖 .3圖 2 系統(tǒng)方框設(shè)計(jì)圖 .4圖 3 單片機(jī)最小系統(tǒng) .5圖 4 雙探測元熱釋電紅外傳感器 .6圖 5 熱釋電信號(hào)調(diào)節(jié)電路 .7圖 6 BISS0001 外引線連接圖 .8圖 7 紅外檢測模塊示意圖 .9圖 8 感光信號(hào)采集模擬電路 .10圖 9 燈控區(qū)模擬 .11圖 10 液晶顯示圖 .12圖 11 系統(tǒng)主流程圖 .13圖 12 按鍵控制流程圖 .14圖 13 顯示子程序流程圖 .15圖 14 系統(tǒng)整體仿真圖 .16III教室燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)摘 要本研究針對(duì)教室燈光的控制現(xiàn)狀及用電大量浪費(fèi)的現(xiàn)象，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的設(shè)計(jì)思路。該系統(tǒng)以 AT89C52 單片機(jī)作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外傳感器檢測人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測環(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)。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。【關(guān)鍵詞】：教室燈光控制 熱釋紅外傳感器 光敏電阻 AT89C52IVThe Auto -control System of Classroom Lights AbstractThis study of intelligent control classroom lamplight, analyzes the current situation of the development of the classroom light of intelligent control principle and method, is proposed based on single-chip microcomputer intelligent control of the classroom lamplight design. This system to AT89C52 single chip computer as control device of intelligent parts, adopts heat release infrared sensor detects the release of human existence and adopts photoconductive resistance constitutes circuit testing environment light intensity. According to the classroom light conditions and the measured the signal of human body system and ambient light, the system can make reasonable and intelligent judgment and then controls the work of classroom lighting circuit .It is a effective way to avoid the classroom of waste electricity. Small volume, convenient control, high reliability, high specificity and price reasonable make this system satisfy the advantages of large, secondary technical schools classroom light control requirements and greatly reach energy-saving purpose.【Key words】 heat release infrared sensor photoconductive dynatron AT89C52緒論隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會(huì)的進(jìn)步越來越依賴于資源的開發(fā)與利用，然而與日俱增的能源需求和有限的資源數(shù)量形成了巨大的矛盾,能源短缺問題日益突出，成為一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“ 瓶頸” 。在尋找替代品、提高能源利用率和節(jié)約能源等幾種緩解能源危機(jī)的途徑中，節(jié)能無疑是符合可持續(xù)發(fā)展要求。