教室智能照明控制系统硬件部分
智能教室照明控制系统减少了高校在照明方面的电力消耗，节约了能源，提高了能源的利用率，具有很好的发展前景。本文以单片机STC89C52为控制中心，采用光敏电阻采集教室内外的照度，通过红外传感器检测室内人员数及位置信息，并且将数据传输给单片机。然后由单片机按照程序流程控制教室的照明设备。整个系统能够自动检测教室内外照度，在室内外光线变化情况下可以自动控制室内照明设备的开关，防止室内光线不足对室内人员造成影响，软件系统可对照度、人数等根据一定条件做出设定。关键词 教室，智能照明，单片机 ,红外传感器
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 本课题的研究现状 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 硬件总体方案设计 3
2.2 软件总体方案设计 4
3 硬件单元模块设计 6
3.1 微处理器模块设计 6
3.2 光照检测模块 12
3.3 人数统计模块 13
3.4 显示模块 14
3.5 节能灯控制 15
3.6 总体系统主机程序 16
4 硬件制作与系统调试 16
4.1 硬件的电路仿真与电路图制作 16
4.2 硬件的制作 18
4.3 硬件的调试 18
4.4 存在问题及措施 20
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附录 25
1 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
中国经济高速发展已经持续多年，这使得能源问题日益严重。即便我国能源总储量很高，但由于我国人口众多，基数大，所以人均储量却是极少的，而且技术较为落后，导致了单位产值的能耗很高，大约是发达国家的310倍，再结合庞大的人口基数，这将是一个难以想象的能源浪费问题。能源问题已严重制约了我国经济的快速发展。从保护环境和自然资源的角度出发，能源问题也是我国长期可持续发展战略中一个关键的组成部分。目前，我国照明用电约占社会总用电量12%，而采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
约电能60%80%，中国现阶段用电来源还是以火力发电为主，其他电力为辅，而火力发电势必会对环境造成一定影响，如果能节约60%80%，将会对环境有很大的保护作用，所以推广节能照明势在必行。节能技术的应用使得照明灯具的得到极大的发展，产生了一系列新的产品，比如自镇流荧光灯和单端荧光灯，前者又被称为电子节能灯，是现在最常见也是最常用的节能灯具，安全性很高；而后者被称为PL插拔式节能管灯，灯如其名，它可以拆卸，使用方便。在奥运工程建设中，也大量采用节能技术，北京奥运场馆“水立方”，通过大量节能灯具的使用，配备了新技术，通过加强光的传输达到节能的效果，期间每天可以节省50%照明能耗，而这也做到了“绿色奥运”的口号。现如今，节能灯具已经得到了很大的推广，几乎家家户户都使用节能灯，但也有一下偏远地区由于贫穷且技术落后，交通不便，导致了节能灯没有得到普及，加上山区可能存在电力资源不足的问题，将会造成恶性循环的后果。而大部分地区，由于交通方便，技术较为先进，可以很快的推广节能灯具，绿色照明工程的目标得以达到，节约电能的同时还保护了环境。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划的建议》中明确指出：“加强基础设施建设是今后五年至十年一项十分重要的任务。”其中基础设施建设包括能源建设。现如今的西气东输、西电东送工程虽然在建设过程中会对地表造成一定破坏，但也有后续的环境工程来弥补被破坏的环境。所以总体来说，这两项工程将西部的能源优势扩大到东部经济带，发展了西部的同时东部也得到了源源不断的能源支持，而环境暂时受到的破坏也是在可接受范围内。除此之外，还应推广清洁能源，电能方面应当推广水电、风电、核电等。
随着经济的发展，社会的进步，高校教育得到了政府极大的关注和重视，高校校园建设规模也在随之扩大，师生人数的增加使得教室数量也在变多，而日益提高的经济水平要求教室面积增大，设施方面也得到发展，但是由于大学开放的管理模式，导致了很多浪费电现象的出现，比如人走灯不灭、无人长明灯、人少灯全亮等，全国如此多的高校势必会造成电力资源的巨大浪费。为建设绿色节能校园，应大力推广智能照明控制系统，这将有效而合理的利用自然光，辅以室内灯光，满足师生学习要求，并且大大的减少了教室高校因照明而产生的巨大浪费。所以需要设计的智能照明控制系统要求达到以下目的：能够检测室内外光照强度，在需要照明的情况下实现自动及时开启对应需要的灯具；能够统计流动状态下人员数，并根据采集到的人数信息做到自动模式情况下没有人绝对不开灯，人数的增减将决定开启或关闭灯具的数量；依据人员数及位置信息合理开启相应数量及方位的灯具；在系统设计中添加手动模式，设置延时关断，在需要的时间段开启灯具，之后便自动关闭；系统的时间要能够手动设置，避免出现时间上的误差导致长明灯的出现。
