基于红外传感器的教室节能照明控制系统

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教室节能照明控制系统
作者：张德奕
来源：《青少年科技博览（中学版）》2010年第02期
教室节能照明控制系统，采用近红外光电辨向探测器检测进出教室的人数，用磁敏传感器探测室内无人区域，由微控器输出控制照明灯具。

整个系统采用开放式控制(灯跟人走)与管理式控制(分区开灯)相结合的控制模式。

开放式控制是通过磁敏传感器，当检测到某区域有人，微控器就会开启某区域的照明灯，若区域无人，则自动关闭该区域的照明灯。

经过一段时间的开放式控制后，微控器会自动转入管理模式控制：当室内人数在满员的四分之一时，开启1组照明灯；人数处于满员的四分之一以上至二分之一时，开启两组照明灯；人数处于满员的二分之一以上至四分之三时，开启三组照明灯；人数大于满员的四分之三时，开启四组照明灯。

从而实现人多时多开灯、人少时少开灯，防止人少分坐在不同区域，开启多区域照明灯造成电能的浪费，从而实现真正意义上的节能控制。

教室节能照明智能控制系统硬件设计系统方案论证1.1节能照明实现方式方案论证在设计最初需要一个整体的思路来确定设计的框架。

首先根据设计任务来确定所需的功能模块；然后按照一定的作用顺序把各个功能模块连接起来。

本系统需要两个传感器来分别检测人体红外信号和自然光强信号，需要按键电路来强制灯的开关，还需要指示电路来指示系统的工作状态，等等[7]。

如图1.1，为该照明系统总体框图。

图1.1 系统总体框图该照明系统总体框图，包括：系统核心AT89C51单片机，输入为两个传感器电路即人体红外检测电路和自然光检测电路，强制开关的按键电路。

输出是LED指示电路以及继电器执行电路。

最后由继电器电路来控制照明电路的通断，从而实现照明的自动控制。

这里的流程图是方案流程图，是提出来的思路流程图。

可以提出好几种方案，来进行比较，评价，最终确定一种比较合理的方案，如下是本人提出的三种方案。

1.1.1系统最基本的实现方案如图1.2是一种系统最基本的实现方案的流程图。

控制方案的流程图，流程经过初始化以后，先判断有无按键按下，如果有则执行相应按键处理程序。

如果没有，继续判断红外检测电路有无探测到有人，无人时，灭灯并返回继续判断有无按键按下。

如果探测到有人，就接着判断当前照度是否满足设定要求。

若照度满足要求，继续返回灭灯程序；若不满足，就给继电器一个动作信号，使其动作，从而开启照明电路[9]。

图1.2系统最基本的实现方案流程图在设计系统流程时，是先判断光照还是先检测是否有人是，本人遵循的原则是“以人为本，人使用灯”。

如果没有人，开关灯就无意义，所以应先判断是否有人，而不是先判断光照情况。

本方案是智能照明系统的一种最简单的流程图，表现在什么地方呢，就是它只控制灯的亮与灭，没有调光功能。

后面的方案将体现方案一的这点不足。

1.1.2 教室照度可调方案如图1.3为照明系统调节照度方案的流程图。

图1.3教室照度可调方案流程图如果设计的照明控制系统能够调节照度，那么照明效果和节能效果将会更好。

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。

热释电红外传感器教室灯光控制设计者：郑开银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AT89C52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，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。

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。

第一章1.1意义对一些照明时间较长、照明设备较多的场所(如学校教室、商场等)，其照明系统的使用浪费现象屡见不鲜。

由于缺乏科学管理和管理人员的责任心不强，有时在借助外界环境能正常工作和夜晚室内空无一人时，整个房间内也是灯火通明。

这样下来，无形中所浪费的电能是非常惊人的。

据测算，这种现象的耗电占其单位所有耗电的40％左右。

因此，有必要在保证照明质量的前提下，实施照明节能措施。

这不仅可以节约能源，而且会产生明显的经济效益。

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，国内外已经开始采用，但队教室灯光的控制，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。

