四川理工学院毕业设计
基于单片机的教室灯光控制系统的设计
学生：
学号：
专业：生物医学工程
班级：
指导教师：
四川理工学院自动化与电子信息学院
二O一三年六月
四川理工学院本科毕业设计
基于单片机的教室灯光控制系统的设计
摘要：本文详细研究了大学教室的使用特点和照明需求及存在的问题，提出了一种基于单片机的教室灯光控制系统。该系统以AT89S51单片机作为控制模块的核心部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，通过对人体存在信号和环境光信号的识别与判断，完成对教室灯光的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有报警功能；同时还采用了软/硬件的“看门狗”等抗干扰措施。该系统可以满足各类院校对教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。
关键词：单片机；智能控制；热释红外传感器；X5045
基于单片机的教室灯光控制系统的设计
Design of Lighting Control System Based on MCU
Abstract：This paper copiously studied using features, lighting requirements and the existing problems of the university classroom, at last a kind of lighting control system based on mcu of classroom was put forward. The system used AT89S51 microcontroller as a core component of the control module. It introduced pyroelectric infrared sensor to detect the existence of human body, and used circuit which constituted of photosensitive triode to detect the strength of environment lighting. The navar according to the resonable conditions of turning on classroom light and the identification of signal about environmental lighting and existing of human body, achieved the intelligent control of classroom lighting . At last, it avoid the waste of electricity. It also had alarming function, at the same time anti-interference measures such as the software / hardware "watchdog" was adopt. The system can meet institution requirements for classroom lighting control, largely achieved the purpose of energy saving.
Key words:Microcontroller；Intelligent control；Pyroelectric infrared sensor；X5045
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目录
摘要 (Ⅰ)
ABSTRACT (Ⅱ)
第1章引言 (1)
1.1 课题研究的目的与意义 (1)
1.2 采用智能照明控制系统的优势 (1)
1.3 智能照明控制系统的研究现状 (2)
1.4 本章小节 (3)
第2章教室灯光控制器简介与方案分析 (4)
2.1 大学教室照明控制现状 (4)
2.2 教室灯光控制器简介 (4)
2.3 系统控制方案分析 (4)
2.4 本章小节 (5)
第3章系统控制模块的硬件设计 (6)
3.1系统控制模块的硬件构成 (6)
3.2系统控制的主要硬件电路 (7)
3.2.1系统主控电路 (7)
3.2.2系统供电电路 (8)
3.2.3系统复位电路 (9)
3.2.4数据采集电路 (10)
3.2.5系统时钟电路 (13)
3.2.6继电器驱动电路 (15)
3.2.7超时报警电路 (15)
3.2.8按键控制电路 (16)
3.3 本章小节 (17)
第4章控制模块软件设计 (18)
4.1系统监控主程序模块 (18)
4.1.1系统自检初始化 (18)
4.1.2定时中断处理设计 (19)
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4.2数据采集模块 (20)
4.2.1人体存在传感器的优缺点 (20)
4.2.2数据采集软件的实现 (20)
4.2.3人体存在传感器的抗干扰措施 (21)
4.2.4人体存在传感器的安装要求 (21)
4.3时钟模块 (22)
4.3.1数据输入输出 (22)
4.3.2时钟自检初始化 (23)
4.3.3时钟程序设计 (25)
4.4 系统工作总流程 (26)
4.5 本章小节 (26)
第5章系统调试运行及问题分析 (28)
5.1单片机系统调试方法及步骤 (28)
5.2主要问题分析 (30)
第6章结束语 (31)
致谢............................................ 错误！未定义书签。参考文献 (32)
附录 (34)
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第1章引言
1.1 课题研究的目的与意义
能源问题和环境问题一直是人类社会面对的重大问题，特别是到了二十一世纪，对降低能耗和保护环境的要求更成了国家长期发展的重中之重，我国也提出了“节能减排”的号召。而在众多的能源问题中，电能的短缺是束缚经济发展和人民生活的重要能源问题之一。
据报道，用于照明的能源消耗占整个办公大楼能源消耗的20％~60％[1]，这部分能耗的多少很大程度上取决于照明的控制效果。在现代建筑的楼宇自动化系统中，照明控制也是其中一个重要分支。现代建筑对照明的要求很高，除了应该满足为建筑内人们在工作、学习、生活时对视觉环境的要求以外，还应该利用照明设备的不同类型及光线的变换为人们提供一个舒适、有美感的办公、学习和生活环境，此外，还应该提高能源的利用率，实现节能的目的[2]。而传统的照明系统由于其管理落后、能源浪费、舒适性差、布线复杂以及灯具寿命短[3]的缺点，己不能满足人们的这种需求，所以研究新型照明控制系统，对减少这部分能源消耗、减少环境污染，同时更好的满足人们对照明质量的要求，都有极其重要的意义。
新型的照明控制系统主要指综合了照明、自动化控制、计算机技术、电力电子技术和网络技术等的智能照明控制系统。最根本的是通过充分利用自然光来减少人工照明带来的能源消耗[4][5]。
1.2 采用智能照明控制系统的优势
传统的照明控制系统主要是由照明配电箱通过手动开关实现控制照明灯具通断的目的，或在照明回路中串入接触器，实现远距离控制[6]，在灯具的开关控制上采用手动开关，所以很大程度上依赖于人的主动性。而智能照明控制系统根据某一区域的功能、每天不同的时间、室外光亮度或该区域的用途来自动控制照明。它能充分利用自然光，实现照明管理智能化。具体来说其优越性主要表现在以下几个方面：
(1)提高照明控制的智能化程度，使整个照明系统出现全自动状态，可以根据不同场合在不同时段中不同的情景需求，预先设定合适的照明效果，更加智能化和人性化。
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(2)减低电能消耗，有良好的节电效果，充分利用自然光作为光源，以人工光为补充，并结合室内的人员情况，只有在必需时才开启照明灯具，节能效果十分显著，一般可以达到30％左右[7]。
(3)改善室内工作环境，提高室内人员的工作效率。
(4)提高建筑物的照明系统管理水平，将传统的人为开关控制转换为智能化的管理，将大大减少大楼的运行、维护和管理的费用。
总之，研究新型照明控制器及系统，对于节约照明用电，减少环境污染，满足人民群众日益增长的对照明质量、照明环境和减少环境污染的需要，建立优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境的照明系统有着极其重要的意义。