英國城市大型徹夜燈光照明現(xiàn)象很少見，無論公司和政府部門，都沒有虛浮華麗的所謂“照明工程” [14]。夜晚漫步在倫敦街頭，看不到大面積光華淌瀉與樓體通明的景觀，所有照明都基本以不影響人們的正常生活節(jié)奏為準(zhǔn)。許多店鋪櫥窗的燈光在打烊后會(huì)全部關(guān)閉，有些店鋪還采用定時(shí)關(guān)燈裝置。在政府住宅樓和公寓樓內(nèi)，樓道里的公用燈也大多采用自動(dòng)斷電裝置。作為提高能源使用效率最重要的途徑之一，德國政府努力推動(dòng)能源公司實(shí)施“供熱供電結(jié)合” ，鼓勵(lì)能源公司將發(fā)電的余熱盡可能用于供暖。2002 年，德國頒布了促進(jìn)“供熱供電結(jié)合”的法規(guī)，根據(jù)這一法規(guī)，政府向?qū)嵤┰摯胧┑哪茉垂?，尤其是小型能源公司提供補(bǔ)助，幫助他們置辦相應(yīng)設(shè)備。中國城市每年用于公共照明的能源支出高達(dá) 280 多億，節(jié)能空間巨大。其中路燈照明能耗占 30%以上。發(fā)展城市道路照明的同時(shí)，路燈以供街道照明以外，還大力興建了不少景觀照明工程，美化城市的夜景，但同時(shí)也帶來了能耗的極大浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì) 2005 年，我國全社會(huì)的總用電量約為 24000 億kW·h，照明用電量約為 3000 億 kW·h，且每年以 13% ～ 14%的速度遞增，預(yù)計(jì)到 2010 年，照明用電量將超過 5000 億 kW·h，新增照明用電 2000 億kW·h[1]。對(duì)高等院校，據(jù)測算，其照明耗電占本單位所有耗電的 40% 左右，可見在保證照明質(zhì)量的前提下，對(duì)教室燈光進(jìn)行自動(dòng)控制，其節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益都是相當(dāng)可觀的 [10]。目前對(duì)燈光的智能控制，國內(nèi)外已經(jīng)開始采用，但針對(duì)教室燈光的控制智能系統(tǒng)還不是很完善，依然是人工管理占主導(dǎo)地位?，F(xiàn)在伴隨各類大、中專院校的擴(kuò)招，教學(xué)樓不斷擴(kuò)建，教室用電負(fù)荷不斷加大，教室用電系統(tǒng)管理不善，造成學(xué)校資源的浪費(fèi)與經(jīng)濟(jì)損失，這種做法顯然與當(dāng)今節(jié)約能源的理念相違背。當(dāng)今許多教室采用比較傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)：在主電源經(jīng)過一個(gè)配電箱分出多個(gè)支路，這些支路再分別向燈具供電，然后再通過串接在照明中的單雙極開關(guān)來通斷供電線路 [9]，所以該控制系統(tǒng)只能通過開關(guān)來控制燈具，無法實(shí)現(xiàn)比較人性化、多功能化的系統(tǒng)管理。如在國內(nèi)外有些燈光控制系統(tǒng)采用聲控形式但是其沒有經(jīng)過單片機(jī)等芯片的處理使用仍是將采集信號(hào)處理后傳遞給邏輯電路來進(jìn)行燈光控制，假使外界條件惡劣如有噪聲等仍會(huì)造成電能的浪費(fèi)，而且邏輯電路只能實(shí)現(xiàn)較少功能，綜合而言，整個(gè)系統(tǒng)雖然簡單但是2功能不全，而且無法人性化控制?，F(xiàn)代自動(dòng)化程度不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷普及應(yīng)用，教室燈光系統(tǒng)也應(yīng)朝著更人性化智能化得方向發(fā)展。本系統(tǒng)采用熱釋電紅外傳感器和光敏三極管來感知人體信息和外部光照環(huán)境改變，并通過單片機(jī)及軟件編程的技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈光系統(tǒng)的控制，達(dá)到了部分智能化的控制。課題研究的目的和主要內(nèi)容：主要研究目的基于 AT89C52 單片機(jī)的教室燈光智能設(shè)計(jì)加強(qiáng)燈光控制智能化理念主要研究內(nèi)容（1）燈光控制方案的研究；（2）燈光檢測方案的研究；（3）教室內(nèi)人數(shù)檢測方案的研究；（4）熱釋電紅外傳感器的信息處理；（5）人體與光照環(huán)境信號(hào)采集與處理；（6）開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)；（7）實(shí)驗(yàn)測試與數(shù)據(jù)分析。31 教室燈光自動(dòng)控制整體描述1.1 燈光控制總體思想該系統(tǒng)以 AT89S52 單片機(jī) [8]作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測環(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。