教室智能照明控制系统的设计随着智能化技术的不断发展，教室智能照明控制系统成为了现代教育装备的重要组成部分。

本文将从系统的目标、设计方案、硬件设备和软件实现等方面进行详细介绍。

一、系统目标教室智能照明控制系统的目标是通过对照明系统进行自动化控制，实现能耗的优化、舒适度的提升和智能化管理。

具体包括以下方面：1. 能耗优化：系统需要能够对照明设备进行精准控制，只有在教室内有人时才能开启灯光，并且根据不同的时间段、季节、教室差异等进行智能调节，降低不必要的能耗。

2. 舒适度提升：通过人体感知照度、色温等参数，自动调整照明系统的亮度和色彩，使教室内的照明更加舒适。

3. 智能化管理：系统需要能够自动采集和分析照明设备的数据，为管理人员提供相关的报表和分析，实现教室照明数据的智能化管理。

二、设计方案1. 硬件选型在硬件选型方面，系统需要选择合适的传感器和控制器来实现照明设备的自动化控制。

具体选型如下：（1）光强传感器：用于检测教室内的照度变化，从而自动地调整灯光的亮度。

（3）红外传感器：用于检测教室内是否有人，从而决定是否开启灯光。

（4）控制器：负责对照明控制设备进行控制和调节。

2. 系统架构其中，硬件部分由光强传感器、温度传感器和红外传感器组成，通过物联网技术将数据传输至中间件服务，中间件服务对数据进行分析和处理，并通过控制器对照明设备进行智能控制。