1.3 智能照明控制系统的研究现状
目前国内几种常见的照明控制系统有以下几种：
l、Dynalite智能照明控制系统
该系统主要由调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、编程插口、时钟管理器、手持式编程器和PC监控机等部件组成。采用DyNet 网络连接，DyNet是一个分布式智能化网络，使用RS-485通讯协议[8]。
系统的工作原理是：控制模块由微处理器控制，所有控制部件均互连在DyNet 网络上，网络上每一个装置内的存贮器均存有操作所需的全部指令。用户利用控制面板按键选择一个预置场景是一种最简单的控制方式。每个调光器可以预置96个场景。利用时钟控制器也是一种常见的照明控制方式。另一常用设备是通用传感器，其由动静控测远红外跟踪、光度检测光电管和用于遥控的接收器组成。
2、C-Bus智能照明控制系统
C-Bus系统是1994年由澳大利亚奇胜电气公司开发的，现已广泛用于很多国家和地区。C-Bus系统是一个二线制的总线型式的智能控制系统，主要用于对照明系统的控制。也可用于消防等系统中的联动控制，系统所有的单元器件(除电源外)均内置微处理器和存储单元，由一对信号线(双绞线)连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为C-Bus信号在C-Bus系统总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应回路输出。
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控制方式包括场景控制、定时控制、红外线传感器控制、就地控制、集中开关控制和集中调光控制、群组组合控制、系统联动及广域控制。
3、ABB i-bus EIB智能安装系统
EIB智能系统由总线、总线电源、智能传感器(光线传感器、模糊开关、时间控制器、移动传感器)、智能开关驱动器和其他智能元件(逻辑模块总线耦合器)构成[9]。它是典型的现场总线系统，每个元件就是一个节点，这些节点连接在一根2芯双绞线介质的总线上，不分主从隶属关系实现相互之间的通讯从而实现控制和被控制。
1.4 本章小节
我国对教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。各类大、中专院校不断扩招，教室也不断扩建，教室的用电负荷就不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，这种的浪费与当今的节约能源理念相违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。于是，开发简便、实用的教室灯光自动控制系统便具有重要的现实意义。
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第2章教室灯光控制器简介与方案分析
2.1 大学教室照明控制现状
分析大学教室的用途，白天以上课为主，照明光源以自然光为主，人工照明为辅，用以补偿在阴天或有遮挡时教室里照度不足的区域；中午及晚上以学生自习为主，少数教室也用来上课，不管是上课或是自习，为了保护视力和提高学习效率，学生们均需要有良好的照明环境，但这些对照明环境的要求也造成一个直接后果，出现资源的浪费问题。所以，需要在保证教室照明要求的前提下，研究照明节能问题。
要实现照明节能主要有两种方法：一种是选用高效照明光源或灯具，如节能灯。在保证照明质量的前提下，降低照明用电量的根本措施就在于提高照明设备的效率，即提高光源与灯具的效率；另一种是在现有照明灯具的基础上研究智能照明控制策略，即在充分研究照明对象的需求上，通过优化照明系统的运行来达到节能的效果[10]。在照明灯具方面，大学教室多采用荧光灯，采用直接照明的方式，比较满足现有的需求，所以本课题着重论述后面一种方法，改进照明控制策略和运行方式。
2.2 教室灯光控制器简介
教室灯光控制器可实现有效的教室灯光智能控制。其输入参数主要是人体存在信号和环境光信号等的外界因素，环境光的强度达到一定值时不开灯，环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，理论和实验证明用这种方式来对教室灯进行智能控制可以实现上述目标。
教室灯光控制器一般安装在教室内避开电灯直射的位置，且人体传感器安置时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直，这样可使人体存在信号采集更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感器。
2.3 系统控制方案分析
该控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数，能够实现自动与手动控制相兼容。首先，系统默认为自动控制，当按键模块感应到有键按下时，系统改为强制控制。然后，在自动控制模式下：当自然环境光较强光线足够
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时，无论人是否存在，都不开灯；在自然环境光较弱时，有人存在且超过一定时间，控制器自动打开电灯，直到人离开后再延时一定时间后关灯。同时，还可设置作息时间来控制，夜晚超过10点，若还有人存在，则关闭自动控制器的运行，改用开关来手动控制，以解决因特殊情况下，自动控制器的不人性化运行。
该教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到设计目的。
2.4 本章小节
整个系统的设计要求主要有手动和自动控制的选择，时间的控制及信息的采集。本章对信息的采集进行了简单的分析，信息来源主要有教室里自然光的强度和人的存在与否，并且采集信息的电路及其他各电路需要抗干扰能力强，防止误动作；安装、操作简单，维护方便；总体成本低这些特点。
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第3章 系统控制模块的硬件设计
考虑到本系统所安装的环境影响因素比较多，且教室控制设备中的人体存在
传感器、光敏三极管等经常会因环境情形变化而不稳定，所以在设计过程中，电
子元器件的选用、线路布置和设备的安放要充分考虑到抗干扰问题。
3.1系统控制模块的硬件构成
系统控制单元是以AT89S51单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：
环境光采集电路、时钟模块、人体存在传感器模块、看门狗模块、按键电路、EEPROM 存储模块、超时报警模块、继电器驱动模块，其结构框图如图3-1所示。
图3-1
图3-1 系统控制单元结构图
环境光模块采用光敏三极管来检测环境光的强度，有光照时，电阻减小，随
着光照强度的减弱，电阻逐渐增大，把光信号转化成电信号，实现对光强度的检测。
人体存在传感器模块采用HP-208是基于红外线技术的智能产品，实现对人体
存在的检测。
硬件时钟模块采用具有充电能力的低功耗，具有临时性存放数据的RAM 寄存
器的实时时钟芯片DS1302。该电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛的使用。
系统数据存储及故障保护部分由X5045组成，X5045是一种串行通讯的512字
节EEPROM ，同时兼有看门狗和电源监控功能键盘模块。
环境光采集电
路 AT89S51 单
片
机
最 小
系 统 人体存在传感器 按键电路 超时报警模块 时钟模块
看门狗模块 EEPROM 存储器模块 继电器驱动模块 被控灯具
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3.2 系统控制的主要硬件电路
3.2.1 系统主控电路
本课题是基于单片机的系统设计，所以针对单片机做了AT89S51与AT89C51的比较与选择如下：
1.程序存储器写入方式：二者的写入程序的方式不同，AT89C51只支持并行写入，同时需要VPP烧写高压。AT89S51则支持ISP在线可编程写入技术、串行写入、速度更快、稳定性更好，烧写电压也仅仅需要4～5V即可。
2.电源范围：AT89S51电源范围宽达4～5.5V，而AT89C51系列在低于4.8V和高于5.3V的时候则无法正常工作。
3.工作频率：目前AT89S51的性能远高于AT89C51,AT89S51支持最高高达33MHz的工作频率，而AT89C51工作频率范围最高只支持到24MHz。
4.市场价格：由于AT89C51已经全面停产,所以在市场价格方面，库存的AT89C51的批发价格要比AT89S51贵将近一倍.
