畢業(yè)論文-教室照明智能控制系統(tǒng)

1、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目：教室照明智能控制系統(tǒng)二、設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)教室照明智能控制系統(tǒng)，通過(guò)多種傳感器采集室內(nèi)光線、人數(shù)分布等信息，利用控制電路調(diào)節(jié)照明強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。三、設(shè)計(jì)任務(wù)1.畫(huà)出電路原理圖。2.編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)， 1 萬(wàn) 5 千字以上，包括：（ 1）設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（ 2）前言（ 3）目錄（ 4）正文，包括：設(shè)計(jì)思想、電路工作原理、元器件選擇、電路元器件參數(shù)、總結(jié)、參考資料等3.B5 版面，正文 5 號(hào)或小 4 字號(hào)，章標(biāo)題小2 加粗，節(jié)標(biāo)題小四加粗。前 言本設(shè)計(jì)針對(duì)教室燈光的控制方法，尤其是教室燈光的智能控制方面的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了教室燈光智能控制的原理和實(shí)現(xiàn)方法，提出了基于單片機(jī)的教室

2、燈光智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了智能控制系統(tǒng)的硬件裝置和相應(yīng)軟件, 以達(dá)到學(xué)校教室用電設(shè)備的合理使用，節(jié)約電能以及改善教學(xué)管理的目的。設(shè)計(jì)應(yīng)用了先進(jìn)的電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及實(shí)用的軟件平臺(tái)，成功地設(shè)計(jì)了一套功能完善的智能教室照明動(dòng)控制系統(tǒng)。由傳感探測(cè)單元、通訊網(wǎng)絡(luò) RS-232、控制單元構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)。智能教室照明控制系統(tǒng)核心器件采用 AT89S51單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，并由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)教室光照度、學(xué)生人數(shù)、教室使用狀態(tài)等的監(jiān)控與顯示，并對(duì)教室內(nèi)部用電設(shè)備進(jìn)行合理控制和管理，達(dá)到教學(xué)樓教室照明控制的智能化和節(jié)約化的目標(biāo)。本系統(tǒng)將單片機(jī)控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，各組成部分

3、包括硬件和軟件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)、 功能與實(shí)現(xiàn)方法。 最后通過(guò) RS-232方式實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸及上位機(jī)對(duì)教室照明狀態(tài)的控制，完成一個(gè)智能教室照明控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞 ： 智能控制；熱釋電效應(yīng)；光照檢測(cè)；AT89S51ForewordThisdesigncontrolmethodaimingatclassroomlight,particularlythedevelopmentpresentconditionthattheintelligence of classroom light controls, analyzed the principleof theclassroomlight

4、intelligencecontrolandcarryout amethod,designwayofthinkingputforwardintelligencetocontrol system according to the classroom light of the list slicemachine,anddevelopedthehardwaredeviceofintelligencecontrolsystemandcorrespondsoftwareonthisfoundation.With attain classroom in the school is used to give

5、or get an electric shock an equipments of reasonable use, thepurpose of economy electric power and improvement teachingmanagement.Designed to apply the forerunner's electronics technique,networktechniqueandautomaticcontroltechniqueandpracticalsoftware platform,successfullydesignedasetofintellige

6、nce with perfect function classroom lighting to move tocontrolsystem.Fromspreadfeelingtoprobeintounit,thecommunicationnetworkRS-232andcontroledunittoconstitutethewholesystem.Theintelligenceclassroomilluminates to control system core a spare part adoption AT89S51 list slice the machine collect a data

7、, and use to give or getan electric shock an equipments to carry on reasonable controland management to the classroom inner part, attain teachingbuilding the classroom illuminates a control of the intelligenceturn and economize the target for turning.Thissystemlistslice themachinecontrolsystemandnet

8、work techniqueknot to put together, each constitute thepart includesahardwareandsoftwaredesignofstructure,function and carry out a method.Finally pass method RS-232realization and place of honor machine correspondence, carryout the long range of data to deliver and the place of honormachine illumina