3. 软件实现教室智能照明控制系统的软件实现主要包括以下模块：（1）数据采集模块：用于采集传感器数据，包括光强、温度和人体红外信号等。

（2）数据处理模块：对数据进行处理、分析和存储，并提供智能控制算法。

（3）控制模块：控制照明设备实现开关、色彩和亮度的自动调节，实现照明自动化控制。

（4）用户界面模块：提供图形化用户界面，方便用户对系统进行监控和管理。

三、系统优势1. 节能减排：通过实现能耗的优化，降低不必要的能耗，减少二氧化碳的排放。

4. 提高教学质量：提高教室的舒适度和氛围，为教学创造更好的环境条件，提高教学效果。

分类号:单位代码:10452临沂大学理学院毕业论文设计基于单片机控制的红外感应照明系统的设计姓名石少帅学号************年级2008专业电子信息科学与技术系(院) 理学院指导教师卢伟涛2012年3月15日摘要节约用电是生产生活中的重要部分,针对传统的照明调控技术的缺陷以及公共场所用电浪费现象,提出一种用热释电红外传感器和光照检测相结合的智能照明控制系统,通过对光线的强弱和室内是否有人的判断自动实现开关灯,达到智能控制和节能的目的.本设计主要包括硬件和软件设计两个部分硬件部分包括单片机控制电路、光照检测电路、红外探头电路、继电器等部分组成.整个系统是在系统软件控制下工作的,软件部分可以划分为以下几个模块:数据采集、数据分析、控制开关等.关键词:单片机;红外传感器;数据采集;继电器;控制开关ABSTRACTConservation of electricity is an important part in the production and daily life. For the defects of the traditional lighting control technology and the phenomenon of the electricity wasting, a project of intelligent-illuminating control,which combined pyroelectric infrared transducer with illumination detection, is provided. In this project, an auto-switch light is realized by judging the power of optical line and the existence of human body indoor.It achieves the purpose of intelligent control and energy saving.This system includes two parts, the hardware design and the software design. The hardware party includes MCU control circuit、light detection circuit、infrared sensor circuit、relay and some partial compositions. The overall system works under the system-software control. This system program divides into following several modules: the data acquisition、data analysis、control-switch and so on.Key words: MCU; infrared sensor; data acquisition; relay; control-switch目录1 引言 (1)2 AT89C52单片机概述 (1)2.1AT89C52单片机的结构 (1)2.2AT89C52主要引脚功能 (2)3 热释电红外传感器 (4)3.1热释电红外线传感器简介 (4)3.2热释电红外线传感器结构特性 (5)4 电磁继电器 (6)4.1电磁继电器介绍 (6)4.2继电器驱动原理 (6)5 方案设计 (6)5.1系统概述 (6)5.2系统硬件设计 (7)5.2.1 中心控制模块 (8)5.2.2 光照检测电路 (8)5.2.3 热释电传感器及处理电路 (8)5.2.4 信号处理电路 (9)5.2.5 控制电路 (10)5.3系统软件设计 (10)6 结论 (11)附录 (12)参考文献 (15)致谢 (1)1 引言近年来,智能控制系统迅速发展,各式各样的控制产品层出不穷.如一些公共场所的自动门等.本文设计的红外线人体感应单片机控制照明系统与之相似.单片机又称单片微控制器,通过单片机与其他外围模块的组合可以制作许多自动化或者智能的系统,给我们生活等方面带来诸多方便.单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点,目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统,而且质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件.现在单片机的使用领域已十分广泛,彩电、冰箱、空调、录像机、遥控器、游戏机等无处不见单片机的影子.这能大大地提高这些产品的智能性,易用性及节能性等主要性能指标,给我们的生活带来舒适和方便.本系统主要由光照检测电路、热释电红外线传感器及处理电路、单片机系统及控制电路组成.工作时,光照检测电路和热释电红外线传感器采集光照强弱、是否有人等信息送到单片机,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.2 AT89C52单片机概述2.1 AT89C52单片机的结构图1 AT89C52单片机外部结构图AT89C52是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含8kb的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的AT89C52单片机可提供许多较复杂系统控制应用场合[1].AT89C52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线,AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程[2].其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本.AT89C52采用工业标准的C51内核,在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同,其主要用于调整时的功能控制.功能包括对主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化,调整控制,测试图控制,红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU 通信等[3].主要管脚有:XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口,外接12MHz 晶振.RST/Vpd（9脚）为复位输入端口,外接电阻电容组成的复位电路.VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口,分别接+5V电源的正负端.P0~P3 为可编程通用I/O 脚,其功能用途由软件定义,在本设计中,P0端口（32~39脚）被定义为N1 功能控制端口,分别与N1的相应功能管脚相连接,13 脚定义为IR输入端,10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口,分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口,12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口,连接主板CPU的相应功能端,用于当前制式的检测.2.2 AT89C52主要引脚功能1、P0口P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口, 也即地址/数据总线复用口.作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口P0写“1”时,可作为高阻抗输入端用.在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻.在Flash 编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻.2、P1口P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路.对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口.作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流.