5.兼容型：89S5*向下兼容89C5*，就是说用AT89S51可以替代AT89C51使用，同样的程序，运行结果相同。
6.加密功能：AT89S51为全新的加密算法，这使得对于AT89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。
7.抗干扰性：内部集成看门狗计时器，不再需要像AT89C51那样外接看门狗计时器单元电路。
8.烧写寿命更长：AT89S51标称的1000次，实际最少是1000次～10000次，这样更有利初学者反复烧写，减低学习成本。
综合上面的几点区别比较，了解到AT89S51是一种低功耗，8位CMOS工艺处理器，具有8K在线可编程Flash存储器的单片机。其优势在于片内的Flash可多次编程，为在线编程提供了方便；片内有128字节的RAM，4KB的EEPROM，由于合理的安排使用片内RAM空间，所以没有片外扩展的RAM，使电路结构变得简洁。因此，个人认为本课题基于单片机的教室灯光控制系统的设计更适合选用AT89S51单片机作为本系统模块的主控芯片，
该芯片的主要特征见如表3-1所示：
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表3-1 AT89S51主要特征
AT89S51引脚外围器件引脚说明
P1. 0 X5045SI X5045串行输入端
P1. 1 X5045SCK X5045串行时钟端
P1. 2 X5045CS X5045片选端
P1. 3 X5045S0 X5045串行输出端
P1. 4 工作状态指示灯
P1. 5 DS1302CLK DS1302时钟线
P1. 6 DS1302I/O DS1302数据线
P1. 7 DS1302RST DS1302复位线P3. 0- P3. 1 数据采集输入端
P3. 3 人体存在传感器输出信号端
P3. 4 超时报警信号输入端
P3. 7 光敏三极管输入信号端
(1) 40（Vcc）20（GND）脚间的电压应有5V 。
(2) 18、19脚分别与20脚间有1.7―2.5V电压。
(3) 9（RST）脚与GND间电压基本为0。
(4) 31（EA）脚与20（GND）脚间电压为5V。
3.2.2 系统供电电路
系统采用+5V电压供电。本设计采用输出电压为9V的变压器。系统接通220V 交流电源后，将220V交流电变压到9V，经过二极管全波整流、电解电容C1，C2滤波，再经正输出稳压器LM7805，为了缓冲负载突变，改善瞬态响应，输出端还采用了电容C3，C4，最后得到+5V的直流电压，用于给控制系统中单片机系统及其它外围电路的Vcc端供电。系统供电原理如图3-2所示。
图3-2 供电原理图
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3.2.3 系统复位电路
系统复位电路的作用是使系统得到充分复位，实现稳定可靠的工作。在单片机工作过程中，不可避免的会由于外界的干扰而产生程序跑飞、死机甚至造成整机瘫痪等情况。为了能够及时恢复单片机的工作，只能采用重新复位的方法，因此还应该在硬件设计中使用看门狗电路，这样在单片机发生死机的情况下，看门狗将产生一个复位信号给单片机，使单片机复位，重新执行程序。由于此次系统设计同时需要看门狗和EEPROM，所以本设计中使用芯片X5045。
X5045具有三种常用的功能：看门狗定时器、复位控制和EEPROM[11]。这三种功能是集成在单个8引脚封装的CMOS器件内，将电源监控和看门狗功能以及高速三线非易失性存储器组合在一起，从而在很大程度上降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求，X5045的引脚排列如图3-3。
图3-3 X5045的引脚图
看门狗定时器的预置时间是通过X5045的状态寄存器的相应位来设定的。如表3-2状态寄存器所示，X5045状态寄存器共有6位。其中WD1、WD0和看门狗电路有关，其余位和EEPROM的工作设置有关。
表3-2状态寄存器
7 6 5 4 3 2 1 0
0 0 WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP
WD1=0，WD0=0，预置时间为1.4S，
WD1=0，WD0=1，预置时间为0.6S，
WD1=1，WD0=0，预置时间为0.2S，
WD1=1，WD0=1，禁止看门狗工作。
看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。
X5045硬件部分连接如图3-4。
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图3-4系统看门狗电路
系统看门狗电路由系统数据存储及故障保护部分组成，X5045是一种串行通信512字节的EEPROM，同时兼有看门狗和电源监控功能，X5045有三种可编程看门狗周期，上电和Vcc低于检测门限时，输出复位信号，X5045输出复位高电平有效，为了复位更加可靠，其复位输出端外接一个10K的上拉电阻，并与AT89S51的复位端相连。看门狗能在电源上电、掉电期间产生一个复位信号。该芯片还带有一个1.4s的看门狗定时器可用来监控单片机的工作。如果在1.4s内未检测到其工作，出现故障，内部定时器将使看门狗WD1处于低电平状态，为系统提供保护，避免死机、程序跑飞或进入死循环等意外的发生。
3.2.4 数据采集电路
针对本课题数据的采集，首先分析此次研究设计的背景是在校园教学楼的教室里，主要采集的参数有教室的环境光强度和人体存在与否。常见的环境光强度采集器件主要有光敏二极管和光敏三极管，考虑抗干扰的需要，选用灵敏度较高的光敏三极管。此外，人体存在传感器要求灵敏度高，可靠性强。本系统采用逻辑电平输出的HP-208型号的人体传感器。
一、环境光采集电路
光电传感器是一种能够将光转换成电量的传感器。采用的光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转变成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。再无光照时三极管的穿透电流很小，为暗电流。有光照时，穿透电流增大，成为光
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电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。因此光敏三极管灵敏度高，而且体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点。
环境光采集电路原理图如图3-5所示。当教室内自然光光照强度高于一定程度时(即设定参数），则光敏三极管D6呈现低阻状态即小于1 KΩ，三极管Q8的基极电压将增大，使三极管Q8饱和导通，就会使三极管Q8集电极输出低电平，不参与工作。当办公场所室内自然光光照强度小于一定程度时(即设定参数)，则光敏三极管D6呈现高阻状态大于100 KΩ，使三极管Q8截止，Q8的集电极输出高电平，参与电路工作。其中可变电阻R9是作为调节室内环境光光照强弱灵敏度参数的器件，其阻值的大小，将会是三极管Q8在不同的室内环境光照强度参数下导通，而R10、C9组成的电路是防止外界干扰而设计的，具有防干扰的作用。
图3-5 环境光采集电路图
二、人体存在传感器的工作原理
自然界中存在的各种物体，如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外线传感器可对其进行检测。根据工作原理，红外传感器分为热型和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。与量子型相比，热型的红外线波长范围较宽，价格便宜，并在常温下工作。量子型与热型的相反，而且要求冷却条件。本系统采用的是热释电红外传感器，
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人体存在传感器主要采用了红外传感器的原理，它是目前在防盗报警、火灾检测、自动门、自动水龙头、自动电梯、自动照明等场合，及非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。其原因为：①被测对象自身发射红外线，可不必另设光源；②大气对2-2.61Lm、3-51Lm、8-141Lm三个被称为“大气窗口”的特定光通量的红外线吸收较少，非常容易被检测；③中、远红外线不受可见光影响，可不分昼夜进行检测。
人体存在传感器的热释电红外探头的工作原理及特性如下：
人体都有恒定的体温，一般在37℃，所以会发出特定波长10μM左右的红外线，被动式红外探头就靠探测人体发射的10μM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μM左右的红外线通过菲尼尔滤波片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源采用热释电元件，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有人体存在的信号[12]。
1）这种探头是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10μM左右的红外辐射非常敏感。
2）为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。
3）人体存在的探测，其传感器包含两个互相串联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。
