单片机基础之上的智能灯光控制系统详解

系统简介

现在的大部分的大学，都是采用了一种“绿色”的教学方式，再加上现在的大学生缺乏环保意识，所以在学校里很多的教室，在白天的时候灯都会打开，这是一种极大的浪费，而且随时都有可能看到，这是一种极大的浪费。本论文主要是根据这种情况，设计了一种以单片机为核心的智能化照明控制系统，并给出了实现室内照明节能和环境保护的具体方法。以AT89S52芯片上主控制器为核心，实现了节能降耗、节能降耗等功能。

关键词：灯光控制系统；AT89S52；热释电；AD采集电路

1 绪论

1.1 选题的背景及意义
在信息技术飞速发展的今天，人民群众的生活水平、社会文化水平都得到了极大的提升。它将再次引发全球的一场能源短缺，并逐步演变成一个全球性的重要问题。即使在我们国家，这个问题也日益严峻。随着现代教育机构的不断扩张，教室面积不断增大，对教室的照明要求越来越高。当学校的灯光设施没有得到有效的控制时，就会造成大量的电力损失和浪费。因此，如何有效地改善全班的电力使用，成为学校教学工作的首要任务。“十二五”时期，国家将大力扶持节能环保工程，全年累计投入5900多万元，促进了设备节能减排目标的实现。随着各个大学、高职院校的规模不断扩张，班级规模越来越大，用电越来越多。学校因教学人员和学生的管理不力，操作方式不当，导致校园电力资源的大量消耗，给学校带来了巨大的经济损失。这一现象在课堂上造成了极大的能源消耗，与当前节约能源的基本思想相抵触。其次，由于我国的计算机网络技术迅速发展，自动化水平的提高，使得企业的智能化、自动化水平得到了提高。近年来，国内外各大院校、企事业单位纷纷将人工智能应用于课堂灯光的监测与管理，实现了对学生课堂灯光的智能化监测与管理。因此，我们可以很明显的看出，在课堂中，一切的灯光和操控都要更加人性化。在我国的大学中，因为学生对环境保护和节约的观念比较薄弱，另外在能源和环境方面的设计上，情况也并不是很好，因为室内的照明都是由管理员来控制的。由于校园内有大量的学生，若不能在短时间内切断电源，势必造成大量的资源消耗，造成严重的财务成本。因此，如何有效地利用教室的资源是高校的一个主要目的。所以，对教室内的节能照明和自控系统进行了深入的探讨。开发简易、方便、易于实现的计算机辅助教学，是一种非常有前景和实际应用价值的计算机辅助教学系统。
1.2主要研究内容论文主要研究内容
（1）一种技术手段，利用手动和自动地对光线进行控制；
（2）对照明控制器供电设定进行探讨，以理解教室照明强度低、高照明的准则；
（3）控制器参数设置、需求和程序；
（4）查找与人类感应器有关的参数及资料；
（5）采用检测装置的检测距离和装置的角度的方法；
（6）与市面上已存在的课堂灯光源相适应的技术；
（6）警报等。