与AT89C51不同之处是,P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和输入(P1.1/T2EX),参见表1.Flash 编程和程序校验期间,P1 接收低8 位地址. P1.0的第二功能时钟输出,P1.1第二功能P1.1定时/计数器2.表1 P1.0和P1.1的第二功能3、P2口P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL 逻辑门电路.对端口P2写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流.在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时,P2口送出高8位地址数据.在访问8位地址的外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容.Flash编程或校验时,P2亦接收高位地址和一些控制信号.4、P3口P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口.P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路.对P3口写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口.此时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流.P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能,参见表2.P3口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号.5、RST当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位.6、ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节.一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的.要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲.对Flash存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG).如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH 单元的D0位置位,可禁止ALE 操作.该位置位后,只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE激活.此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE 禁止位无效.7、PSEN程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89C52由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN 有效,即输出两个脉冲.在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN信号.8、EA/VPP外部访问允许.欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H—FFFFH),EA 端必须保持低电平(接地).需注意的是:如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态.如EA端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序存储器中的指令.Flash存储器编程时,该引脚加上+12V 的编程允许电源Vpp,当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp.9、XTAL1振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端.10、XTAL2振荡器反相放大器的输出端.3 热释电红外传感器3.1 热释电红外线传感器简介热释电红外线传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化,并将其转化成电压信号输出[4].将这个电压信号加以放大,便可驱动各种控制电路,如作电源开关控制、防盗防火报警、自动检测等.热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点.为了探测移动人体,通常使用双元件型热释电红外传感器,在这种传感器内部,两个敏感元件反相连接,当人体静止时两元件极化程度相同,互相抵消.但人体移动时,两元件极化程度不同,净输出电压不为0,从而达到了探测移动人体的目的[5].热释电红外线传感器在每个探测器内装入一个或两个探测元件,并将两个探测元件以反极性串联,以抑制由于自身温度升高而产生的干扰.由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号,经装在探头内的场效应管放大后向外输出[6].图2双元红外传感器示意图,为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离,一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜,该透镜用透明塑料制成,将透镜的上、下两部分各分成若干等份,制成一种具有特殊光学系统的透镜,它和放大电路相配合,可将信号放大70分贝以上,这样就可以测出10-20米范围内人的行动[7].一旦人进入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元接收,但是两片热释电元接收到的热量不同,热释电也不同不能抵消,经信号处理而输出电压信号.图2 双元红外传感器示意图3.2 热释电红外线传感器结构特性图3 双探测元热释电红外传感器图3是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图.使用时D端接电源正极,G 端接电源负极,S端为信号输出.该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起,目的是消除因环境和自身变化引起的干扰.它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿.对于辐射至传感器的红外辐射,热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上,从而使传感器输出电压信号.制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料,它的探测波长范围为0.2-20μm.为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度,该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片[8].这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外,还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外.产品在安装过程中还需要注意安装方向,由于透镜的光学特性决定横切探测区域比较敏感,所以产品安装时要注意入侵方向与探测器视场的夹角,最好成90°垂直,这样就可以保证有人出现时能最大程度横切探测区域.4 电磁继电器4.1 电磁继电器介绍电磁继电器是在在输入电路内电流的作用下,由机械部件的相对运动产生预定响应的一种继电器.它包括直流电磁继电器、交流电磁继电器、磁保持继电器、极化继电器、舌簧继电器,节能功率继电器[9].电磁式继电器一般由控制线圈、铁芯、衔铁、触点簧片等组成,控制线圈和接点组之间是相互绝缘的,因此,能够为控制电路起到良好的电气隔离作用.当我们在继电器的线圈两头加上其线圈的额定的电压时,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合.当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合.这样吸合、释放,从而达到了在电路中的接通、切断的开关目的.4.2 继电器驱动原理当AT89C52单片机的P2.0引脚输出低电平时,三极管饱和导通,＋12V电源加到继电器线圈两端,继电器吸合,继电器的常开触点闭合,相当于开关闭合.当AT89C52单片机的P2.0引脚输出高电平时,三极管截止,继电器线圈两端没有电位差,继电器衔铁释放,继电器的常开触点释放,相当于开关断开.在三极管截止的瞬间,由于线圈中的电流不能突变为零,继电器线圈两端会产生一个较高电压的感应电动势,线圈产生的感应电动势则可以通过二极管释放,从而保护了三极管免被击穿,也消除了感应电动势对其他电路的干扰,这就是二极管的保护作用.5 方案设计5.1 系统概述该设计包括硬件和软件设计两个部分.本系统主要由光照检测电路、热释电红外线传感器及处理电路、单片机系统及控制电路组成.