4）一旦有人进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被人体存在传感器的热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，不能抵消，经信号处理而输出有人体存在的信号。
5)菲尼尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控现场，视场越多，控制越严密。
有人进入时，移动人体发出的红外线被红外传感器接收，则人体存在被感应，并输出高电平。若人体进入最不敏感移动方向时，人体传感器所体现的信号就不会理想，有时还会产生误动作，所以要特别注意人体传感器的安装方向。
三、人体存在信号采集电路
人体传感器HP-208基于红外线的智能产品，它的主要特性如下：
（1）感应为全自动方式，人进入感应范围时输出高电平（高3.3V），人离开
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感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平（低0.3V），其高低电平利于采集；
（2）采用可重复触发方式。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活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时15s后将高电平变为低电平；
（3）人体传感器工作电压宽为DC3V-DC24V；
（4）人体传感器制作成锥面形状，感应范围大于小于140°锥角，感应距离为7m以内；
（5）其静态电流小于50μA，功耗低；
（6）工作温度介于-15℃和+70℃之间，适应性强；
（7）灵敏度高，可靠性强。
人体传感器的1号引脚为电源信号端，3号引脚为地信号端，2号引脚为采集信号输出端。在电路设计中，为了使人体传感器的工作更加可靠，介于人体传感器的信号引脚2与地信号引脚3之间加一个6800pF的电容，另外人体存在传感器的信号引脚2与单片机的P3.3引脚相连，P3.3引脚再接一个100KΩ的上拉电阻，增加人体存在传感器输出信号的可靠性，其电路原理图如图3-6。
图3-6 人体传感器电路图
3.2.5 系统时钟电路
根据教室灯光使用特性，该系统还应受到时间的控制，因此本研究还加入硬件时钟电路以保证系统的智能化运行。
传统的时钟芯片，如MC146818、M C68H68T、LM8365等，这些芯片的引脚
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太多，体积大，占用的口线多。而现在流行的串行时钟芯片很多，如DS1302、DS1305、DS1307、PCF8485等，这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛的使用。考虑到本系统停电时需为时钟电路提供电源、且不占用太多单片机资源，本系统采用美国DALLAS公司推出的具有充电能力的低功耗1×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器的实时时钟芯片DS1302。此芯片采用的是串行通信方式，可为掉电保护电源提供充电功能，也可以将此功能关闭。该芯片对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V～5.5V[13]。DS1302只需三根线即可与单片机进行通信，体积小，使用简单，时钟精度较高[14]，满足系统的要求。
可为掉电保护电源提供可编程的充电功能的时钟芯片DS1302的引脚图如图3-7所示。
图3-7 DS1302的引脚图
DS1302与单片机接口电路连接原理图如图3-8，其中Vcc2外接3.6V可充电的锂电池，为DS1302的备用电源。Vcc1外接系统供电模块的输出稳定电压+5V，为DS1302的主电源。DS1302由Vcc1和Vcc2两者中较大者供电。当Vcc1大于Vcc2+0.2V，由Vcc1给DS1302供电，系统正常运行；在主电源关闭的情况下，Vcc1小于Vcc2，由Vcc2给DS1302供电，保持时钟的连续运行。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送，与单片机的复位信号相连。时钟输入端SCLK接单片机P1.5引脚，进行时钟控制。数据输入/输出端I/O接单片机P1.6引脚，进行数据传输。
武昌理工学院 本科毕业设计(论文) 题目：教室灯光智能控制系统 学院：信息工程学院 专业：自动化 学号：20114224007 学生姓名：马克勤 指导教师：吕晓雁 二○一四年十月二七日
教室灯光智能控制系统 马克勤 摘要 随着社会的快速发展以及能源的消耗，为了有效利用教室灯光、节约能源，利用单片机设计作为控制核心的教室灯光智能控制系统，能根据学校作息时间、光照情况自动调节教室灯光的打开或关闭。该系统要具有很好的人机交互界面，能对教室灯光进行智能控制。本系统程序部分采用C语言编写，模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。该系统具有体积小，控制方便，可靠性高，针对性强，性价比高等优点能够满足各种大、中专院校教室灯光控制的要求，也可以很大程度的达到节能目的。 关键词:红外线；传感器；单片机
The classroom lighting intelligent control system Ma ke Qin Abstract With the rapid development of society and the energy consumption, in order to effectively use the classroom lighting, saving energy, using single-chip microcomputer as a control core of the classroom light intelligent control system, can according to the school calendar, illumination condition automatically adjusts the classroom lights on or off.The system has good man-machine interface, can the classroom light intelligent control. This system is partially written using C language, modular structure design, clear, good commonality, is advantageous for the improvement and expansion. The system has small volume, convenient control, high reliability, the pertinence, higher cost performance can meet the requirements of classroom lighting control all kinds of large, secondary technical schools, can greatly to achieve energy saving. Key Words:infrared ；The sensor ；Single chip microcomputer
设计名称：智能照明控制系统组别：第五组 组长：XX 组员：XX
基于单片机的智能照明控制系统设计 随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能家居等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。 本文介绍了基于单片机AT89C51的室内灯光控制系统及其原理，提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今较成熟的传感技术和计算机控制技术，利用多参数来实现对学校教室室内照明的控制。 系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。工作时,光信号取样电路采集光照强弱、人体信号采集电路采集室内是否有人、是否为工作时间等信息并将信号送到单片机,单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作,从而实现照明控制,以达到节能的目的。