整體系統(tǒng)由人體傳感器感應(yīng)信號(hào)，再送入單片機(jī)進(jìn)行處理，再由單片機(jī)控制控制教室燈光。同時(shí)將環(huán)境亮度檢測、人工控制、報(bào)警控制等功能加入到系統(tǒng)中。系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖如下：圖 1 設(shè)計(jì)方案流程圖系 統(tǒng) 方 案 分 析軟 件 設(shè) 計(jì) 硬 件 設(shè) 計(jì)整 體 綜 合器 件 分 析 選 擇仿 真 設(shè) 計(jì)調(diào) 試41.2 燈光控制方案分析本電路具有對(duì)教室內(nèi)的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和對(duì)光照情況進(jìn)行鑒定的功能，并對(duì)燈光進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，達(dá)到方便和節(jié)約能源的目的。電路有兩種控制方式：自動(dòng)控制狀態(tài)和強(qiáng)制執(zhí)行狀態(tài)。自動(dòng)控制狀態(tài)：電路上點(diǎn)復(fù)位后自動(dòng)處于自動(dòng)控制狀態(tài)，當(dāng)環(huán)境光照充足時(shí)且教室光照強(qiáng)度大于設(shè)定值時(shí)，不管有沒有人，燈都不亮。若教室光照強(qiáng)度小于設(shè)定值，控制會(huì)根據(jù)人數(shù)多少來確定燈的開關(guān)，如果有人進(jìn)入教室，紅外傳感器感應(yīng)到后把信號(hào)經(jīng)過隔離緩沖送到 CPU 且數(shù)碼顯示電路顯示人數(shù)為 1，同樣再有人進(jìn)出則顯示器上數(shù)字自動(dòng)加減 1。強(qiáng)制執(zhí)行狀態(tài)：在電路正常工作的情況下，按下強(qiáng)制開關(guān)可以通過人對(duì)教室燈進(jìn)行強(qiáng)行控制，再通過按下此按鈕也可以恢復(fù)到自動(dòng)控制狀態(tài) [6]。系統(tǒng)框圖如下：圖 2 系統(tǒng)方框設(shè)計(jì)圖單片機(jī)A T 8 9 C 5 2光敏電阻探測組件隔離緩沖器熱釋紅外傳感器組件強(qiáng)制開關(guān)組件受控?zé)粝到y(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)計(jì)數(shù)電路52 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 控制核心模塊本系統(tǒng)采用 STC89C52 單片機(jī)處理芯片 [5]，其特點(diǎn)是外圍電路簡單，價(jià)格低廉，雖然此款單片機(jī)的工作頻率相對(duì)較低，但本設(shè)計(jì)對(duì)頻率要求不高，能夠滿足本設(shè)計(jì)的要求。另外此款單片機(jī)有 32 個(gè) I/O 端口，方便了設(shè)計(jì)的需要。圖 10 為單片機(jī)最小系統(tǒng)。因?yàn)?51 單片機(jī)的 P0 口驅(qū)動(dòng)電流小，因此需要外加上拉電阻。單片機(jī)最小系統(tǒng)主要還有晶振電路以、復(fù)位電路、及報(bào)警電路。由于蜂鳴器需要的驅(qū)動(dòng)電流較大，單片機(jī) I/O 端口不能直接驅(qū)動(dòng)，所以通過一個(gè)三極管進(jìn)行電流放大。當(dāng)教室里面沒有人時(shí)系統(tǒng)會(huì)通過熱釋電紅外感應(yīng)無人信息，傳遞給單片機(jī)進(jìn)行處理后使教室里面（即控制區(qū)）的燈全部關(guān)閉。知道下次有人進(jìn)來時(shí)才點(diǎn)亮。同時(shí)當(dāng)人出去后蜂鳴器報(bào)警然后燈關(guān)閉。本報(bào)警電路由蜂鳴器、三極管、非門組成。如圖所示：圖 3 單片機(jī)最小系統(tǒng)X11.0529MC230pC330pX1X2RESETC110uGND R21kR310kGND RSTXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0./AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD63P0.7/AD732P1.0/T21P1./T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT012P3./INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A92P2./A1023P2.3/A124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52WRRSX1X2RSTLCDENEOCSTARTP2.0P2.1P2.P2.3P2.4P2.5P2.7P2.6P1.6P1.4P1.5P1.2P1.P1.3P1.0P3.0FM234567891RP1RESPACK-8+5VD0D1D2D3D4D5D6D7P3.2P1.7VC最 