基于2051單片機(jī)的教室照明自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于2051單片機(jī)的教室照明自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：教室照明自控系統(tǒng)以AT89C2051單片機(jī)為控制核心，利用熱釋電紅外人體傳感器對(duì)教室內(nèi)的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用光敏電阻對(duì)教室環(huán)境光進(jìn)行對(duì)比控制。根據(jù)教室內(nèi)的環(huán)境及人數(shù)情況對(duì)教室照明進(jìn)行自動(dòng)控制，以起到節(jié)約用電效果。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：2051單片機(jī)熱釋電紅外傳感器教室照明自動(dòng)控制 </p

2、><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p>　　對(duì)學(xué)校的教室照明進(jìn)行合理有效的管理，可以節(jié)約用電，提高資源利用率。在對(duì)教室的照明進(jìn)行智能控制的研究上，許多學(xué)者專(zhuān)家都在積極探索，也設(shè)計(jì)出了許多的產(chǎn)品，但是在實(shí)用性和簡(jiǎn)易性上，都或多或少存在一些不足。本文主要是以AT89C2051單片機(jī)和熱釋電紅外人體傳感器P2288及其專(zhuān)用電路芯片TDH98072為核心，以直

3、流控交流繼電器SSR-10DA為控制執(zhí)行單元，設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)單實(shí)用的教室照明自控系統(tǒng)。 一、教室照明自控系統(tǒng) </p><p>　　教室照明自控系統(tǒng)主要由傳感器電路、單片機(jī)電路、燈管驅(qū)動(dòng)電路三部分組成。 考慮到系統(tǒng)的電源是+5V直流電，所以使用了兩個(gè)3V的紐扣鋰電池作為電源給系統(tǒng)供電，這樣便大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電路。系統(tǒng)利用傳感器電路中的光敏電阻對(duì)教室的光照環(huán)境進(jìn)行判斷，當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到足夠亮?xí)r，抑制傳感器輸出，從而強(qiáng)制

4、關(guān)閉教室所有照明燈。利用兩個(gè)熱釋電紅外人體傳感器對(duì)進(jìn)出教室的人進(jìn)行信號(hào)記錄，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)教室內(nèi)的人數(shù)情況做出響應(yīng)，對(duì)教室照明燈進(jìn)行自動(dòng)控制。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 </p><p>　　圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖 </p><p>　　二、教室照明自控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) （一）傳感器電路 主要由熱釋電紅外人體傳感器專(zhuān)用電路芯片TDH98072，熱釋電紅外人體傳感器P228

5、8和CDS光敏電阻組成，電路原理如圖2所示。TDH98072是一款新型的熱釋電紅外人體傳感器專(zhuān)用電路器件，在控制電路中具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于調(diào)試、可靠性能好等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)內(nèi)部基準(zhǔn)穩(wěn)壓源產(chǎn)生+3.3V電壓給熱釋電紅外人體傳感器P2288的探頭，當(dāng)探頭檢測(cè)到有人經(jīng)過(guò)時(shí)，傳感器就將人體所發(fā)出的紅外信號(hào)送到TDH98072的2腳，經(jīng)內(nèi)部整流放大后從輸出端輸出一個(gè)控制信號(hào)。10腳輸出端輸出電流能達(dá)到15mA，輸出電平為低電平，可以作為可控硅的控制輸出

6、端；11腳輸出端輸出電流為5mA，輸出電平為高電平，可以作為繼電器的控制輸出端。該系統(tǒng)采用的是10腳作為控制信號(hào)輸出端。將傳感器檢測(cè)到的信號(hào)輸出到單片機(jī)進(jìn)行處理。9腳為白天抑制輸出腳，接光敏電阻CDS，通過(guò)電位器RP1調(diào)整，在環(huán)境光照度足夠時(shí)，關(guān)閉傳感器輸出，從而對(duì)教室照明燈強(qiáng)制關(guān)閉。6腳和8腳是輸出信號(hào)的延時(shí)控制時(shí)鐘，通過(guò)調(diào)節(jié)RP2，使10腳的信號(hào)輸出時(shí)間大致為25ms，為單片機(jī)穩(wěn)定接收低電平信號(hào)提供保證。系統(tǒng)應(yīng)用</p>

7、<p><b>　　圖2 傳感器電路 </b></p><p><b>　?。ǘ﹩纹瑱C(jī)電路 </b></p><p>　　單片機(jī)電路采用AT89C2951單片機(jī)。P3.2口作為傳感器信號(hào)的接收端口，低電平有效。單片機(jī)的P3.2口接收到信號(hào)后，經(jīng)過(guò)程序處理，從P1.2-P1.7口輸出控制碼，控制燈管驅(qū)動(dòng)電路。該電路簡(jiǎn)單，易于硬件實(shí)現(xiàn)