及时关闭无人情况下的灯具能够降低灯具的损耗，节约电能的同时还延长了灯具的使用寿命。节约学校经费的同时还积极推广了节能减排的政策，提高了经济效益也提高了社会效益。近年来国家大力发展高等教育，智能照明水平的提高有助于推进各个高校教育事业的发展，也为智能系统的进步添砖加瓦。
1.2 本课题的研究现状
80年代初期，照明行业在美国开始兴起，生活工作等方方面面都需要运用到节能灯具。接着，现代计算机的出现解决了数据处理这一技术。同时自动控制技术、信息处理技术等也在世界范围内得到了快速发展，全球科技进入了全新的信息时代。迈进到信息时代之后，技术的革新为市场带来了新的生机，之前所遇到的难题都在新的技术支持下得到了解决，踏上信息技术创新应用的浪潮。随着社会发展，能源枯竭等问题急待解决，照明智能化技术成为了缓解能源问题的一个方式。国内外照明行业对于智能照明探索从未停止过，经过科学家们的不断尝试，最终研究发明出了声音控制灯、光照感应灯、红外线感应灯等，并成功的走进千家万户[1]。这些发明创造都成为智能照明发展的坚实基础。同时微型处理器件的出现为新一代智能系统带来希望，可以编程的芯片使得复杂的程序设计流程被加入到智能系统中去，让系统更加全面完善，很多功能都得以实现。信号传递技术也成功将系统控制实现远程控制。可以说智能照明系统的发展是一个循序渐进的过程。在高校的科技创新中，智能照明也是最常见的一种。合肥工业大学的冯义飞硕士所设计的教室照明智能控制系统中，采用了单片机及网络技术，设计实现了教室光照、教室温度。教室内学生人数等现场计量和远程传输，并通过上位PC机进行教学楼照明系统的监控[2]。而山东大学硕士苏宝珠运用DIALUX照明设计软件，对照明空间环境进行建模，确定空间照度的分布。再利用相关的计算软件确定相关模型系数；基于人工神经网络设计了房间照度分布模型，并利用遗传算法对桌面均匀照度分布优化模型进行求解，实现了室内照明的智能控[3]。而北京化工大学的硕士程春，提出了一种网络化的教室智能照明控制系统，采用低功耗单片机和总线技术，给出了教室照明控制器和上位机系统的设计方法。并且还提出了通过建立人数预测模型实现教室自习时段的照明控制方法，并论述了网络控制方法的优越性，能够有效改善现有教室照明控制中存在的误关断和浪费电能现象[4]。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 本课题的研究现状 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 硬件总体方案设计 3
2.2 软件总体方案设计 4
3 硬件单元模块设计 6
3.1 微处理器模块设计 6
3.2 光照检测模块 12
3.3 人数统计模块 13
3.4 显示模块 14
3.5 节能灯控制 15
3.6 总体系统主机程序 16
4 硬件制作与系统调试 16
4.1 硬件的电路仿真与电路图制作 16
4.2 硬件的制作 18
4.3 硬件的调试 18
4.4 存在问题及措施 20
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附录 25
1 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
中国经济高速发展已经持续多年，这使得能源问题日益严重。即便我国能源总储量很高，但由于我国人口众多，基数大，所以人均储量却是极少的，而且技术较为落后，导致了单位产值的能耗很高，大约是发达国家的310倍，再结合庞大的人口基数，这将是一个难以想象的能源浪费问题。能源问题已严重制约了我国经济的快速发展。从保护环境和自然资源的角度出发，能源问题也是我国长期可持续发展战略中一个关键的组成部分。目前，我国照明用电约占社会总用电量12%，而采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
