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科蕊科Ｉ技Ｉ论Ｉ坛教室节能控制系统研究张自友杨济豪（乐山师范学院物理与电子信息科学系，四川乐山６１４００４）摘要：基于ＡＴ８９Ｓ５２单片机设计的一个教室节能系统。
该系统有三种工作模式，夜间防盗、自习模式和上课模式。
系统日光灯受光线强度控制，电风扇受温度控制。
并通过红外光电传感器组检测教室人数。
自习模式下系统根据教室实际人数分组控制电风扇和日光灯。
关键词：ＡＴ８９Ｓ５２；红外光电传感器；节能１概述随着经济社会的发展，能源问题日益突出。
中国是个能源消费大国，随着．ｒ业化进程的加快，对能源的依赖性也越来越大，从而导致能源的缺口也随之增大。
因此。
在开发清洁环保的新能源的同时，节能也同时引起了人们的重视。
当Ｉｊｉ『在我国大部分学校。
尤其是高校，教室电能浪费现象非常普遍。
经常出现一座教学楼灯火通明。
而卜课上自习的学生寥寥无几。
如能有效的根据教室学生实际人数。
结合光线强度和温度智能对日光灯风扇实施控制，将有效的节约能源。
本系统是以节约能源的目的设计的。
系统能根据教室环境参数如、温度、光强、人数等．实现对日光灯、风扇、报警系统、上下课打铃的智能节能控制。
可以做这样的估算，假设一间教室一天能节约０．５度左右的电能，一个学校有２００个教室，一年大概能节约２万左右的电费，很有实际应用和推广价值。
２系统功能设计系统有三种工作模式：夜间防盗、自习模式和上课模式。
三种模式由系统时间确定，关系如表ｌ所示。
表１系统时间与模式切换关系燕萎堕壅蘧基』堡煎基自丑煎基时闻０：！淤∞８“：０：０铲－－掀１２：。
００１６２‘０：００一－－１４００：００００：００１８：００－－２３：００时闻２３：Ｏ卜…。
…．．‘Ｉ……Ｖ防盗模式：在此模式下系统自动启动红外报警装置来实行对整个教室的安全状况的监控。
当有人进入教室时警报器会自动启动发出报警声，保证教室财产安全。
上课模式：在此模式下不检测教室人效，光敏传感器、温度传感器工作。
系统根据温度控制风扇的歼关及档位，通过光敏传感器控制日光灯的开关。
教室智能节能控制系统摘要本研究针对教室灯光的控制方法，尤其是教室灯光的智能控制方面的发展现状，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机的教室灯光智能控制系统的设计思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件装置和相应软件。
该系统以AT89C2051单片机作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用TLC549构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对教室照明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。
系统还具有多种报警功能；同时还采用了软／硬件的“看门狗”技术等抗干扰措旅。
单片机软件采用汇编语言编制，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，专用性强，性价比合理等优点，可以满足各类大、中专院校教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。
关键词红外传感器单片机热释电Based on single-chip microcomputer control classroom lightautomatic controllerABSTRACTBased on the method of controlling the lamplight, especially in the light of the status quo of the development of intelligent control are analyzed, the lamplight of intelligent control principle and realization method, is proposed based on single-chip classroom light intelligent control system design, and on the basis of the intelligent control system is developed and the corresponding software, hardware device.This system to control device of AT89C2051 single chip microcomputer as intelligent parts, using thermal infrared detection sensor measuring interpretation of human body, using light activated triode circuit testing environment of light intensity, According to the condition of