小 系 統(tǒng)D0D1D2D3D4D5D6D762.2 教室人數(shù)檢測模塊2.2.1 熱釋電紅外傳感器的原理熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器 [2]的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾，該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用，因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式，該電阻阻抗高達(dá) 104M 歐姆，故引入的 N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式(即源極跟隨器)來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對(duì)其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負(fù)極性的。圖 4 雙探測元熱釋電紅外傳感器圖 4 是一個(gè)雙探測元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。使用時(shí) D 端接電源正極，G 端接電源負(fù)極，S 端為信號(hào)輸出。該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號(hào)在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得7到補(bǔ)償。對(duì)于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號(hào)。信號(hào)經(jīng)過熱釋電紅外傳感器之后，產(chǎn)生的波形不能為單片機(jī)所接受，中間必須有一個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)電路。本系統(tǒng)采用 BISS0001[1]集成電路可將傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的高低電平。其電路原理圖如圖 5 所示。圖 5 熱釋電信號(hào)調(diào)節(jié)電路BISS0001 芯片的引腳圖如圖 6 所示，各引腳的定義和功能如下： VDD——工作電源正端。范圍為 3~5V。VSS——工作電源負(fù)端。一般接 0V。I B——運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端。經(jīng) RB 接 VSS 端，R B 取值為 1M 左右。 1 IN-——第一級(jí)運(yùn)放放大器的反相輸入端。1 IN+——第一級(jí)運(yùn)放放大器的同相輸入端。1 OUT——第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端。2 IN-——第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸出端。2 OUT——第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端。VC——觸發(fā)禁止端。當(dāng) VCVR 時(shí)允許觸發(fā)。VR≈ 0.2VDD。VRF——參考電壓及復(fù)位輸入端。一般接 VDD。接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位。8A——可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)控制端。當(dāng) A=“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)，當(dāng) A=“0”時(shí)，不可重復(fù)觸發(fā)。Vo——控制信號(hào)輸出端。由 Vs 上跳邊沿觸發(fā)使 Vo 從低電平跳變到高電平時(shí)為有效觸發(fā)。在輸出延時(shí)間 TX 之外和無 Vs 上跳變時(shí) Vo 為低電平狀態(tài)。 圖 6 BISS0001 外引線連接圖RR1RC1——輸出延遲時(shí)間 TX 的調(diào)節(jié)端。T X≈49152R 1C1。 