约电能60%80%，中国现阶段用电来源还是以火力发电为主，其他电力为辅，而火力发电势必会对环境造成一定影响，如果能节约60%80%，将会对环境有很大的保护作用，所以推广节能照明势在必行。节能技术的应用使得照明灯具的得到极大的发展，产生了一系列新的产品，比如自镇流荧光灯和单端荧光灯，前者又被称为电子节能灯，是现在最常见也是最常用的节能灯具，安全性很高；而后者被称为PL插拔式节能管灯，灯如其名，它可以拆卸，使用方便。在奥运工程建设中，也大量采用节能技术，北京奥运场馆“水立方”，通过大量节能灯具的使用，配备了新技术，通过加强光的传输达到节能的效果，期间每天可以节省50%照明能耗，而这也做到了“绿色奥运”的口号。现如今，节能灯具已经得到了很大的推广，几乎家家户户都使用节能灯，但也有一下偏远地区由于贫穷且技术落后，交通不便，导致了节能灯没有得到普及，加上山区可能存在电力资源不足的问题，将会造成恶性循环的后果。而大部分地区，由于交通方便，技术较为先进，可以很快的推广节能灯具，绿色照明工程的目标得以达到，节约电能的同时还保护了环境。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划的建议》中明确指出：“加强基础设施建设是今后五年至十年一项十分重要的任务。”其中基础设施建设包括能源建设。现如今的西气东输、西电东送工程虽然在建设过程中会对地表造成一定破坏，但也有后续的环境工程来弥补被破坏的环境。所以总体来说，这两项工程将西部的能源优势扩大到东部经济带，发展了西部的同时东部也得到了源源不断的能源支持，而环境暂时受到的破坏也是在可接受范围内。除此之外，还应推广清洁能源，电能方面应当推广水电、风电、核电等。
随着经济的发展，社会的进步，高校教育得到了政府极大的关注和重视，高校校园建设规模也在随之扩大，师生人数的增加使得教室数量也在变多，而日益提高的经济水平要求教室面积增大，设施方面也得到发展，但是由于大学开放的管理模式，导致了很多浪费电现象的出现，比如人走灯不灭、无人长明灯、人少灯全亮等，全国如此多的高校势必会造成电力资源的巨大浪费。为建设绿色节能校园，应大力推广智能照明控制系统，这将有效而合理的利用自然光，辅以室内灯光，满足师生学习要求，并且大大的减少了教室高校因照明而产生的巨大浪费。所以需要设计的智能照明控制系统要求达到以下目的：能够检测室内外光照强度，在需要照明的情况下实现自动及时开启对应需要的灯具；能够统计流动状态下人员数，并根据采集到的人数信息做到自动模式情况下没有人绝对不开灯，人数的增减将决定开启或关闭灯具的数量；依据人员数及位置信息合理开启相应数量及方位的灯具；在系统设计中添加手动模式，设置延时关断，在需要的时间段开启灯具，之后便自动关闭；系统的时间要能够手动设置，避免出现时间上的误差导致长明灯的出现。
及时关闭无人情况下的灯具能够降低灯具的损耗，节约电能的同时还延长了灯具的使用寿命。节约学校经费的同时还积极推广了节能减排的政策，提高了经济效益也提高了社会效益。近年来国家大力发展高等教育，智能照明水平的提高有助于推进各个高校教育事业的发展，也为智能系统的进步添砖加瓦。
1.2 本课题的研究现状
80年代初期，照明行业在美国开始兴起，生活工作等方方面面都需要运用到节能灯具。接着，现代计算机的出现解决了数据处理这一技术。同时自动控制技术、信息处理技术等也在世界范围内得到了快速发展，全球科技进入了全新的信息时代。迈进到信息时代之后，技术的革新为市场带来了新的生机，之前所遇到的难题都在新的技术支持下得到了解决，踏上信息技术创新应用的浪潮。随着社会发展，能源枯竭等问题急待解决，照明智能化技术成为了缓解能源问题的一个方式。国内外照明行业对于智能照明探索从未停止过，经过科学家们的不断尝试，最终研究发明出了声音控制灯、光照感应灯、红外线感应灯等，并成功的走进千家万户[1]。这些发明创造都成为智能照明发展的坚实基础。同时微型处理器件的出现为新一代智能系统带来希望，可以编程的芯片使得复杂的程序设计流程被加入到智能系统中去，让系统更加全面完善，很多功能都得以实现。信号传递技术也成功将系统控制实现远程控制。可以说智能照明系统的发展是一个循序渐进的过程。在高校的科技创新中，智能照明也是最常见的一种。合肥工业大学的冯义飞硕士所设计的教室照明智能控制系统中，采用了单片机及网络技术，设计实现了教室光照、教室温度。教室内学生人数等现场计量和远程传输，并通过上位PC机进行教学楼照明系统的监控[2]。而山东大学硕士苏宝珠运用DIALUX照明设计软件，对照明空间环境进行建模，确定空间照度的分布。再利用相关的计算软件确定相关模型系数；基于人工神经网络设计了房间照度分布模型，并利用遗传算法对桌面均匀照度分布优化模型进行求解，实现了室内照明的智能控[3]。而北京化工大学的硕士程春，提出了一种网络化的教室智能照明控制系统，采用低功耗单片机和总线技术，给出了教室照明控制器和上位机系统的设计方法。并且还提出了通过建立人数预测模型实现教室自习时段的照明控制方法，并论述了网络控制方法的优越性，能够有效改善现有教室照明控制中存在的误关断和浪费电能现象[4]。
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