lights, rational system of human existence by ambient light signals and the recognition and intelligent signal to the classroom, lighting circuit intelligent control, avoid the waste of a classroom. System also has many alarm functions, Also in soft/hardware in the watch-dog technique etc. Single-chip microcomputer software anti-interference measures adopted assembly language, modular structure design, good clear, generality, and to improve and expand. This system has the advantages of small size, high reliability and easy control, the price is reasonable, strong specificity etc, can satisfy all kinds of big, secondary colleges classroom light control requirements, to a great degree of energy-saving objective.Keywords i nfrared sensors SCM pyroelectric目录摘要 (I)ABSTRACT ..................................................................................................................................... I I 1引言 . (1)1.1课题的研究背景与前景 (1)1.2本课题研究的内容和目标 (1)1.2.1 研究内容 (1)1.2.2 研究目标 (2)1.4 本课题拟解决的关键问题 (2)2．教室灯光控制器简介及控制方案的分析 (3)2.1教室灯光节能控制系统简介 (3)2.2教室灯光节能系统控制方案的分析 (3)3．硬件系统控制模块的设计 (4)3.1控制模块的硬件构成 (4)3.2 控制系统的主要硬件电路 (5)3.2.1 系统主控电路 (5)3.2.2 日光强度检测模块电路 (6)3.2.3红外线热释电传感器 (7)3.2.4 系统时钟电路 (9)3.2.5系统看门狗电路 (12)3.2.6 遥控键盘管理模块电路 (14)3.2.7 超时报警电路 (16)3.2.8 系统供电电路 (17)4控制模块软件设计与开发 (18)4.1 系统监控主程序模块 (18)4.1.1系统自检初始化 (19)4.1.2 定时中断处理 (20)4.2数据采集模块 (21)4.2.1数据采集软件设计的实现 (21)4.2.2人体存在传感器的安装要求 (22)4.3时钟模块 (23)4.3.1时钟程序设计 (23)4.4系统键功能 (25)4.4.1遥控键盘 (25)4.4.2键功能处理程序 (27)5 结论与建议 (29)5.1结论 (29)5.2建议 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录 (36)1 引言1.1课题的研究背景与前景为建立资源节约型和环境友好型社会，促进经济社会可持续发展，我国大力加强节能减排工作，明确了“十一五”能源消耗和主要污染物排放总量控制目标。
题目：教室节能系统设计教室节能系统设计摘要本设计主要是针对目前高校教学楼教室的电能资源浪费严重，教室资源利用不合理，用电设备控制和教学管理不足的现状，设计了基于单片机的智能教室控制系统，以达到高校教室用电设备的合理使用，节约电能以及改善教学管理的目的。
设计应用先进的电子技术、网络技术、自动控制技术以及实用的软件平台，成功地设计了一套功能完善的智能教室自动监测与控制系统。
由传感探测单元、通讯网络RS-232、控制单元构成了整个系统。
智能教室控制系统核心采用AT89S51采集数据，并由控制系统实现对教室光照度、自习学生人数、教室使用状态等的监控与显示，并对教室内部用电设备进行合理控制和管理，达到高校教学楼教室控制的智能化和节约化的目标。
本设计将单片机控制系统与网络技术结合起来，本系统各组成部分包括硬件和软件设计的结构、功能与实现方法。
最后通过RS-232方式实现与上位机通信实现数据的远程传输及上位机对教室照明状态的控制，完成一个智能教室监控系统。
