毕业设计(论文)-基于AT89S51单片机的教室灯光智能控制系统设计

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1、1 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

2、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。 关键词关键词：智能控制器 热释红外传感器 单片机 2 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

3、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。 11 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

4、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 53 4V， Flash 程序存储器 4K 字节， SRAM 为 256 字节，2 个定时器，8路 8 位 AD 转换器，可通过串口实现在线编程、AD 转换、 看门狗等功能。 12 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 LC

5、D 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。 3 13 其他电路 按键电路主要由一个 2 4 的按键阵列组成，主要用于完成作息时间、当前时间、定时时 间段的设定。 光敏传感电路实现教室内光照强度数据的采集， 其门限值可通过可调电阻调节。 指示灯主要实现对系统工作状态，如系统工作于自动控制模式还是强制模式，灭灯或亮灯状 态等的指示。 2 系统工作原理 本系统能够采集室内光

6、照强度数据，并结合学校作息时间对教室灯光进行实时控制，达到 方便和节约能源的目的。电路存在两种工作模式：自动控制模式和强制模式。 21 自动控制模式 系统复位默认工作在自动控制模式，当教室内自然光线弱，光敏传感器把感应到的光强信 号送至单片机处理，输出照明命令，则打开教室灯光，但因系统定时关灯时间与学校作息时 间一致，因此在非需要开灯的时间段内，教室灯光自动关闭，达到节约用电的效果。 系统考虑到如果教室外自然光很强，但因某种需求需要拉上窗帘，这样室内光照就不太理 想，需要开灯，因而设置了两路光敏传感器，一路探测室内光强，一路探测室外光强，这体 现了系统设计的灵活性。 22 强制模式 系统正常工作的情况下，通过按下强制按钮，就能对灯进行强制开关的控制，通过该按钮 也能使电路切换回自动控制状态。设置强制按钮主要考虑到有时需要对灯进行强制控制，例 如需要在教室通过投影仪观看电影时，为达到最佳的收看效果，需要关上灯。 3 软件设计 系统采用 STC12C4052AD 单片机作为控制的核心，负责整个系统的逻辑运算，因此软件 设计是系统能否稳定运行以及能否实现设