2 灯光控制器的简介和控制方案设计分析

2.1 灯光控制器简介
本发明采用了一种新型的室内灯光遥控控制方式，能够方便地对全屋灯光进行实时、智能化的遥控控制。主要的信号输入控制参量是指在不同光线环绕的环境中，例如在不同的光线环绕的情况下，利用外界的干扰来检测光源的光发射。灯光会自然而然地熄灭，周围光线的辐射量低于某一特定的临界值，而亮度不会超过身体内的任何一个信号，因此，教育灯光会自然而然地熄灭或打开。
光电控制装置被安置在发光二极管上，在放置过程中热量测量仪的方位运动。
2.2 系统控制方案的分析
控制系统的控制系统都是以周围的太阳辐射功率及对人存在的影响来确定其输出的主要参数。能够实现人工和自动化的互相平行。如果太阳很暗，室内如果有一个人，到了那个时候，就会亮起灯光。不然就会熄灭。
文中所采用的照明控制系统主要包括软体与硬体两个方面。该方法以硬件为基础，在假定整个系统能够正常工作的前提下，为可编程的软件开发提供了一个可编程的基础。在软体上，对各个硬件接口的反射进行采集、分析、再处理，最后完成各个模块所需要的功能。
2.2.1 硬件方案论证
作为一种智能化的灯光控制器，其硬件结构是整个系统中最基础成部分。一个系统的成功与否主要依赖于其硬件部件的设计，其选用与运行的好坏将直接关系到其功能的实施与精确度。本论文对此进行了深入的研究与论证，包括:对灯光控制中的感测器进行了详细的分析与验证;单片机通讯方式，显示和总线的接口。
2.2.2 微处理器的选择
选项1：由于8031的芯片没有ROM，所以它必须扩充RF存储器，所以会给RF线路和设备造成很大的难度。另外，也可以采购其他的RF晶片，例如RFA/D/D变换以及RF定时/计数（PWM)，这就使得价格更高，价格也更便宜。
选择2：AT89S52单片机，采用8比特CMOS单片机，低电压，低功耗；一个4k位元组的Flash的ROM;128个字节的内随机访问位置输入/输出中断内存（RAM),32输入/输出中断接口线路，2个16比特定时器/计数器，5个向量二级中断，以及一个完全的全双工串行通讯接口。
按照该产品的设计图纸，AT89S52已经基本上实现了单片机的控制，可以实现对工业灯光的整体自动控制和管理。所以，在本论文中，我们必须选择AT89S52。
2.2.3 传感器的选择
根据论文的设计和技术需求，选择了下列类型的传感器：
（1）热释电感测器
热释电感测器的基本涵义是一种利用红外线热场效应来实现其工作的热敏元件。它包括敏感片、阻抗变换器、滤波窗等。
（2）光敏电阻器
光敏电阻器能感知到光线的强弱，使得其本身的阻值随着光线的增强而减小，由此可以根据电阻器上的电压、电流等来反映光线的变化。

3 系统控制模块的硬件设计

在充分的考虑到各种环境因素的作用下，如何合理地布置课堂，如何选用电子元器件和设备的抗干扰是必须要认真研究的问题。
3.1 控制模块的硬件构成
其中，以主控单元为中心，其他的外部控制部分，包括：电源供应、照明等；人体内有温度传感器控制模块，门狗控制模块，按键和信号超时的自动警报控制模块,其总体系统结构框图如图3.1所示。