RR2 RC 2——觸發(fā)封銷時(shí)間 TI 的調(diào)節(jié)端。T X≈24R 2C 2。BISS0001 芯片的特點(diǎn)是：(1) CMOS 數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。(2) 具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配，進(jìn)行信號(hào)與處理。(3) 雙向鑒幅器，可有效抑制干擾。(4) 內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器，結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)節(jié)范圍寬。(5) 內(nèi)置參考電壓。2.2.2 教室人數(shù)檢測模塊的功能實(shí)現(xiàn)熱釋電紅外傳感器采集到的信號(hào)首先由 BISS0001 芯片 [1]在不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下經(jīng)一、二級(jí)運(yùn)算放大器、雙向鑒幅器、延時(shí)器等處理后變成比較標(biāo)準(zhǔn)的高低電平后，將此標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接到單片機(jī)上的 P2 口上，并對(duì)相應(yīng)引腳通過軟件方法對(duì)引腳信號(hào)進(jìn)行檢測來統(tǒng)計(jì)進(jìn)入教室的學(xué)生人數(shù)。另外也可以將它接到中斷引腳采用外部中斷的方法將采集到得信號(hào)轉(zhuǎn)化成統(tǒng)計(jì)的進(jìn)入到教室里的人數(shù)。對(duì)于本系統(tǒng)，采用普通引腳信號(hào)檢測的方法用兩個(gè)熱釋電紅9外傳感器：一個(gè)放在前門用來感應(yīng)進(jìn)來教室的人體信號(hào)；另一個(gè)放在后門用來感應(yīng)從教室出去的人體信號(hào)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)出教室的人數(shù)的檢測。若此部分通過兩個(gè)開關(guān)來模擬熱釋電紅外傳感器感應(yīng)信號(hào)的情況如下圖所示：圖 7 紅外檢測模塊示意圖2.3 教室光照強(qiáng)度檢測模塊2.3.1 光敏三極管的選擇及功能簡述光照強(qiáng)度檢測采用的是光敏三極管 [2]。光敏三極管與普通半導(dǎo)體三極管一樣，是采用半導(dǎo)體制作工藝制成的具有 NPN 或 PNP 結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體管它在結(jié)構(gòu)上與半導(dǎo)體三極管相似，它的引出電極通常只有兩個(gè)，也有三個(gè)的。光敏三極管的結(jié)構(gòu)為適應(yīng)光電轉(zhuǎn)換的要求，它的基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積做得較小，入射光主要被基區(qū)吸收。和光敏二極管一樣，管子的芯片被裝在帶有玻璃透鏡金屬管殼內(nèi)，當(dāng)光照射時(shí)，光線通過透鏡集中照射在芯片上。將光敏三極管接在圖 6 所示的電路中，光敏三極管的集電極接正電位，其發(fā)射極接負(fù)電位。當(dāng)無光照射時(shí)，流過光敏三極管的電流，就是正常情況下光敏三極管集電極與發(fā)射極之間的穿透電流 Iceo 它也是光敏三極管的暗電流，其大小為 Iceo =(1 + hFE) I 式中: Icbo---集電極與基極間的飽和電流;hFE ---共發(fā)射極直流放大系數(shù)。當(dāng)有光照射在基區(qū)時(shí)，激發(fā)產(chǎn)生的電子--空穴對(duì)增加了少數(shù)載流子的濃度，使集電結(jié)反向飽和電流大大增加，這就是光敏三極管集電結(jié)的光生電流。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD63 P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1 P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A92 P2.2/A1023P2.3/A124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52WRRSX1X2RSTLCDENEOCSTARTP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.7P2.6P1.6P1.4P1.5P1.2P1.1P1.3P1.0P3.0FMD0D1D2D3D4D5D6D7P3.2JIN P2.6P1.7VCFORCEP2.5MODECHU P2.7P2.410該電流注入發(fā)射結(jié)進(jìn)行放大，成為光敏三極管集電極與發(fā)射極間電流它就是光敏三極管的光電流。