关键词：智能控制；热释电效应；光照检测；AT89S51Energy-efficient system design classroomAbstractThe design is mainly targeted at the classroom floor, higher education and serious waste of energy resources, classroom unreasonable use of resources, the realization of electrical equipment control and inadequate management of the status of teaching, design of intelligent single-chip microcomputer-based control system for the classroom in order to achieve the realization of Colleges and Universities classroom equipment, the rational use of electricity, saving energy and improving teaching and learning management purposes.In this paper, the application of advanced electronic technology, network technology, automatic control technology, and practical software platform, has successfully designed a fully functional smart classrooms automatic monitoring and control system. Detection sensor unit, communication network RS-232, the control unit "constitutes a whole system. Intelligent control system using AT89S51 classroom data collection and control system for the classroom classroom light, the number of students self-study, classroom use, such as the monitoring and display and electrical equipment within the classroom to carry out control and management to the classroom floor, college teaching of intelligent and economical control of the target.The single-chip control system design and network technology combined with specific on the various components of the system including hardware and software design of the structure, function and implementation of methods. Finally, the way through the RS-232 communication with PC for data transmission and the remote host computer to control classroom lighting state, the completion of an intelligent classroom monitoring system.Key words: Intelligent Control；Thermoelectric effect ；Light Detection；AT89S51目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 设计主要目的 (2)1.3 设计研究内容 (3)第二章系统总体方案 (4)2.1 控制系统总体构成 (4)2.2 系统实现功能 (5)第三章教室控制单元的设计与通信 (7)3.1 教室控制单元的核心器件选择 (8)3.2 A/D转换器芯片—ADC0809 (10)3.3 现场人机交互模块 (12)3.4 RS-232串口通信 (14)第四章教室检测单元数据采集与处理 (17)4.1 光照信号采集与处理 (17)4.1.1 光电检测器件选择 (17)4.1.2 光敏电阻的工作原理 (18)4.1.3 光敏电阻的基本特性 (19)4.1.4 光照检测接口电路 (20)4.2 红外数据采集与处理 (22)4.2.1 热释电传感器检测原理 (22)4.2.2 人体红外传感器电路 (24)4.3 开关控制电路设计 (25)4.3.1 继电器原理简介 (25)4.3.2 继电器模块 (26)4.3.3 电灯开关控制电路 (27)第五章教室节能系统软件设计 (28)5.1 光照度采样及模数转换子程序 (28)5.2 显示子程序 (29)5.3 串行通讯程序设计 (31)5.4 主程序设计 (34)第六章总结 (36)参考文献 (37)附录 (38)附录A 程序 (39)附录B 设计仿真电路图 (49)附录C设计原理电路图 (50)致谢 (51)………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………第一章引言1.1 课题背景随着能源的日益紧张，以及燃烧煤炭等资源带来的社会和环境问题的日渐突出，党和国家对节能工作的重视程度不断提高，已经将其列入“十一五”工作重点，提出了“建设节约型社会”的号召。