8、，主要是利用51單片機(jī)語(yǔ)言程序處理相關(guān)信號(hào)。電路使用的是12MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘晶振，處理速度比較快。電路中還設(shè)置了復(fù)位電路，便于系統(tǒng)調(diào)試及必要時(shí)復(fù)位。系統(tǒng)只設(shè)計(jì)了6盞照明燈管的控制電路，在實(shí)際的應(yīng)用中如果需要增加控制數(shù)量，可以利用P3口除了P3.2、P3.3外其他IO端口來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖3是單片機(jī)電路原理圖。 </p><p>　　圖3 單片機(jī)控制電路 </p><p>　　（三）燈管驅(qū)動(dòng)電路

9、燈管驅(qū)動(dòng)電路主要是通過(guò)對(duì)單片機(jī)的輸出控制信號(hào)進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)繼電器，再由繼電器動(dòng)作，控制照明燈的開(kāi)關(guān)。另外還是增加了外部手控開(kāi)關(guān)SK，便于外部手動(dòng)控制。繼電器使用的是固態(tài)繼電器SSR-10DA，是一款直流控制交流的低能耗電壓繼電器。繼電器的使用，很好的解決了系統(tǒng)電源問(wèn)題，使得驅(qū)動(dòng)電路更為簡(jiǎn)單實(shí)用。圖4所示電路中，只是給出了1組燈管的驅(qū)動(dòng)電路，其他5組原理一致，分別接的2-6端口。P01與單片機(jī)電路的P1相連接，從單片機(jī)取得控制碼。相應(yīng)的輸

10、出端口控制碼為“1”，即高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的三極管導(dǎo)通，繼電器線圈得電，對(duì)應(yīng)燈管亮；同理，輸出端口控制碼為“0”，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，燈管不亮。 </p><p>　　圖4 燈管驅(qū)動(dòng)電路 </p><p>　　三、教室照明自控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分主要包括：主程序、教室內(nèi)的實(shí)時(shí)人數(shù)統(tǒng)計(jì)子程序、控制子程序。 </p><p><b>　?。ㄒ唬┲?/p>

11、程序 </b></p><p>　　主程序主要是系統(tǒng)的初始化，環(huán)境光強(qiáng)的判斷及處理，根據(jù)傳感器檢測(cè)到的外部中斷請(qǐng)求信號(hào)，判斷與比較，進(jìn)而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的子程序。圖5是系統(tǒng)程序流程圖。 </p><p>　　圖5 系統(tǒng)主程序流程圖 </p><p>　?。ǘ┙淌覍?shí)時(shí)人數(shù)值統(tǒng)計(jì)子程序 </p><p>　　該子程序利用外部中斷及查詢方

12、式，判斷處理安裝在教室門(mén)內(nèi)外兩側(cè)的兩路傳感器信號(hào)，確定是進(jìn)還是出，執(zhí)行人數(shù)加1或減1指令。系統(tǒng)根據(jù)加1或減1標(biāo)志位，對(duì)教室內(nèi)的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)。圖6是教室實(shí)時(shí)人數(shù)值統(tǒng)計(jì)子程序流程圖。 </p><p>　　圖6 實(shí)時(shí)人數(shù)統(tǒng)計(jì)子程序流程圖 </p><p>　?。ㄈ艄茯?qū)動(dòng)控制子程序 </p><p>　　該子程序主要是比較教室內(nèi)人數(shù)的當(dāng)前值，然后根據(jù)比較

13、結(jié)果，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，自動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)照明燈管的開(kāi)或關(guān)。圖7是燈管驅(qū)動(dòng)控制子程序流程圖。 </p><p>　　圖7燈管驅(qū)動(dòng)子程序流程圖 </p><p><b>　　四、結(jié)論 </b></p><p>　　系統(tǒng)通過(guò)傳感器對(duì)教室內(nèi)的環(huán)境光強(qiáng)或人數(shù)數(shù)量統(tǒng)計(jì)，由單片機(jī)輸出控制碼，對(duì)教室照明燈進(jìn)行自動(dòng)控制。經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證證明，系統(tǒng)的穩(wěn)定性良好，系統(tǒng)電路

14、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝調(diào)試，適用于學(xué)校的教室照明管理，具有很好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。 </p><p>　　參考文獻(xiàn)：[1]李清生.熱釋電紅外傳感器 [J].電氣時(shí)代.2004[2]秦志強(qiáng).現(xiàn)代傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京.電子工業(yè)出版社.2010 </p><p>　　[3]吳國(guó)義. 基于AT89S51單片機(jī)節(jié)能燈的設(shè)計(jì)[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2009 </p>&l