图3.1结构框图

4 控制模块软件设计

以MCU为核心，与其它相关的软体结合，构成了一个整体的MCU。在用户的软件研发中，其构成因素是整个系统的硬件。在硬件和系统中的投入；在决定了各种方法的情况下，就可以单独地进行编程和发展。该控制软件的控制模块包括：主程序控制模块、数据采集处理模块、监控控制按键等。
4.1 系统监控主程序模块
整个网络监测软件的关键部件是整个监控机的主要控制部分，其外部软体对整个监控机的某些功能通常都要由整个监控机的模块化应用来完成。监控系统中的每个主要程式都具备监控精灵的作用，接收、执行、分析每个键盘上的监控命令，并将其从监控设备中直接传输至对应的监控资料库和输入端，用以对监控子例码进行操作。
本发明的网络监视操作系统外部监视单元的主、处理单元和程序的控制单元被运动监视系统启动，所有的输入、输出和参数的参数等初始均具有自我检查的能力，能够实现对网络的实时中断数据的处理，在多个系统的操作过程中可以对所有的模块进行呼叫。
4.1.1 系统自检初始化
整个网络监测软件的关键部件是整个监控机的主要控制部分，其外部软体对整个监控机的某些功能通常都要由整个监控机的模块化应用来完成。监控系统中的每个主要程式都具备监控精灵的作用，接收、执行、分析每个键盘上的监控命令，并将其从监控设备中直接传输至对应的监控资料库和输入端，用以对监控子例码进行操作。
本发明的网络监视操作系统外部监视单元的主、处理单元和程序的控制单元被运动监视系统启动，所有的输入、输出和参数的参数等初始均具有自我检查的能力，能够实现对网络的实时中断数据的处理，在多个系统的操作过程中可以对所有的模块进行呼叫。
4.1.2 定时中断处理
定时中断时钟是指当一个定时器设在一个计算机上的定时器值已被一个终端或一个外部定时器所接收到的时候，它就会产生一个中断。计时的干扰是指在特定的时间段内被打断的周期。在这个系统里，时间打断的功能是构成一个多个工作的操作系统，当一个系统的反应被打断之后，这个系统就可以为相应的工作做好充分的准备。这意味着无需在现场进行断点区的防护，即可完成多个作业的工作，并将相应的作业都安排在准备阶段。图4.1显示了一个程序方块图，它是一个计时中断过程。该测试装置所收集的辐照资料，主要针对人体内有无辐射讯号及外界环境状况下之光发射讯号。在软件的开发过程中，将两组计时数据进行计时，并将其分别置于一个计时多功能的采集模块中，从而达到了实时数据的实时获取。
4.1.3 ADC0832数据读取程序流程
在界面堆栈的开发中，使用一种新型的编译程序来完成，以达到快速高效的数据通讯。因为ADC0832常规的A/D变换需要32秒的取样周期，所以采用常规ADC0832的A/D变换，其取样周期频率要高于常规ADC0832，从而确保在某些高精度的技术场合采用常规的A/D变换。资料阅读器档案是资料呼叫资料的一种档案格式。它能够很好地完成用户的操作，并能很好地完成用户的操作以及数据的迁移。通常，在程序运行过程中，所消耗的存储器资源主要有四种：工作累加寄存器R7，累加工作寄存器A，特殊累加寄存器CV，以及其它通用的寄存器b，这些被转换的信道数值与功能信号的输出数值结合起来，功能信号寄存器b的输出数值是功能信号暂存器b，在我们正式开始设计能够利用功能转换子通道的程式时，我们需要先决定一个功能转换子通道中的两个功能改变的暂存器A和B的初值。如果转换器或者子级的软件正在工作，那么转换器会将其数值存储到b档。一旦程序自动离开，子程序库就会立刻开始，它可以对A和B数据库中的全部资料进行解析和处理。ADC0832数据包的读取和写应用程序流程设计图表的显示方式如图4.2。

图4.2ADC0832数据读取流程
4.2 数据采集的实现
这个设计体系需要在我们认为灯光不足够强烈的情况下，以及附近有其他人时，就把它开启。否则就不会被激活。如果是1，则是0，如果是0，则是1，如果是0，则是1，如果是0，则可以用表格4.3来描述两者之间的联系，并且显示了图4.4中的数据收集流程。
表4.3 环境与人的关系
环境光参数 人体存在参数 教室灯状态
0 1 1
0 0 0
1 1 0
1 0 0

图4.4数据采集流程图

结论

在之前的教学中，我们在教室的照明控制部分，采用AT89S52作为主控制器，采用了电脑的智能控制，对教室内的所有设备（包括教室的灯）进行了智能的管理，在之前的教学中，我们已经在教室里安装了一个灯控制器，既有人工的，也有人工的，只要有人用人工的方法来控制，就不会对教室里的灯造成干扰。该装置可以在全过程中，利用二极管的发光和熄火，对教室内的灯进行自动关灯控制。当与现有的教室照明相匹配时，无需对原有的设施和线路进行大的升级。但如果是因为课堂空间太大，超过了感应器的检测能力，在这种情况下，接收到的信息很有可能会出现偏差，从而对整个控制设备和整个系统的工作造成极大的干扰。为了更好地控制和预防该问题，并提高其可靠性，采用多种不同的传感器是非常理想的。
将人的生活状况和周边环境等外在因素纳入到控制体系中，较之人工进行人工管理，可以降低对学生的光照资源的使用。在上课的时候，我们还专门为我们的老师增加了一个照明的调节，这样我们的老师和学校就可以更好的调整我们的学习进度，并且可以很好的控制室内的光线。本文针对教室中照明监控与监控系统的各构成要素进行了探讨。该系统也适用于各种不同的办公场所的照明与管理。

作者：QQ2083558048