高校教室照明节能自动控制系统设计背景介绍随着科技的发展和环境保护的要求，节能减排成为了一个全球性的问题，照明系统也是其中不可忽视的一部分。
为了实现高效、节能的照明系统，自动控制也成为了一个重要的方向。
在此背景下，设计一套高校教室照明节能自动控制系统具有实际意义和应用价值。
设计方案功能需求本设计的系统主要是为了实现高校教室照明节能自动控制，因此系统的主要功能需求如下：1.实现教室照明的自动控制，通过感应器等技术监测人员活动情况，根据环境光照强度、时间等条件自动控制照明系统开关。
2.实现电路断电、线路短路、漏电保护等功能，确保系统的稳定性和安全性。
3.实现手动控制照明开关的功能，确保系统在人类干预下的灵活性。
系统组成本设计的系统主要由以下几个模块组成：1.照度传感器模块，用于检测室内光照强度。
2.人体红外感应器模块，用于检测室内人员活动情况。
3.普通继电器和光控继电器模块，用于实现照明开关的自动、手动控制。
4.MCU控制模块，用于控制各模块之间的交互和数据传输。
5.电源模块，用于为各模块提供电源。
设计流程1.首先进行系统电路的设计，包括每个模块的具体接线等。
2.然后进行系统程序的编写，主要包括传感器数据的采集、信号的处理、控制命令的下发等。
3.组装各模块，将系统硬件和软件连接起来，进行调试和测试。
4.进行系统的实际应用并进行持续的监控和维护。
结论本设计的高校教室照明节能自动控制系统能够实现照明的自动控制和手动控制，有效地提高电能利用率和节约用电成本，对于实现节能减排有着实际应用价值。
在未来，可以通过对系统进一步优化和改进，实现更好的节能效果和自动化程度。
题目：教室节能系统设计教室节能系统设计摘要本设计主要是针对目前高校教学楼教室的电能资源浪费严重，教室资源利用不合理，用电设备控制和教学管理不足的现状，设计了基于单片机的智能教室控制系统，以达到高校教室用电设备的合理使用，节约电能以及改善教学管理的目的。
设计应用先进的电子技术、网络技术、自动控制技术以及实用的软件平台，成功地设计了一套功能完善的智能教室自动监测与控制系统。
由传感探测单元、通讯网络RS-232、控制单元构成了整个系统。
智能教室控制系统核心采用AT89S51采集数据，并由控制系统实现对教室光照度、自习学生人数、教室使用状态等的监控与显示，并对教室内部用电设备进行合理控制和管理，达到高校教学楼教室控制的智能化和节约化的目标。
本设计将单片机控制系统与网络技术结合起来，本系统各组成部分包括硬件和软件设计的结构、功能与实现方法。
最后通过RS-232方式实现与上位机通信实现数据的远程传输及上位机对教室照明状态的控制，完成一个智能教室监控系统。
关键词：智能控制；热释电效应；光照检测；AT89S51Energy-efficient system design classroomAbstractThe design is mainly targeted at the classroom floor, higher education and serious waste of energy resources, classroom unreasonable use of resources, the realization of electrical equipment control and inadequate management of the status of teaching, design of intelligent single-chip microcomputer-based control system for the classroom in order to achieve the realization of Colleges and Universities classroom equipment, the rational use of electricity, saving energy and improving teaching and learning management purposes.In this paper, the application of advanced electronic technology, network technology, automatic control technology, and practical software platform, has successfully designed a fully functional smart classrooms automatic monitoring and control system. Detection sensor unit, communication network RS-232, the control unit "constitutes a whole system. Intelligent control system