可以看出，光敏三極管利用普通半導(dǎo)體三極管的放大作用，將光敏二極管的光電流放大了( I + hFE) 倍。所以，光敏三極管比光敏二極管具有更高的靈敏度。光敏三極管產(chǎn)品特點(diǎn)：(1) 靈敏度高，響應(yīng)速度快，易與晶體管、集成電路相匹配；(2) 帶有基極引出線的光敏管，可以在基極上施加相應(yīng)偏置電壓，進(jìn)行信號(hào)調(diào)制；(3) 體積小，重量輕，壽命長，可靠性高；(4) 金屬玻璃封裝的器件，具有玻璃表面耐磨性好、光潔度高、耐焊接、耐高低溫性能好等。2.3.2 光敏三極管檢測光強(qiáng)原理及其模擬形式光敏三極管本身就是一個(gè)放大器，但是由于外界環(huán)境（如溫度等）對(duì)其干擾較大，我們需要另外一個(gè)集成運(yùn)放電路對(duì)它的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的放大，使其檢測轉(zhuǎn)化的范圍大一點(diǎn) [11]。另外再放大的電流信號(hào)后面接上一個(gè)電阻（范圍在 1K-3K 之間） ，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)通過 AD轉(zhuǎn)換后變成相對(duì)穩(wěn)定的值后通過軟件設(shè)置定值并與其進(jìn)行比較，從而達(dá)到對(duì)光信號(hào)的檢測目的。此部分由一個(gè)滑動(dòng)變阻器、AD 轉(zhuǎn)換芯片(ADC0808) [12] 構(gòu)成，由滑動(dòng)變阻器來模擬光線的強(qiáng)弱控制，通過 AD 轉(zhuǎn)換后蔣模擬量轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以處理的數(shù)字量并且信號(hào)通過 P1 口來傳遞給 AT89C52 單片機(jī)進(jìn)行處理。如圖所示：OUT121AD B24AD A25AD C23VREF(+)12VREF(-)16IN31IN42IN53IN64IN75START6OUT58EOC7OE9CLOCK10OUT220OUT714OUT615OUT817OUT418OUT319IN228IN127IN026ALE2U2ADC0808U2(CLOCK)EOCSTARTP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0RV1(3)42%RV11k+5v圖 8 感光信號(hào)采集模擬電路112.4 燈控模擬模塊本控制系統(tǒng)用四個(gè)按鈕分別來表示進(jìn)出門情況、強(qiáng)制開關(guān)、模式開關(guān)。強(qiáng)制控制與自動(dòng)控制模式的轉(zhuǎn)換按鈕功能如下：先按下 MODE 再對(duì) FORCE鍵進(jìn)行控制，當(dāng)按下 MODE 后第一次按下 FORCE 時(shí)燈控區(qū)有一半的燈亮，第二次按下 FORCE 時(shí)燈控區(qū)燈全亮，第三次按下 FORCE 時(shí)燈控區(qū)的燈全部熄滅；當(dāng)你再次按下 MODE 鍵時(shí) FORCCE 鍵就失效了，只有再次按下MODE 它才可以控制。如圖所示：圖 9 燈控區(qū)模擬2.5 液晶顯示和報(bào)警模塊本設(shè)計(jì)使用的 LM016L 液晶模塊采用 HD44780 控制器 [8]。HD44780 具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)、閃爍等功能。LM016L 與單片機(jī) MUC 通信可采用 8 位或者 4 位并行傳輸兩種方式。HD44780 控制器由兩個(gè) 8 位寄存器、指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器(DR)、忙標(biāo)志顯示數(shù)據(jù)(BF)、字符發(fā)生器(ROM)、顯示數(shù)據(jù)（RAM） 、地址計(jì)數(shù)器等組成。 IR 用于寄存器指令碼，只能寫入不能讀出；DR 用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫入 DDRAM 和 CGRAM，或者暫存從 DDRAM 和 CGRAM 讀出數(shù)據(jù)。BF 為 1 時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。DDRAM 用來存儲(chǔ)顯示字符，能存儲(chǔ) 80 個(gè)字符碼。CGRAM 由 8 位字符碼生JIN P2.6 D1LED-REDD2LED-REDP3.0+5v 燈 控 區(qū)FORCE P2.5MODECHU P2.7P2.4P3.212成 5*7 點(diǎn)陣字符 160 種和 5*10 點(diǎn)陣字符 32 種。