目录 1 引言....................................................................... 1.1 研究背景.............................................................. 1.2 智能照明控制系统的优点................................................. 2 设计部分................................................................... 2.1设计要求............................................................... 2.2系统设计............................................................... 2.3逻辑控制............................................................... 2.4硬件设计............................................................... 2.4.1 系统硬件总述....................................................... 2.4.2 AT89C51单片机介绍................................................. 2.4.3 光照检测电路....................................................... 2.4.4 人体信号采集电路................................................... 2.4.5 比较电路........................................................... 2.4.6 延迟时间选择电路................................................... 2.4.7 输出控制电路....................................................... 3 系统软件设计及实现......................................................... 4 结论...................................................................... 5 评价……………………………………………………………………………………………….. 6 组员分工…………………………………………………………………………………………..
快思聪灯光控制系统 设计方案
一、系统概述 现代化的建筑对照明的要求越来越高，不仅要求提供舒适、绿色的光照，同 时不同的场合需要不同的照明环境。 传统的照明控制一般采用开关手动控制，对于上述要求很难实现，而且线路十分复杂，操作非常繁琐。随着用户要求的提高和技术的进步，传统的照明控制由于许多问题无法解决而逐步被智能照明控制取代，这已成为一种趋势。 快思聪以其绝佳的地理环境位置、一流的软硬件设施、高档的服务吸引五湖四海的贵宾、商务人士。快思聪按照二十一世纪商务快思聪标准，不仅在建筑结构、配套设施、装潢布局达到国内领先水平，同时在设备控制、计算机网络通讯、智能灯光控制、现代化商务快思聪管理达到国际水准。为了满足快思聪内大堂、会客厅、贵宾餐厅、酒吧、走廊等不同使用功能区域对照明环境的需求，营造特殊的灯光环境气氛，使各区域使用功能发挥的淋漓尽致，拟采用智能照明控制系统。 因此，我司凭借以往的工程经验，设计采用智能照明控制系统，对不同区域、不同使用功能的照明通过智能化照明控制系统营造有层次、变化的灯光环境、美化生活；减少人力工作疏忽，节约能源和人力资源；降低人力工作强度，增强控制的灵活性和可靠性。 二、设计依据 ●《民用电气设计规范》 JGJ/T16－92 ●《建筑电气安装工程质量检验评定标准》 GYJ1253－88 ●《民用建筑照明标准规范》 GBJ133－90 ●《智能建筑评估标准》 DG/TJ08－602－2001 J10105－2001 ●强电厂家提供灯光控制图纸 三、设计目的 通过智能化照明控制，给快思聪各功能区域以焕然一新的风格！ 智能化照明控制技术是计算机技术、通讯技术、控制技术相结合、相渗透的 产物，是现代高新技术的结晶。与以往的照明控制相比，它从人工控制、单机控制过渡到整体性控制，从普通开关过渡到智能化开关，其最突出的特点是能够预置场景的变化，不同的照明回路强度组合形成不同的“场景”，场景可预置并存储在控制器里，调用时只需按一键就能选择场景和通过预设的程序自动变换场景（可按时顺序、时间、事件等），操作十分方便。就像人们通常在舞台上看到变化的灯光环境一样，在日常生活和工作的空间中营造有层
1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000字左右的文献综述： 文献综述 基于单片机的教室照明控制系统设计的研究 摘要：本文详细介绍了基于单片机的教室照明系统设计，可以有效的节约教室照明系统所耗能源，响应国家号召建设节约型社会的政策。系统以单片机为中心，辅以红外检测模块，光照检测模块，报警声光模块以及灯光控制模块组成完整的控制系统。通过红外检测模块对教室进出人数进行计数，单片机根据需要控制照明系统工作。并且系统还设计了报警模块，对系统可能的误判作出弥补[1]。系统综合考虑了照明系统设计的可实现性与实用性，妥善地处理好强弱电之间的连接以及单片机工作稳定性问题。关键词：A T89C52 照明系统热释电传感器 Abstract: Design of Lighting Systems Based On Microcontroller ABSTRACT: To respond to the n ational policy of building a conservation-based social, this paper describes a lighting system based on single chip designed with classroom use, which can effectively save the energy consumption o f the system. Centered on microcontroller, the system supplemented by infrared detection module, light detection module, the alarm sound and light module and control modules complete control sy stem. By infrared detection module to count the number of classrooms, the microcontroller accord ing to the need to control lighting systems work. And the system also designs alarm module of the system to compensate for a possible miscarriage of justice. Considering the lighting system design and practicality can be achieved and properly handle the connection between strong and weak ele ctricity, and stability of microcontroller work. Key words: AT89C51 Lighting Systems Pyroelect ric Sensor 1教室灯光智能控制器系统研究背景 中国经济持续多年的高速发展让能源问题日益突出。虽然我国能源总储量不低，但由 于我国人口众多，所以人均储量少，单位产值的能耗是发达国家的3-10倍。能源问题已成为制约我国国民经济发展的关键问题。从环境和自然资源角度出发，能源问题也是我国长期可持续发展战略中一个关键因素。此外，能源问题不仅关系经济发展和环境生态，在特定情况下还会对社会稳定有很大影响。鉴于能源问题的重要性，我国在绿色照明工程新闻发布，绿色照明工程未来五年问将在公用设旅、宾馆、商厦、居民住所等全国建筑物中推广1.5亿只节能灯，节电290亿度电。上海、河北等一些地方采取政府对节能灯大宗采购每只补贴3至4元的方式进行推广。从普通白炽灯到高效节能灯，使我国的电光源产品结构逐步向节电型转变，荧光灯与普通白炽灯的比例由1995 1：6.25上升到目前的1：1.5。目前，我国照明用电约占社会总用电量12%，采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节电60%-80%。如今，北京正在大力推行绿色照明工程，己推出上百万只绿色照明光源和部分节能电器，据估算年节约用电可达3442万千瓦时，节约电费2519.7万元。政府已经在商厦、学校、医院
令狐文艳 室内灯光控制系统的设计 令狐文艳 毕业设计（论文）