using AT89S51 classroom data collection and control system for the classroom classroom light, the number of students self-study, classroom use, such as the monitoring and display and electrical equipment within the classroom to carry out control and management to the classroom floor, college teaching of intelligent and economical control of the target.The single-chip control system design and network technology combined with specific on the various components of the system including hardware and software design of the structure, function and implementation of methods. Finally, the way through the RS-232 communication with PC for data transmission and the remote host computer to control classroom lighting state, the completion of an intelligent classroom monitoring system.Key words: Intelligent Control；Thermoelectric effect ；Light Detection；AT89S51目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 设计主要目的 (2)1.3 设计研究内容 (3)第二章系统总体方案 (4)2.1 控制系统总体构成 (4)2.2 系统实现功能 (5)第三章教室控制单元的设计与通信 (7)3.1 教室控制单元的核心器件选择 (8)3.2 A/D转换器芯片—ADC0809 (10)3.3 现场人机交互模块 (12)3.4 RS-232串口通信 (14)第四章教室检测单元数据采集与处理 (17)4.1 光照信号采集与处理 (17)4.1.1 光电检测器件选择 (17)4.1.2 光敏电阻的工作原理 (18)4.1.3 光敏电阻的基本特性 (19)4.1.4 光照检测接口电路 (20)4.2 红外数据采集与处理 (22)4.2.1 热释电传感器检测原理 (22)4.2.2 人体红外传感器电路 (24)4.3 开关控制电路设计 (25)4.3.1 继电器原理简介 (25)4.3.2 继电器模块 (26)4.3.3 电灯开关控制电路 (27)第五章教室节能系统软件设计 (28)5.1 光照度采样及模数转换子程序 (28)5.2 显示子程序 (29)5.3 串行通讯程序设计 (31)5.4 主程序设计 (34)第六章总结 (36)参考文献 (37)附录 (38)附录A 程序 (39)附录B 设计仿真电路图 (49)附录C设计原理电路图 (50)致谢 (51)………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………第一章引言1.1 课题背景随着能源的日益紧张，以及燃烧煤炭等资源带来的社会和环境问题的日渐突出，党和国家对节能工作的重视程度不断提高，已经将其列入“十一五”工作重点，提出了“建设节约型社会”的号召。
基于PLC的教室节能系统的设计【摘要】教室智能照明控制系统的作用是在保证教室正常照明的前提条件下，利用PLC自动控制的方法对日光灯的亮灭实行智能控制从而达到节能的效果，同时也有效地延长了灯具的使用寿命。
【关键词】智能；照明；控制；PLC；自动；节能智能照明控制系统在节能和节省灯具使用的同时，有效节省了电费与管理费用的支出。
根据一般的教学大楼使用的经验来看，节能效果能达到40%以上，一般的商场、酒店、地铁站等节能效果也能达到25%-30%；1.方案的拟定1.1 设计要求教室智能照明控制系统的作用是在保证教室正常照明的前提条件下，利用PLC自动控制的方法对日光灯的亮灭实行智能控制从而达到节能的效果，同时也有效地延长了灯具的使用寿命。
1.2 总体设计方案2.硬件设计2.1 选择PLC类型系统的设计要从保证系统的可靠性、实用性和可扩展性等方面入手。
本控制系统采用可靠性和可扩展性很好的西门子S7-200PLC系列的PLC作为控制器，对于每个教室输入点主要来自以下四个方面：启动开关、停止开关、体存在传感器和光电传感器；输出点主要输来自每个教室五个区域的灯。
根据输入输出点数选择CPU224模块，每个教室有13点输入，5点输出。
用人体存在传感器和光电传感器作为检测装置来检测教室中是否有人和教室的光照强度。
运用扩展模块EM235将信号输入到PLC中，控制系统的框图如上图所示。