AC 可以存儲(chǔ) DDRAM 和CGRAM 的地址，如果地址碼隨指令寫入 IR，則 IR 自動(dòng)把地址碼裝入 AC，同時(shí)選擇 DDRAM 或者 CGRAM 單元。LM016 液晶模塊的引腳功能如下：VDD——工作電源正端。范圍為 3~5V。VSS——工作電源負(fù)端。一般接 0V。RS——高電平時(shí)數(shù)據(jù)線上為數(shù)據(jù)信號(hào)；低電平是為指令信號(hào)。 RW-——高電平時(shí)為讀數(shù)據(jù)模式；低電平時(shí)為寫數(shù)據(jù)模式。E——使能信號(hào)端。DB0~DB7——數(shù)據(jù)線。如圖所示：D714D613D512D41D310D29D18D07E6RW5RS4VS1 VD2 VE3LCD1LM016LGND RSVC WR D0D1 D3D4D5LCDEN D2 D6D7RV21k人 數(shù) 顯 示圖 10 液晶顯示圖133 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要完成采集紅外傳感器的信號(hào)和根據(jù)當(dāng)前設(shè)置狀態(tài)自動(dòng)對(duì)教室內(nèi)燈光系統(tǒng)進(jìn)行控制。主要包括處理、鍵盤掃描、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果顯示。3.1 系統(tǒng)主程序流程圖該流程圖描述的是整個(gè)流程的控制情況。首先上電復(fù)位后系統(tǒng)處于自動(dòng)控制狀態(tài)。此時(shí)當(dāng)有人進(jìn)出教室時(shí)液晶顯示屏?xí)詣?dòng)顯示人數(shù)的加減情況，并且根據(jù)人數(shù)的多少與光強(qiáng)的大小來控制教室里燈的亮滅。按下強(qiáng)制轉(zhuǎn)換按鈕后系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)制控制狀態(tài)，此時(shí)通過人工來控制教室燈的點(diǎn)亮情況。圖 11 系統(tǒng)主流程啟 動(dòng)初 始 化系 統(tǒng) 處 于 強(qiáng) 制 控 制狀 態(tài) lig-mode加 一 強(qiáng) 制 按 鈕 按下 ？ 系 統(tǒng) 處 于 自 動(dòng) 控 制狀 態(tài)Lig-mode=0Lig-mode=1 有 人 出 去 ？ 有 人 進(jìn) 入 ？人 數(shù) 減 1 人 數(shù) 加 1Flag=顯 示 人 數(shù)人 數(shù) 》 1？Flag=1？報(bào) 警室 內(nèi) 光 強(qiáng) 很強(qiáng) ？亮 燈滅 燈Lig-mode=2YesNoNoNoNoNoYesYesYes YesNoNoYes NoYeso143.2 系統(tǒng)子程序流程圖3.2.1 按鍵控制流程圖此流程圖是描述用按鍵模擬紅外檢測人數(shù)變化和用滑動(dòng)變阻器模擬光敏三極管檢測光強(qiáng)變化的情況。在自動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，按下 jin 按鍵則液晶屏顯示人數(shù)加 1，按下 chu 按鍵則液晶屏顯示人數(shù)減 1。當(dāng)人數(shù)大于 10 且光強(qiáng)沒有超過上限值是燈全亮，當(dāng)人數(shù)小于 10 時(shí)則燈亮一半。處于強(qiáng)制狀態(tài)時(shí)則有人工控制燈亮情況。 圖 12 按鍵控制流程圖開始初始化F l a g = 1M o d e 按下 ？燈全亮燈半數(shù)亮燈不亮N oJ i n 按下人數(shù)加 1C h u 按下人數(shù)減 1光照夠強(qiáng)Y e s人數(shù) 》 1 0Y e sN oN oF o r c e = 0Y e sF o r c e = 1N oY e sN o液晶顯示結(jié)束153.2.2 液晶顯示控制流程圖此流程圖為液晶顯示的情況。首先是對(duì)液晶進(jìn)行初始化，在對(duì)信息進(jìn)行檢測，最后對(duì)相應(yīng)信息進(jìn)行顯示。圖 13 顯示子程序流程圖液晶初始化啟動(dòng)檢測YN顯示人數(shù)與光強(qiáng)獲取信息值顯 示164 系統(tǒng)仿真初始狀態(tài)時(shí)人數(shù)為 6，光強(qiáng)為 112lx 并且此時(shí)為自動(dòng)控制狀態(tài)，由于人數(shù)小于 10 且光照大于 110lx 故只有 D1 燈亮，按下 chu 按鍵使人數(shù)達(dá)到 10人以上 D2 也會(huì)點(diǎn)亮；按下 MODE 鍵后 JIN、CHU 鍵皆無效此時(shí)按下FORCE 鍵則燈會(huì)在全亮、半數(shù)亮與不亮三個(gè)狀態(tài)間變換；當(dāng)再次按下MODE 后其他鍵恢復(fù)控制。