摘要 本课题主要研究的是针对室内灯光的自动控制展开研究，提出了室内灯光控制的具体原理以及它的具体设计思路，提出了基于室内灯光控制系统的详细设计详细内容，在研究该课题的途中努力学习了智能室内灯光控制系统的硬件设备以及相应的软件。本研究以STC89C52单片机为主要操作核心，本研究采用了光敏三极管做为对外界自然光线的强度来进行详细检测，采用热红外人体传感器检测教室有没人进出；再根据本控制系统对外界自然光信号与人体存在的红外信号采取的智能判断，以及对室内需要合理打开灯的条件，以完成对室内照明回路智能控制，从而以达到合理节约利用电能的目的。此外，采用了LCD液晶显示器以用来显示室人数。本研究主要采用的结构为模块化设计，具有简单，体积小等很多优点，以用来满足本研究达到室内灯光控制系统的要求。 [关键词] :STC89C52；热红外人体传感器；光敏三极管；自动控制； Abstract The design analyzes the principle and realization method of the classroom light automatic control, and puts forward the classroom lighting design idea of automatic control system, and on this basis to develop the intelligent control system hardware and corresponding software through researching on automatic control method for classroom lighting. This study adopted the light activated triode as to outside natural light intensity to a detailed inspection; According to the control system’s intelligent judgment of the environmental light signal and the human existence signal, as well as to the classroom reasonable conditions, opening the lamp to complete automatic control of the classroom lighting circuit, so as to achieve the purpose of saving electricity，to meet the requirements of this study to the indoor lighting control system. Key words: STC89C52; pyroelectricinfrared sensor; automatic control; light activated triode
智能照明系统 1、概述 办公环境不仅要有足够的工作照明，更应营造一个舒适的视觉环境，减少光污染。现代办公楼的照明已经成为直接影响办公效率的主要因素之一，因此,越来越引起人们的高度重视。做好照明设计，加强照明控制设计，已成为现代智能办公大楼的一个重要内容。据国内外有关资料介绍，办公照明用电量占整幢大楼能耗的约1/3，办公照明的设备费用（包括照明器件和配布线工程费）约占电气工程费用的10%以上，因此选择合理的照明方案，配置先进的控制系统，不仅能大大简化穿管布线的工作量，而且能有效地节约能源，降低用户运行费用，提高大楼管理水准，具有极大的经济意义和社会效益。在一些欧美发达国家，照明系统的智能化控制已成为智能化大楼不可分割的组成部分，而且应用范围越来越广。 智能照明控制系统的技术，随着现代建筑技术的发展而不断更新以适应各种建筑结构布局，不同灯具的选配，实现多样化的控制模式。由于这是一个开放式的系统，采用标准接口可以方便地与其它系统诸如BA、安保、消防等相互连接完成系统集成功能；同时利用系统配备的监控软件，大楼管理工作人员借助“友好”的用户界面，能极其方便地遥控、监控大楼所有控制设备的工作状态。 2、智能照明系统 长期以来智能照明在国内一直受到忽视，绝大多数建筑物仍然沿用传统照明控制方式。部分智能区域照明和定时开关功能，很难实现调光、场景控制等负责多变的功能，澳洲奇胜的C－BUS正是为了满足这些更高的照明需求而开发出来的新一代智能照明控制系统。就照明管理系统而言，它不仅要控制照明光源的发光时间、亮度来配合不同应用场合做出相应的灯光处理，而且还要考虑到管理智能化和操作简单化以及灵活适应未来照明布局和控制方式变更等要求。一个优秀的智能照明系统可以提升照明环境的品质，确保在建筑物里工作和生活群体的舒适和健康。
天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education 毕业设计开题报告 基于单片机的教室灯光控制设计 学院：自动化与电气工程学院 班级：自１4０3 学生姓名： 指导教师： 职称：副教授 2018 年 12 月 18 日
毕业设计开题报告 课题题目基于单片机的教室灯光控制设计 课题来源科技创新是否实做■ 成果形式毕业设计■ 毕业论文□ 开题报告内容（可另附页） 见附页 指导教师意见（课题难度是否适中、工作量是否饱满、进度安排是否合理、工作条件是否具备等） 指导教师签名： 年月日 专家组及学院意见（选题是否适宜、各项内容是否达到毕业设计（论文）大纲要求、整改意见等） 专家组成员签字：教学院长（签章）： 年月日
基于单片机的教室灯光控制设计 一、研究的目的： 随着社会经济和科学技术的发展，人们的生活水平也不断提高，导致用电负荷的加剧，又由于世界性的能源危机，能源缺乏已成为世界所面临的严峻问题。而此问题对我国来说尤为严重。随着各类大、中专院校的扩招，教室的扩建，教室照明的需求也越来越多，而教室照明的管理不到位，往往造成电能的巨大浪费，这样，提高教室用电效率就成为首要考虑的问题。目前对灯光的智能控制，国内外己经开始采用，但对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，经济损失，这种的浪费与当今的节约能源理念相违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。例如楼道灯光的自动控制等等。所有这些使得教室灯光控制也应该朝着智能的方向发展。于是，开发简便、实用的教室灯光控制系统便具有重要的现实意义。 二、国内外研究的历史和现状简述： 世界各地发电的主要原料是煤炭、石油和天然气，而丹麦在能源利用方面的成功经验提供了很好的借鉴。从1974年以来，尽管丹麦国民收入增长了50%，丹麦总的能源消费量并没有增加。丹麦是经济合作与开发组织（OECD）成员国中能源消耗量和国民收入比值最小的国家。他们不断地提供一些节能供热系统，例如丹麦热电同供热电厂(CHP)，而且，他们尽可能的有效利用资源。这样，他们的能源使用总效率达到了90%。丹麦政府很重视住房空间用电的节能，并设立了对新建房屋节能的诸多要求。数据显示，居民入住有节能装置的房子时，他们要支付比没有节能方案房屋高出8%的费用。其节能项目经验在欧盟国家中广为流传。还有，欧司朗一斯维尼亚公司不断的推出新型高输出的荧光灯，节约6%的总系统功率，并具有更高福建农林大学硕士论文的光通量和平均光通量。飞利浦照明公司推出的陶瓷金卤灯代替过去的卤钨灯，可节能60%的电能。种种迹象表明世界各国都在采取不同方式来节约能源，节约电能。 中国经济持续多年的高速发展让能源问题日益突出。虽然我国能源总储量不低，但由于我国人口众多，所以人均储量少，单位产值的能耗是发达国家的3
1、概述 “节能、智能科技与美学是21世纪建筑业的主题。” 现代建筑中照明系统对于能源的消耗已经高达35%，建筑界已经引入“绿色”照明的概念，其中心思想是最大限度采用自然光源、设置时钟自动控制、采用照度感应和动静传感器等新技术。现代东莞商业中心环境不仅要有足够的工作照明，更应营造一个舒适的视觉环境，减少光污染。照明已经成为直接影响工作效率的主要因素之一，因此，越来越引起人们的高度重视。做好照明设计，加强照明控制设计，已成为现代化东莞****智能化设计的一个重要内容。 2、项目需求分析 作为大量使用灯光的建筑，对于智能照明的需求具有以下特点： 控制区域类型较多，包括大堂区，走廊，楼梯间，电梯厅等；以及6－38层写字楼的公共走廊，室外亮化景观照明，地下车库照明，地下商业部分等的照明控制。 ●灯光耗能量大，因此对于照明节能的要求较高，效果要求显著； ●人流量和照明量存在线性比例关系，人流量越多，需要打开的光源越多； ●顾客对于灯光有较高的指标要求，在不同的区域、不同的场合来设置不同的场景。 根据本项目业主、设计单位针对本项目的直接沟通交流，并结合以往智能灯光在项目实施中的实际经验，我们对于本项目各控制区域需要用到的控制手段分析如下：
3、方案设计 根据需求，我们设计以下控制方案： 照明控制区域说明： 3.1公共区域（大堂、走廊、电梯厅） 走道、电梯厅在*****是必不可少的，在大楼走道、电梯厅等区域的照明是最能体现智能照明的节能特点。没用到智能照明的情冴下，当走道无人经过的时候灯却依然亮着，这就大大浪费了电能，而智能照明系统可以有效的进行管理。 大堂 大堂是客人进入****商务区的必经之路，是光临****的第一感觉，其灯具的选用和灯光布置不只是为了大堂照明的需要，更应考虑照明的气氛及照明与建筑装潢的协调。作为一个高级大楼的大堂应该最大限度地为客人提供一个舒适、优雅、端庄的光环境。 大堂采用场景控制，在大堂内配置可编程控制面板迚行灯光控制。通过可编程控制面板可以实现多种不同场景的切换，如：“白天模式”、“傍晚模式”、“夜间模式”等，不同模式开启不同的灯光。 同时，在一层的大堂内配置一个液晶触摸屏，该触摸屏可对整座大厦内所以智能照明受控回路的控制。 走廊 走廊采用自动照明控制，正常工作时间全开，非工作时间改为减光照明，节假日无人时可以只亮少量灯。在电梯厅入口处配置一个可编程控制面板，可根据需要手动控制就近灯具的开关。在走廊通道中，配置相应数量的红外感应器，可实现随着人员走动开启灯光的功能。当人员离开红外探测范围内，灯光延时自动关闭。 下图为公共区域（走廊）照明控制原理图（仅供参照）： 值班模式：半开