2.2 数据采集电路教室中的环境光和人体存在与否是系统的主要输入参数，因此教室中的环境光和人体存在成为系统数据采集的主要对象。
常见的环境光采集器件光电传感器有光敏二极管和光敏三极管，根据需求，选用灵敏度较高的光敏三极管。
此外，人体传感器要求灵敏度高，可靠性强，本系统采用了逻辑电平输出的HP-208型号的人体存在传感器。
2.2.1 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换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。
高校教室照明节能自动控制系统设计随着城市化和人们生活水平的提高，大学校园中的能源问题也日益引起了人们的关注。
照明系统是大学校园中消耗能源的重要设备之一，为了降低校园能源消耗，提高节能效益，本文将设计一种高校教室照明节能自动控制系统。
1. 系统设计原理本节将介绍本系统的设计原理，包括自动感应控制、定时控制和手动控制三个方面。
1.1 自动感应控制对于高校教室照明系统而言，自动感应控制是一种非常重要的控制方式。
该控制方式可以有效避免因教室内没有人而导致照明系统一直开启的情况，从而减少能源的浪费。
当教室内没有人时，照明系统将自动关闭，当有人进入教室时，照明系统将自动开启。
该控制方式的实现需要使用PIR（热释电传感器）传感器，该传感器可以感应到教室内人体的热辐射，从而判断教室内是否有人。
1.2 定时控制在有些情况下，教室内的人群比较密集，需要长时间使用照明系统。
为了防止人员因为长时间处于照明系统过度亮度的情况下而导致的视觉疲劳，我们可以设置照明系统的定时开关控制功能。
该控制方式可以根据不同教学需求，设置不同的开关时间。
在该控制方式下，照明系统将在规定的时间内开启或关闭。
1.3 手动控制为了满足不同教学需求，照明系统需要具备手动控制功能。
教师可以通过遥控器或控制面板对照明系统进行手动开启或关闭。
同时，手动控制也可以作为备选控制方式，当传感器出现故障时，可以通过手动控制进行照明系统的开启和关闭。
2. 硬件设计方案本节将介绍本系统的硬件设计方案，包括照明设备、PIR传感器、遥控器和控制面板。
2.1 照明设备在本系统中，我们选择LED灯作为照明设备，这是因为LED灯具有高光效、长寿命、无污染等优点。
同时，LED灯也可以根据环境需求进行调节亮度和色温。
2.2 PIR传感器在本系统中，我们选择PIR传感器作为控制设备，这是因为PIR传感器可以观察到教室内的气温并检测到人体的辐射热，从而实现控制系统的自动感应控制。
2.3 遥控器和控制面板在本系统中，遥控器和控制面板作为照明系统的手动控制设备。
教室智能节能系统的设计(总2页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--（二 〇 一 四 年 六 月本科毕业设计说明书 学校代码： 10128 学 号：题 目：教室智能节能系统的设计 学生姓名： 学 院：信息工程学院 系 别：电子系 专 业：通信工程 班 级： 指导教师：引言课题背景我国是一个人口大国，能源需求庞大，能源短缺问题日益突出，成为我国经济发展的重大障碍。
电力能源作为工业生产和人们生活每日不可或缺的元素更是如此。
为此，国家提出发展循环经济，建设资源节约型和环境友好型社会，以此实现经济增长方式的根本性转变。
随着计算机网络、通信、控制等技术的发展，智能楼宇的发展越来越迅猛。
目前，国内大多数建筑楼存在效率低、能耗高的现象。
本文以学校教学楼为例，就通过电力载波通信技术实现对教室的电气系统智能控制，从而达到较为理想的资源的有效利用和节约使用。
当前各大中小院校，尤其是高校，教室电能浪费现象非常严重和普遍。
教室灯火通明，风扇或空调等电器不停运作，而教室却空无一人的现象屡见不鲜。
另外，学校对所有教室的利用状况的未知往往造成有些教室人满为患，有些教室无人问津的状况。
因为管理不当、信息来源单一而影响教学资源的分配以及良好学习环境的营造。
这不仅造成了严重的资源浪费，同时也存在重大的安全隐患，与节能减排、发展资源节约型社会相违背。
一些学校意识到部分教室使用不合理和教室电器使用过程中存在的巨大浪费，采取增加人力资源等的管理方式，试图来杜绝不合理利用和浪费使用的现象，但因新投入了人力，增加了开销，以及从业人员不能对自己管理区域的每个教室有实时的掌控等因素始终没能取得理想效果。
设计主要目的针对目前学校教学楼用电设备控制和教室管理不足的现状，并由此引发的资源极大的浪费和屡见不鲜的安全事件，以增加教室用电设备控制的智能化和提高教室管理的效率为目的，设计一套功能较完善的基于单片机的教室电器智能节能系统。
前言教室作为高等院校主要教学和学习交流场所，为了便于学生间进行知识学习的相互动态交流，通常采用分时段开放式自由管理模式，也就是说教室资源没有像高中、初中等学校那样将其特定到某个班级，这样教室资源的调配、卫生、以及治安维护等工作均由教室管理人员进行静态的管理。
教室资源的开放式管理虽然给学生进行学习交流提供了便捷的场所，但由于缺乏对应的高效调配管理自动化系统，很多教室能源浪费十分严重，经常出现一两个人，甚至无人情况下，教室照明灯具、风扇等长期处于运行状态；或者在光线强度、温湿度等条件满足学习要求时，照明、风扇等耗能电器依然处于额定运行工况，从而造成大量的电能资源浪费。