工作时,光照检测电路和热释电红外线传感器采集光照强弱、是否有人等信息送到单片机,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.单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段,就本设计来说也包括这些过程[10].它们的进程框图如图4所示:图 4 单片机应用系统研制过程框图5.2 系统硬件设计本系统主要由光照检测电路、热释电红外线传感器及处理电路、单片机系统及控制电路组成电路组成.它们之间的构成框图如图5总体设计框图所示,图6为相应系统硬件电路图.图5 总体设计框图图6 系统硬件电路图5.2.1 中心控制模块目前较为流行的单片机有AVR 和51单片机,从系统设计的功能需求及成本考虑,51单片机性价比更高.AT89C52是拥有2个外部中断、2个16位定时器、2个可编程串行UART的单片机[11].中心控制模块采用AT89C52单片机已完全满足设计需要,实现整个系统控制.5.2.2 光照检测电路阻值较小,则A点电平较低;当外如图6所示,当外界环境光照强时,光敏电阻R13阻值较大,则A点电平较高,将此电平送到单片机,由程界环境光照弱时,光敏电阻R13序控制是否实现照明.5.2.3 热释电传感器及处理电路热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号[12].热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点.实际使用时,在热释电传感器前需安装菲涅尔透镜,这样可大大提高接收灵敏度,增加检测距离及范围.实验证明,热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜,则其检测距离仅为2 m左右;而配上菲涅尔透镜后,其检测距离可增加到10 m以上.由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小,不能直接作为照明系统的控制信号,因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路,使得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号[13].根据以上要求,人体热释电检测电路组成框图如图7所示.图7 热释电检测电路组成框图5.2.4 信号处理电路本设计采用BIS0001来完成对热释电传感器输出信号的处理.BIS0001是一款具有较高性能的热释电传感器信号处理集成电路,它主要由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成[14].由BIS0001构成的信号处理电路如图8所示:图8 热释电传感器信号处理电路图图8中,热释电传感器S 极输出信号送入BIS0001的14脚,经内部第一级运算放大器放大后,由C 3耦合从12脚输入至内部第二级运算放大器放大,再经电压比较器构成的鉴幅器处理后,检出有效触发信号去启动延迟时间定时器,最后从12脚输出信号(Vo)送人单片机进行照明控制.BIS0001的1脚接高电平,使芯片处于可重复触发工作方式.输出Vo(高电平)的延迟时间T 由外部R 8和C 7的大小调整;触发封锁时间T i 由外部R 9和C 6的大小调整[15].5.2.5 控制电路系统在AT89C52的P1中设置了延时时间选择电路,其目的是在环境光照较弱时,照明设备延时一段时间后自动熄灭.电路通过P1.0～P1.3设置4个延时时间,当P1.0～P3.0无开关闭合时,系统按初始值进行延时;当P1.0～P1.3有开关闭合时,程序从P1.3～P1.0进行检测,若检测到某一端口为低电平时,则系统按当前端口设置的值进行延时.设置时间关系值如表3所示:表3 端口时间设置表单片机对光照检测电路和传感器处理电路输出的信号进行检测,输出控制信号由单片机的P2.0输出.在室内环境光照较强或光较弱但室内又无人时,P2.0输出高电平,此时三极管V1截止,继电器J1不工作,则接在220 V上的照明设备不亮.在室内光照较弱且传感器检测室内有人时,则P2.0输出低电平,此时三极管V1导通,继电器J1工作,则220 V 交流电通过继电器加到照明设备上,照明设备正常点亮.5.3 系统软件设计系统软件流程如图9所示：图9 系统软件流程图软件部分的主要任务是完成对光照检测电路和对热释电传感器信号处理电路的输出信号进行处理.在光照较强时,系统继续对光照检测电路的输出状态进行检测;光照较弱时,系统对信号处理电路的输出状态进行检测.若室内有人时为高电平,系统控制照明设备点亮并按设定的时间进行延时.在延时时间内再一次检测到有人时,则系统又按设定的时间进行延时;若在延时时间内检测到室内无人时,则系统控制照明设备熄灭并重新对信号处理电路的输出状态进行检测.6 结论本课题研究设计了一种基于单片机技术的红外感应控制照明系统.该设计以AT89C52单片机为工作处理器核心,外接热释电红外传感器,以非接触方式探测出人体发出的红外辐射,并将其转化为相应的电信号输出,同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰.工作时,光照检测电路和热释电红外线传感器采集光照强弱、是否有人等信息送到单片机,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,从而实现自动照明控制.本次设计的智能照明控制系统,可以有效地对照明设备进行自动控制,为我们的生活带来方便,能够达到智能控制和节能的目的,尤其适用于学校教室,小区,楼道照明等场所.由于该系统采用了单片机控制,所以具有较高的性能价格比和柔性,即可以根据实际情况进行变更和扩展,提高了系统灵活性和适应性,有利于应用和推广.智能照明系统的广泛应用已经成为了照明系统的发展趋势,这种技术不仅可以实现灯自动照明,而且还可以根据不同的场合进行相应的设计等优势,是一种值得推广的新技术.附录程序1:#include<reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned ucharsbit wu=P1^0;sbit shi=P1^1;sbit shiw=P1^2;sbit ersh=P1^3;sbit guang=P3^2;sbit ren=P3^3;sbit flag=P2^0;void delay(uint z);void init();void main(){ uchar num;init();//初始化子程序flag=0;while(1){if(guang=1)//光照弱{if(ren=1)//有人{flag=1；//灯亮if(wu==0){ delay（20）；if(wu==0){ num++;if(num==3000)//延时五分 num=0;}}if(shi==0){ delay（20）；if(shi==0){num++;if(num==6000)//延时十分num=0;}}if(shiw==0){ delay（20）；if(shiw==0){num++;if(num==15000)//延时十五分 num=0;}}if(ersh==0){ delay（20）；if(ersh==0){num++;if(num==20000)//延时二十分 num=0;}}}flag=0;}flag=0;}}void delay(uint z){uint x,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}void init(){TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;//开总中断ET0=1;//开定时器0中断TR0=1;//启动定时器0 }void timer0() interrupt 1 {TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;num++;}参考文献[1]薛均义.单片微型计算机及其应用[M].西安:西安交通大学出版社,2005.[2]元增民.单片机原理与应用[M].长沙:国防科学大学出版社,2006.[3]刘仁宇.单片微型计算机原理及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.[4]李建.热释电传感器原理与应用[J].传感器世界,2005.[5]赵玉安.人体热释电红外传感器介绍[J].中国电子制作,2OO6.[6]李光飞.传感器技术与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.[7]王海伦,叶冬芬.单片机控制照明智能控制系统[J].电气时代,2005.[8]Danny 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西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计(论文)题目：教室节能照明智能控制系统硬件设计毕业设计（论文）任务书系别专业班姓名学号1.毕业设计（论文）题目：教室节能照明智能控制系统硬件设计2.题目背景和意义：按照国标规定，教室照明的功率密度约为10W/m2，假设教室的平均面积为100m2，则照明负荷约为1kW。