绪论 随着社会经济和科学技术的发展，人类社会的进步越来越依赖于资源的开发与利用，然而与日俱增的能源需求和有限的资源数量形成了巨大的矛盾,能源短缺问题日益突出，成为一个国家经济发展的“瓶颈”。在寻找替代品、提高能源利用率和节约能源等几种缓解能源危机的途径中，节能无疑是符合可持续发展要求。英国城市大型彻夜灯光照明现象很少见，无论公司和政府部门，都没有虚浮华丽的所谓“照明工程”[14]。夜晚漫步在伦敦街头，看不到大面积光华淌泻与楼体通明的景观，所有照明都基本以不影响人们的正常生活节奏为准。许多店铺橱窗的灯光在打烊后会全部关闭，有些店铺还采用定时关灯装置。在政府住宅楼和公寓楼内，楼道里的公用灯也大多采用自动断电装置。作为提高能源使用效率最重要的途径之一，德国政府努力推动能源公司实施“供热供电结合”，鼓励能源公司将发电的余热尽可能用于供暖。2002年，德国颁布了促进“供热供电结合”的法规，根据这一法规，政府向实施该措施的能源公司，尤其是小型能源公司提供补助，帮助他们置办相应设备。中国城市每年用于公共照明的能源支出高达280多亿，节能空间巨大。其中路灯照明能耗占30%以上。发展城市道路照明的同时，路灯以供街道照明以外，还大力兴建了不少景观照明工程，美化城市的夜景，但同时也带来了能耗的极大浪费。据统计2005年，我国全社会的总用电量约为24000亿kW〃h，照明用电量约为3000亿kW〃h，且每年以13%～14%的速度递增，预计到2010年，照明用电量将超过5000亿kW〃h，新增照明用电2000亿kW〃h[1]。对高等院校，据测算，其照明耗电占本单位所有耗电的40%左右，可见在保证照明质量的前提下，对教室灯光进行自动控制，其节能效益和经济效益都是相当可观的[10]。目前对灯光的智能控制，国内外已经开始采用，但
舞台灯光控制系统的设计与研究雷树培 发表时间：2017-12-18T09:51:34.810Z 来源：《基层建设》2017年第26期作者：雷树培[导读] 摘要：随着生活水平的不断提高，人们对文化生活也有了更高的追求，观看舞台表演的人越来越多，为了更好的满足观众日益增长的观看需求，这也对舞台效果提出了更高的要求。 广州市东进软件开发有限公司广东广州 511450 摘要：随着生活水平的不断提高，人们对文化生活也有了更高的追求，观看舞台表演的人越来越多，为了更好的满足观众日益增长的观看需求，这也对舞台效果提出了更高的要求。在舞台表演中，舞台的灯光是其中一项十分重要的影响因素，其发挥着重大的作用，可以烘托和渲染舞台效果。近些年来，舞台的灯光技术随着科技的进步取得了不错的发展，越来越多的舞台灯光控制系统被应用到舞台上。随 着人们对灯光效果的追求越来越多，舞台的灯光控制系统的设计也逐渐复杂。本文针对舞台灯光控制系统的设计和研究进行深入的分析。 关键词：舞台灯光；控制系统；设计；舞台效果引言 随着经济的发展，人们的文娱生活也逐渐丰富。越来越多的人们去观看舞台表演，为了更好的进行观赏，观众对舞台效果也提出了越来越高的要求。舞台灯光在提升舞台效果中发挥着重要的作用，优质的舞台灯光可以完美的烘托舞台氛围，而且，舞台灯光的作用还不止于此，它还可以增强舞台艺术的渲染力，为舞台效果提供不同的时间和空间的场景效果，可以说为对舞台表演起到了支撑作用。所以，本文对舞台灯光的控制系统进行研究，分析其中设计和研究的原理。 1.舞台灯光的光源介绍 在舞台灯光中，光源可以满足舞台上对灯光的多种需求，还可以给舞台表演提供丰富的色彩。目前，在舞台上应用了很多光源，种类比较复杂，而且因为光源的发光原理不尽相同，所以将光源分成了发光光源、辐射光源和放电光源等。而且又因为光源的灯内压强不同，放电光源又被分为了超高压、高压和低压三种放电光源。一般在舞台设计中，最常用的就是超高压放电光源灯。而且舞台设计中应用比较频繁最高的是热辐射光源，常见的有白炽灯和卤钨灯两种，这两种灯有着不同的光辐射特性，在使用的过程中，拥有较小的色温和光通的衰减幅度。 2.舞台灯光控制系统的发展情况 从很早以前我们就开始使用舞台灯光控制系统，目前，我国的舞台灯光经历了从国外进口，到仿制外国先进产品，发展到现在的可以独立设计和制造舞台灯光，我国的舞台灯光控制技术取得了巨大的进步，完成了重大转变。发展到目前为止，我国的舞台电脑控制系统的处理器已经是以8位和16位为主了【1】。为了对舞台灯光信号进行更好的传输，采用无线的方式来控制舞台电脑灯光系统的数据传输，并且这种信号传输的方式有着更高的可靠性。 3.舞台灯光控制系统的设计 3.1舞台灯光控制系统的设计方案 在设计舞台灯光控制系统时，要先明确舞台灯光控制系统的有关性能要求，主要表现在五个方面：首先要求舞台灯光控制系统必须要能够支持标准的数字接口DMX512通信协议，这样就可以保证大多数的DMX512灯光数据都可以通过电脑灯控来进行运行；其次，需要通过无限传输的形式来传输相关的数据，实现通过无线数据传输来连接灯光控制台和电脑灯；接下来，要求DMX512的控制通道中要拥有光圈通道、聚集通道、色温控制通道等；第四点，就是要求舞台灯光控制系统有较好的切换效果功能，且要有比较稳定的场景；最后一点就是要求舞台灯光控制系统要包含18路步进电机的驱动系统，而且这个系统中要有图案变化机、光闸电机和CMY颜色混合电机等。 另外，在设计舞台灯光控制系统时，连接灯光控制系统和光源步进电机驱动模块的纽带应该是无线通信。在选择无线通信系统时，可以选择单片射频收发芯片NRF905以及其他外围元件，当数据处理器发出DMX512信号时，NRF905模块就会将收到的信号传输到步进机的译码处理器中，然后处理器就会就会发出相应的指令。在处理信号的过程中，根据以往实际应用得出来的结果显示，将STM32F103VET6当做是舞台电脑灯信号处理控制系统的主控器。为了使所有的步进电机都受到舞台电脑等控制系统的控制，我们可以让所有的PWM端口都连接在速度相同的步进电机上。 3.2舞台电脑灯的内部系统 舞台电脑灯的内部系统包括机械控制系统和光学控制系统两种。其中，机械控制系统包括CMY颜色混合电机、18步进电机以及X轴和Y 轴等。通过分析电脑灯的工作原理以及其应用特点，我们将舞台电脑灯的控制系统又进行了划分，分为以下九种：关闸、调焦控制、频闪、旋转、特效自传和CMY颜色混合等【2】。 在光学设计中，我们需要慎重考虑光源的光通量的利用率。光学系统在舞台电脑灯中应该考虑的性能指标有很多种，包括光斑的大小、饱和度以及均匀性等等。一般有两种因素可以影响到这些性能指标，其一就是在光路设计中的镜面反射系统，表面存在着一些纹路，并且有刻度的抛物面反光镜，这些反光镜可以产生比较均匀的混合光束；其二就是有关光源的使用材料以及这些材料的整体系统结构。目前，业内使用最好的就是1200W短弧双端金属气体放电灯管，这种灯管有很多特点，比如有稳定的显色性、很高的亮度、较高的色温等等。当周围的灯光变暗的时候，短弧放电灯管仍然可以保持比较好的色温。但是，没有绝对完美的事物，这种灯管也有一定的缺陷，由于这种灯管是通过内部填充剂通过电弧来成像的，所以有的时候它会出现电弧光失效或者色带失效的现象。 3.3舞台电脑灯控制系统的步进电机选型 步进电机是一种通过脉冲来控制信号的一种设备，它可以将信号转换成角度信号，在舞台电脑灯控制系统中应用十分普遍。步进电机的种类也十分的多，像是反应式步进电机、永磁式步进电机以及混合式步进电机等，在设置舞台电脑灯控制系统时，可以根据周围条件因素的限制或者是灯光需求选用不同种类的步进电机。 3.4舞台灯光控制系统的硬件设计 组成舞台的灯光控制系统少不了各种各样的硬件设备，所以我们应该对所需要的硬件提前进行设计。舞台灯光控制系统中的硬件设计基本分为五个部分，分别是步进电机驱动控制部分、数据处理部分、温度采集高温保护模块、无线通信部分以及电源部分。这五个部分缺一不可，是相辅相成的。这些硬件系统的作用主要是进行高温保护、定位和控制X轴电机以及定位Y轴电机等等。 3.5设计舞台灯光控制系统的软件
第1章绪论 1.1 引言 随着社会经济和科学技术的发展，人们的生活水平也不断提高，导致用电负荷的加剧，又由于世界性的能源危机，能源缺乏已成为世界所面临的严峻问题。而此问题对我国来说尤为严重。随着各类大、中专院校的扩招，教室的扩建，教室照明的需求也越来越多，而教室照明的管理不到位，往往造成电能的巨大浪费，这样，提高教室用电效率就成为首要考虑的问题。 目前对灯光的智能控制，国内外己经开始采用，但对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，经济损失，这种的浪费与当今的节约能源理念相违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。例如楼道灯光的自动控制等等。所有这些使得教室灯光控制也应该朝着智能的方向发展。于是，开发简便、实用的教室灯光自动控制系统便具有重要的现实意义。 1.2 课题的来源、意义及研究目的 世界各地发电的主要原料是煤炭、石油和天然气，而丹麦在能源利用方面的成功经验提供了很好的借鉴。从1974年以来，尽管丹麦国民收入增长了50%，丹麦总的能源消费量并没有增加。丹麦是OECD成员国中能源消耗量和国民收入比值最小的国家。他们不断地提供一些节能供热系统，例如丹麦热电同供热电厂(CHP)，而且，他们尽可能的有效利用资源。这
样，他们的能源使用总效率达到了90%。丹麦政府很重视住房空间用电的节能，并设立了对新建房屋节能的诸多要求。数据显示，居民入住有节能装置的房子时，他们要支付比没有节能方案房屋高出8%的费用。其节能项目经验在欧盟国家中广为流传。还有，欧司朗一斯维尼亚公司不断的推出新型高输出的荧光灯，节约6%的总系统功率，并具有更高的光通和平均光通量。飞利浦照明公司推出的陶瓷金卤灯代替过去的卤钨灯，可节能60%的电能。种种迹象表明世界各国都在采取不同方式来节约能源，节约 电能。 中国经济持续多年的高速发展让能源问题日益突出。虽然我国能源总储量不低，但由于我国人口众多，所以人均储量少，单位产值的能耗是发达国家的3-10倍。能源问题已成为制约我国国民经济发展的关键问题。从环境和自然资源角度出发，能源问题也是我国长期可持续发展战略中一个关键因素。此外，能源问题不仅关系经济发展和环境生态，在特定情况下还会对社会稳定有很大影响。鉴于能源问题的重要性，我国在绿色照明工程新闻发布，绿色照明工程未来五年间将在公用设施、宾馆、商厦、居民住所等全国建筑物中推广1.5亿只节能灯，节电290亿度电。上海、河北等一些地方采取政府对节能灯大宗采购每只补贴3至4元的方式进行推广。从普通白炽灯到高效节能灯，使我国的电光源产品结构逐步向节电型转变，荧光灯与普通白炽灯的比例由1995年的l:6.25前的l: 1. 5。 目前，我国照明用电约占社会总用电量的12%，采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节电60%到80%。如今，北京正在大力推行绿色照明工程，己推出上百万只绿色照明光源和部分节能电器，据测算年节约用电可达3442万千瓦时，节约电费2519.7万元。政府己经在商厦、学校、医院等更换了24万只节能灯具。在奥运工程的建设上，也大量运用节能