按照教室等公共区域的照明设计规范可知，教室照明功率密度通常按照10W/m2 进行设，也就是说如果一个标准教室按照96m2 进行设计，则按照其照明系统从早晨8 点到晚上9 点正常运行13 个小时，每个教室每个教学年度按160kw · h，整个学校共有210 间教室进行计算，如果采用相关先进控制技术手段将其照明系统的节电能力提高30%，则全年大约可以节约电能资源2.28×105kw · h，如果按照单位电能0.5 元进行计算，则全年可以节约电费额为12 万元左右，而且上述估算分析中还没有考虑教室照明系统的线损、灯具使用寿命等因素，因此，对教室照明系统等进行节能技术升级改造，其所获得的经济效益十分可观，是学校教室建筑节能降耗研究的一个重要内容。
1 教室灯光节能控制器控制简介教室灯光控制器可以通过内部程序实现对教室内部照明灯光系统的有效节能自动智能化调节控制。
从整个系统的功能效果来看，其系统的输入参数主要是教室内人体存在信号、环境温湿度、光照强度等特征信息当量，即在教室检测到有人存在时，结合环境温湿度、环境光照等外部因素，动态判断是否开启灯光系统以及照明灯具相互节能匹配方案等；当环境光照等满足教室照明规范需求时，就会控制灯具不打开，即只有当教室内存在学习人员且外部环境光照强度参数达到某种阈值条件以下时，并在内部计算分析判断合理调节照明灯具开启匹配方案，达到教室照明灯光高效稳定节能运行效果。
为了实现教室照明系统调节运行的灵活性和高效节能性，本文选取单片机作为这个控制系统的核心控制器，结合光照度传感器等硬件设备，通过自动智能化控制，有效提高系统运行经济可靠性。
对于硬件部分的设计，只要结合教室照明系统基本功能要求，通过合理选型搭配构筑一个完善的功能硬件系统，为系统软件运行提供一个重要的技术支持平台；对于软件部分的设计，通过各种传感器对信号进行采集，并结合其它硬件实现信号的传输、分析处理，实现对教室灯光资源的自动智能化节能经济调度运行。
2 系统总体设计该设计的教室照明控制系统能够实现教室照明的智能化控制，节省电能．该系统主要由热释电红外传感器、环境光强度检测器、单片机控制电路及输出开关控制电路组成．在该系统中，教室内环境光线的强度和人体存在信号是系统的主要输入参数，也是系统数据采集的主要对象．首先，利用光敏电阻检测教室内自然光的强度，并将光强信息经A/D 转换、放大后送给单片机进行处理，然后，利用热释电红外传感器的热释电效应检测教室内是否有人存在，以便对照明灯的开关进行控制．当教室内自然光较强，即光线足够时，无论是否有人存在，都不打开照明灯; 当教室内自然光较弱，且有人存在时才打开照明灯．教室照明灯打开后，系统仍会定期去检测教室内的自然光强度和教室内是否有人，当检测到教室内没有人存在或自然光强度足够大时，就自动关闭照明灯．同时，系统还增加了手动控制方式，在学校放假或周末时，可以通过手动的方式人为地控制照明灯的亮或灭，从而达到智能控制和节约电能的目的．3 系统硬件电路的设计该系统的硬件电路主要包括系统供电电路、热释电红外人体检测电路、环境光强度检测电路、单片机控制电路等．3.1 系统供电电路该系统中的单片机等芯片都要用到+ 5 V 电源供电，因此需要将交流市电220 V 转换为直流+ 5 V 电源．利用如图2 所示的电压转换电路可获得+ 5 V 直流电压．将220 V 交流市电接入该电路，先经过变压器降压，得到+ 9 V 的交流电压，然后经过由4 个二极管组成的全波整流电路，得到脉动直流电，并利用电容Cl、C2滤去高频信号和噪声，再经过稳压器LM7805 的稳压，最终得到+ 5 V 的直流电压［2］，能够给控制系统中的单片机和其他TTL 电路提供+ 5 V 的工作电源．图2 系统供电电路3.2环境光强度检测电路环境光强度检测电路主要由光敏传感器和晶体管组成．光敏传感器采用可见光光敏电阻，它的光谱响应峰值比较接近人视觉敏感区的波长．根据光敏电阻的特性可知，当光照强度大时，光敏电阻的阻值小;当光照强度小时，光敏电阻的阻值大．因此，当环境光照强度变化时，光敏电阻的阻值也随着变化，利用光敏电阻的分压，可得到与光照强度相对应的电压值．环境光强度检测电路如图3 所示．当教室内自然光强度大于一定阈值时，光敏电阻Rs呈现低阻状态，三极管Q 的基极电压升高，三极管Q 饱和导通，集电极输出OUT 为低电平．当教室内自然光强度小于一定阈值时，光敏电阻呈现高阻状态，使三极管Q 截止，集电极输出OUT 为高电平．通过调节可变电阻Ra的阻值，可使三极管Q 在要求的环境光强度下饱和导通或截止，使输出电压OUT 为低电平或高电平．图3 环境光强度检测电路3.3热释电红外人体检测电路传感器工作原理:热释电红外传感器，是基于热电效应的红外传感器，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而改变。
为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路，从而以非接触的方式，检测出物体放出的红外线能量变化，并将其转换为电信号输出。
通过两个晶硅片的反向串联，传感器中两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消，得到能量补偿。
对于辐射至传感器的人体红外线，热释电传感器通过安装在前方的菲涅尔透镜，将其聚焦后加至两个探测元上，使传感器产生并输出电压信号。