如果每天正常使用时间为15小时，那么，每天每间教室的用电量为1kW×15h＝15kWh，学生年在校为270天，则每间教室年用电量约为4050kWh。

针对目前高校教室照明用电严重浪费的问题，通过红外传感器检测教室是否有人，检测教室内光线照度是否合格，并依靠单片机来智能控制照明灯的亮灭，从而达到有效节约用电、降低学校的经费开支的目的。

该项目具有重要的实用价值和意义。

3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）：红外传感器是利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。

本课题要求学生利用传感器、单片机、可见光探测器件、继电器、开关等器件设计一款教室照明节能系统的硬件电路，利用热释红外探测器来检测教室的光线亮度和是否有学生。

若有学生而且室内光线照度不够，则系统自动打开灯；若教室里无学生或光线照度符合要求，则节电装置自动关闭供电电源。

通过采用热释红外探测技术、可见光探测技术与单片机技术实现了教室照明的智能控制，在一定程度上节省了大量的人力物力，与传统的声音控制照明相比有很大的优势，不需要人类发出声音，正好与教室安静的环境相符合。

该课题的主要任务是：（1）了解并查阅红外传感器的资料并选择合适的传感器；（2）选取所需元件，搭建系统的硬件电路；（3）利用Protel软件制作系统的硬件电路原理图；（4）实现教室的节能照明自动控制功能、自动节电。

技术指标：（1）滤光晶片的波长为7 - 10μm ；（2）不同颜色的LED灯实现实时指示作用。

4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）：` 2012.11.26--2012.12.28：查阅资料，充分理解课题，开题答辩；2012.12.28—2013.3.15：进行具体设计，搭建系统，撰写中期报告，中期检查；2013.3.15—203.4.7：进行系统调试，分析结果，完成整个设计；2013.4.7-2013.4.20：撰写毕业论文，进行论文内容、格式审查；2013.4.20-20135.12：论文定稿、成果验收，上交论文、答辩5.毕业设计（论文）的工作量要求① 实验（时数）*或实习（天数）：② 图纸（幅面和张数）*： 1张Protel 电路原理图。