圖 14 系統(tǒng)整體仿真圖X1.0529MC230pC30p X1X2RESTC110uGND R21kR310kGND RSTXTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/AD237.3/36P0.4/AD435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.0/T21./EX2P1.23.34P1.45.56P1.67.78P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A1023.3/4P2.4/A1225.5/36.6/47U1AT89C52WRSX1X2RSTLCDENEOCSTARTP2.0.1P23P2.4.5P2.7.6P1.6P1.4.5P1.23P1.0P3.0FM234567891RP1RESPACK-8+5VD01D23D45D67P3.2JIN P2.6.7VCBUZ1BUZERFM1 2U8:A74LS04 Q1FMT619R41kD1LED-RED2LED-REDP3.0+5v OUT121AD B24 A5 C3VREF(+)12 (-)6IN31I42IN53I64IN75 START6OUT58EOC7OE9CLOCK1020OUT714658741OUT39I228IN17I026ALE2U2ADC08U2(CLOCK) EOCSTARTP1.7.6P1.5.4P1.3.2P10RV1(3)=2.01D71463D5124D31029D1807E6RW5S4VS1D2VE3LCD1M06LGNDRSVCWD01D34D5LCDEN2 6D7RV21kVCh光 敏 控 制報(bào) 警 電 路燈 控 區(qū)人 數(shù) 顯 示 最 小 系 統(tǒng)FORCEP2.5D01D23D45D67MODECHU P2.7P2.4 4%RV11k+5vP3.217結(jié)論本系統(tǒng)通過對(duì)目前教室燈光控制的發(fā)展趨勢和控制管理需求的分析,介紹了基于 STC89C52 單片機(jī)的燈光智能控制系統(tǒng)的軟硬件組成，對(duì)傳統(tǒng)的燈光控制系統(tǒng)進(jìn)行了智能優(yōu)化改進(jìn)。其主要特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠且成本相對(duì)比低。并且在功能上也達(dá)到了較為滿意的效果，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)出顯示，基本實(shí)現(xiàn)了教室燈光系統(tǒng)的智能控制。但由于各方面的原因，此裝置只是通過了仿真部分，離實(shí)際的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)還有一段距離。因此在今后的學(xué)習(xí)生活中我還會(huì)加強(qiáng)學(xué)習(xí)和研究，針對(duì)具體的燈光系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的分析以及調(diào)整。本設(shè)計(jì)也便于功能擴(kuò)展，因單片機(jī)尚有不少資源能被利用。如對(duì)于公司門禁可以加入身份驗(yàn)證功能，企業(yè)單位中的劃卡計(jì)時(shí)服務(wù)功能；對(duì)于一些公共場合，如會(huì)議室、辦公室、樓道等場所，只要在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上稍加改動(dòng)，也可以很好地滿足其需要，因此本系統(tǒng)的可移植性好，具有比較大的市場潛力和廣泛的應(yīng)用前景。本設(shè)計(jì)只是基于簡單的教室燈光系統(tǒng)進(jìn)行控制，還有一些沒有考慮到得狀況如：（1）本設(shè)計(jì)沒有考慮兩個(gè)人并排進(jìn)入或走出教室的情況和從前后門都進(jìn)行出入的情況，可以通過合理安排紅外傳感器的位置來解決該問題；（2）一般來說，大部分教室容納的人數(shù)都小于 100，為增加系統(tǒng)智能性當(dāng)人數(shù)大于 100 時(shí)或該系統(tǒng)用于較大的場合時(shí)可以通過增加紅外傳感器的個(gè)數(shù)來達(dá)到目的；（3）該系統(tǒng)還可以增加數(shù)字時(shí)鐘使其具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，從而達(dá)到更方便的目的。18參考文獻(xiàn)[1] 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