基于AT89S51单片机的教室灯光智能控制系 统设计 一、系统设计要求： 该系统以AT89S51单片机作为控制模块的核心部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，通过对人体存在信号和环境光信号的识别与判断，完成对教室灯光的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有报警功能；同时还采用了软/硬件的“看门狗”等抗干扰措施 二、系统控制方案分析 该控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数，能够实现自动与手动控制相兼容。在自然环境光较强光线足够时，无论人是否存在，都不开灯；在自然环境光较弱时，有人存在且超过一定时间，控制器自动打开电灯，直到人离开后再延时一定时间后关灯。同时，还可设置作息时间来控制，夜晚超过12点，若还有人存在，则关闭自动控制器的运行，改用开关来手动控制，以解决因特殊情况下，自动控制器的不人性化运行。所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到设计目的。 三、系统控制模块的硬件设计 系统控制模块的硬件构成及简介系统控制单元是以AT89S51单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：环境光采集电路、时钟模块、热释红外传感器模块、看门狗模块、按键电路、EEPROM存储模块、超时报警模块、数码管显示模块，其结构框图如图2-1所示。 图系统控制结构框图 环境光模块采用光敏三极管来检测环境光的强度，有光照时，电阻减小，随着光照强度
灯光控制系统方案
一、系统概述 系统原理概述 系统所有的单元器件（除电源外）均内置微处理器和存储单元，由一对信号线（UTP5）连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为数字信号在系统总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应回路输出。 系统通过两根总线连接成网络。总线上不仅为每个组件提供24伏直流电源，还加载了控制信号。通过系统编程使控制开关与输出回路建立逻辑对应关系。 系统元件采用 模块化结构、并已 经有系统化产品、 系统扩展方便。同 时，通过专用接口 元件及软件，可能 直截接入电脑进行实时监控，或接入以太网进行远程实时监控。因此在设计时更加简单、灵活。 系统为分布式控制，模块化结构，可靠性高。任何控制模块均内置CPU，每个输入模块（场景开关、多键开关、红外传感器等）都可直接与输出模块（调光器、输出继电器）通讯（发送指令→接受指令→执行指令），避免了集中式结构中央CPU一旦出现故障造成整个系统瘫痪的弱点。 与BA系统的集成
诺雅照明控制系统是一个开放的系统，通过专用接口软件，可方便地与其他系统连接，如楼宇自控系统、门禁系统、保安监控系统、消防系统等。
系统结构图
二、系统功能和优点 智能照明控制系统在学校应用的功能和优点： 1、实现照明控制智能化 可用手动控制面板，根据一天中的不同时间，不同用途精心地进行灯光的场景预设置，使用时只需调用预先设置好的最佳灯光场景，使人产生新颖的视觉效果。随意改变各区域的光照度。 2、美化环境以达到吸引学生的注意力 好的灯光设计，能营造出一种温馨、舒适的环境，增添其艺术的魅力。良好的环境可以培养学生对其产生更大的兴趣，从而得到更好的学习效果。 利用灯光的颜色、投射方式和不同明暗亮度可创造出立体感、层次感，不同色彩的环境气氛，不仅使学生有个很好的学习环境，而且还可以产生一种艺术欣赏感，对课程产生强烈的研究精神。 3、可观的节能效果 由于智能照明控制系统能够通过合理的管理，根据不同日期、不同时间按照各个功能区域的运行情况预先进行光照度的设置，不需要照明的时候，保证将灯关掉；在大多数情况下很多区域其实不需要把灯全部打开或开到最亮，智能照明控制系统能用最经济的能耗提供最舒适的照明；系统能保证只有当必需的时候才把灯点亮，或达到所要求的亮度，从而大大降低了学校的能耗。 4、延长灯具寿命 灯具损坏的致命原因是电压过高。灯具的工作电压越高，其寿命则成倍降低。反之，灯具工作电压降低则寿命成倍增长。因此，适当降低灯具工作电压是延长灯具寿命的有
比较全的一套智能家居设计方案 智能系统设计范围： 本设计包含的系统为：智能门锁、安防、可视对讲、厨房室内可视分机、灯光、空调、电动窗帘（百叶窗、气窗）、背景音乐、环境监测（红外亮度、然气感应）、视频监视、集中控制和远程WEB控制等。并且，以上所有系统都不是独立的，而是和其他系统相互联系，融合为一个统一的整体，并相互响应，做到真正意义上的智能。 智能系统设计的原则： 用户需要操作方便，功能实用，外观美观大方的智能家居系统。系统要有吸引来宾的外观和功能，能体现用户高人一等的生活品位。同时要化繁为简、高度人性、注重健康、娱乐生活、保护私密。 系统功能描述： 以下，我们跟据房型结构，设计的智能家居系统： 区域： 庭院 主楼负一层：影音娱乐室、储藏间、楼梯 主楼一层：大门、门厅、客厅、餐厅、厨房、客卧室、卫生间、楼梯 主楼二层: 二层休闲厅、主卧室及主卫、次卫、儿童房、书房及阳台. 负一层： 1、影视娱乐室 ①控制对象：灯光开关、灯光调光、电动窗帘、电视、AV播放设备、中央空调。 ②在入口安装1只“智能控制面板”，对以上设备进行智能化控制，设置6组常用场景模式：“准备”、“电影”、“中间休息”、“纯音乐”、“调光”、“离场”。 按下“准备”模式，灯光自动调亮，空调自动启动，人员入场，做准备工作。 按下“电影”模式，灯光逐渐暗下（过度时间2秒），只留有最后面的两个壁灯在5%的亮度，电动窗帘自动闭合，电视机自动打开。 按下“中间休息”模式，灯光渐亮，方便休息，喝点咖啡。 按下“纯音乐”模式，单独的音乐欣赏，灯光调节到一个温和的亮度。 按下“调光”模式，可对以上四个场景的灯光亮度做手动调节，以适合不同人的要求。
摘要 摘要 本课题针对教室灯光的控制，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机设计教室灯光智能控制系统的思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件模块和相应软件部分。 该系统以AT89S51单片机作为控制模块的核心部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，通过对人体存在信号和环境光信号的识别与判断，完成对教室灯光的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有报警功能；同时还采用了软/硬件的“看门狗”等抗干扰措施。 本系统程序部分采用C语言编写，采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。该系统具有体积小，控制方便，可靠性高，针对性强，性价比高等优点，可以满足各类院校对教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。 关键词：智能控制器热释红外传感器单片机 1
引言 引言 当前，随着经济的飞速发展，能源短缺问题日益突出，成为一个国家经济发展的“瓶颈”。作为工业生产和人民生活不可或缺的电力能源更是如此。尤其现今越来越提倡低碳生活，节约能源已经成为一种全球共识，而作为培养社会精英的高校更应该起到榜样的作用。但是目前在校园内，教室灯火通明，却空无一人的现象屡见不鲜，这不仅造成了严重的资源浪费，也对高校的形象造成了很坏的影响。本文所研究的教室灯光控制系统就可以很好地实现节约能源的作用。 1 系统硬件组成 整个系统由中央控制电路、2×4按键电路、光敏传感电路、继电器驱动电路、时钟电路、液晶显示电路六个模块组成。其中，光敏传感电路模块主要完成对教室当前光线明暗程度的判定，时钟电路主要实现时基功能，两者分别提供光照和定时数据供以单片机为核心的中央控制模块进行逻辑判断，单片机最终将运算结果输出到液晶显示屏，同时对教室灯光进行控制。整个系统的硬件框图如图1所示。 1．1 中央控制模块 系统中，中央控制器主要用于接收两个外部数据，由此判断是否定时时间已到，教室光照是否充足。控制器根据这两个外部数据来进行逻辑运算，从而实现定时开关灯、刷新液晶显示屏，同时可以通过键盘设置时间日期、查看相关信息 根据系统设计要求，控制器选择了宏晶科技公司提供的STCl2C4052AD型单片机。该款是一种高速、高可靠性单片机，工作电压5．5～3．4V，Flash程序存储器4K字节，SRAM 为256字节，2个定时器，8路8位A／D转换器，可通过串口实现在线编程、A／D转换、看门狗等功能。 1．2 液晶显示电路 为了实现较好的人机交互界面，在本系统中采用1602液晶显示屏来显示用户的设定作息时间及用户所查询的信息。 点阵字符型液晶显示器是专门用于显示数字、字母、图形符号及少量自定义符号的显示器。这类显示器把LCD控制器／点阵驱动器／字符存贮器全做在一块印刷板上。系统选用日立公司的HD44780液晶显示。HD44780具有简单而功能较强的指令集，可实现字符移动／闪烁等功能。与MCU的传输可采用8位并行传输或4位并行传输2种方式。液晶显示电路如图2所示。 2