菲涅尔透镜的应用增强了元件识别的正对性和敏感度。
传感器工作原理如图4。
图4 热释电红外传感器的工作原理传感器的动态检测解决方案:热释电红外传感器只对运动的人体敏感，而在教室内很多情况下，人们都处于相对静止或者幅度很小的运动状态，传感器通常不能加以有效的识别。
这也正是目前市场上该类产品的缺陷所在。
本文所提出的解决方案，是要从另一个角度去解决动态检测的问题，即让传感器产生一定幅度的运动，通过人和传感器之间的相对运动，实现信号的有效识别。
本文提出了传感器的运动的两种方式。
传感器运动的方式(1)振动方式。
如图5所示，把传感器和一个小型振动器固定在一起。
当人进入识别区后，传感器检测到人体信号，经处理后传给控制电路，使振动器带动传感器一起振动，从而识别出静止的人体。
本系统每次振动时间设定为2 s，振动周期为30s 8，每30s 扫描一次。
如果连续两个周期该区域内没有人体信号，控制系统执行关闭照明灯的动作。
图5振动方案(2)摆动方式。
图6所示的摆动方式，其基本思路与振动方式相同。
区别在于传感器运动的方式，是在弹片的带动下发生摆动，从而达到相对运动的目的。
通过一个小型电机驱动凸轮，即可实现弹片的摆动图6摆动方案在本设计中，采用热释电红外传感器RE200B，该传感器内含有探测元件，探测元件可将探测到的红外辐射能量转变成电压信号，即实现热电转换． RE200B 内有滤光晶片，其截止波长7 ～ 10 μm，与人体辐射的红外线波长9 ～ 10 μm 相对应，起带通滤波器的作用，可将灯光、太阳光等辐射滤除，抑制环境的干扰，从而将人体和其他物体区分开．同时，RE200B 还配有菲涅尔透镜，能够敏锐地检测出空间辐射的红外线能量及其变化，因此可提高传感器的探测灵敏度，增大探测的角度和距离．本设计采用的热释电红外人体检测电路如图7所示，即利用RE200B 探测教室内人体的存在．由于热释电红外传感器输出的电压信号十分微弱，所以利用以BISS0001 为核心的调理电路对传感器输出的电压信号进行放大和滤波，以便送给单片机进行处理．当有人进入探测范围时，热释电红外传感器RE200B 接收到人体发出的红外线，探测出人体的存在，输出电压VO为高电平; 直到人体离开探测范围，则自动延时关闭高电平，并输出低电平．图7 热释电红外人体检测电路3.4 单片机控制电路单片机控制电路采用AT89S51 单片机作为主控芯片，其主要作用是对教室内的自然光强度和是否有人体存在进行分析判断，以便控制照明灯的打开和关闭．在本设计中，利用环境光强度检测电路采集教室内的自然光强度信号，然后经过ADC0809 转换为数字信号后送给单片机; 而教室内是否有人体存在是通过热释电红外人体检测电路进行采集，然后送给单片机．当教室内的自然光强度低于设定的阈值，且教室内有人体存在时，单片机发出控制信号，打开教室内的照明灯．在开灯时间超过10 min 之后，单片机自动进入低功耗模式，以达到节能的目的．为了缩小亮灯范围，节省电能，本设计采用分区扫描、分区控制的方法，即将教室分为4 个区，每个区根据需要布置一定数量的照明灯，每个区的照明灯可通过笔者设计的控制系统自动控制，也可通过手动开关来控制．在每个区的上方都安装一个光强度检测器和热释电红外传感器，其中，光强度检测器测量该区内自然光的强度，而热释电红外传感器检测该区内是否有人存在． 4 个分区采集的自然光强度信号分别从P1． 0 ～ P1． 3 引脚输入AT89S51 单片机，4 个分区采集的人体存在信号分别从P1． 4 ～ P1． 7 引脚输入AT89S51 单片机，然后，AT89S51 单片机读取P1． 0 ～P1． 7 引脚的值并进行判断，控制某个区照明灯的打开或关闭．4 系统软件程序的设计该系统的程序设计主要包括系统初始化模块、环境光强度信号采集模块、热释电红外人体探测信号采集模块、单片机控制模块、照明灯的打开与关闭控制模块等．系统软件程序设计的流程图如图8 所示根据中国民用建筑照明设计标准对教室照度的推荐，控制教室的照度为200 lx．其中，lx( 勒克斯) 是照度值的单位，照度是指在被照明表面上单位面积内接受到的光通量．单片机接收环境光强度检测器输出的光强度信号和热释电红外传感器输出的人体存在信号，当教室内照度X ＞ 200 lx 时，所有照明灯都不打开．当教室内照度X ＜ 200 lx 时，若教室内没人，则所有照明灯都不打开; 如果某个分区内有人，则将该分区的照明灯打开［5］．照明灯打开后，控制系统仍会定期去检测教室内自然光的强度和是否有人体存在，当检测到自然光强度大于200 lx 或教室内没人时，又会自动关闭照明灯．图8 系统程序设计流程5 结论笔者设计了一种教室照明节能控制系统，该系统利用热释电红外传感器RE200B 探测教室内人体的存在，利用光敏电阻检测教室内环境光线的强度，然后用AT89S51 单片机对采集的信号进行分析判断，控制教室照明灯的打开或关闭．同时，对教室照明灯实行分区控制，进一步节省了电能; 在控制系统自动控制的基础上，还设置了手动开关控制，在学校放假等情况下方便对照明灯进行控制，最终实现了对教室照明系统的智能和节能控制．7805 R1R2ANALONGN INHP-208辅助电源电路P3.7P3.3 INT 1LS?日光检测和AD 转换电路看门狗硬件原理图时钟芯片外围电路超时报警电路遥控器信号接收电路人体存在采集电路。