9、te the control of status to the classroom andcomplete lighting in an intelligence classroom control system.Keyword :the intelligence controls;is hot to release to give or getanelectricshockaneffect;onlyshineonanexamination;AT89S51目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) .I前 言 .II一、設(shè)計(jì)思想 .11.1課題背景 .11.2設(shè)計(jì)主要目的 .1二、系統(tǒng)總體方案 .2總述 .22.1系統(tǒng)總

10、體構(gòu)成 .22.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 .3三、教室控制與檢測(cè)單元設(shè)計(jì) .4總述： .43.1教室控制單元的設(shè)計(jì)與通信 .53.1.1 控制單元的核心器件 .53.1.2現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)交互模塊 .73.1.3 RS-232 串口通信 .93.2教室檢測(cè)單元數(shù)據(jù)采集與處理.103.2.1光照信號(hào)采集與處理 .103.2.2光照檢測(cè)接口電路 .123.2.3紅外數(shù)據(jù)采集與處理 .133.2.4開(kāi)關(guān)控制電路設(shè)計(jì) .14四、教室節(jié)能系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .16總述 .164.1光照度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序.164.2顯示子程序 .174.3串行通訊程序設(shè)計(jì) .184.4主程序設(shè)計(jì) .20五、系統(tǒng)整體工作流程 .215.1教室

11、內(nèi)光信號(hào)采集處理 .215.2教室內(nèi)人數(shù)分布信息處理 .215.3顯示與通信 .21總結(jié) .22致謝 .23參考文獻(xiàn) .24附錄 .25附錄 A 主程序 .25附錄 B 設(shè)計(jì)原理電路圖 .33一、設(shè)計(jì)思想1.1 課題背景隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、 通信、控制等技術(shù)的發(fā)展 ,智能建筑的發(fā)展越來(lái)越迅猛。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)智能建筑存在效率低、能耗高的現(xiàn)象。就智能建筑的照明系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，許多地方的燈經(jīng)常是從早到晚開(kāi)著的，不管這些房間或樓道是否有人，也不管有多少人?；蛘?，當(dāng)自然光照度很好時(shí)，燈不能及時(shí)關(guān)閉；反之，當(dāng)自然光照度難以滿足人的需求時(shí)， 又不能及時(shí)打開(kāi)燈光。這種照明方式，不僅造成能源的浪費(fèi)， 而且不能滿足人對(duì)照

12、明的基本需求，同時(shí)也給人的視力造成了很大的影響。各類(lèi)大、中專院校不斷擴(kuò)招，教室不斷擴(kuò)建，教室的用電負(fù)荷不斷加大，教室用電管理不善，造成學(xué)校電能浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)損失，這種的浪費(fèi)與當(dāng)今的節(jié)約能源理念相違背。再者，現(xiàn)代自動(dòng)化程度不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，燈光的管理也在朝著自動(dòng)化、 智能化方向發(fā)展。 的自動(dòng)控制等等。所有這些使得教室燈光控制也應(yīng)該朝著智能的方向發(fā)展。 于是，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便、實(shí)用的教室燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)便具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。部分學(xué)校也意識(shí)到了教室照明中存在的巨大浪費(fèi)，采取了各種各樣的管理方式，企圖來(lái)杜絕這種浪費(fèi)。如 : 費(fèi)用包干制、任課教師負(fù)責(zé)制、組織勤工儉學(xué)學(xué)生或聘用專職人員進(jìn)行專門(mén)管理，拉閘限電

13、等等。許多學(xué)校都采取過(guò)這些方法，但始終沒(méi)能長(zhǎng)久堅(jiān)持下去，也就沒(méi)有取得理想效果。其次，學(xué)生對(duì)教學(xué)樓教室的利用狀況的未知往往造成有些教室人滿為患，有些教室無(wú)人問(wèn)津的狀況。從而由于管理不當(dāng)而影響教學(xué)資源分配等種種問(wèn)題。1.2 設(shè)計(jì)主要目的針對(duì)目前學(xué)校教學(xué)樓用電設(shè)備控制和教學(xué)管理不足的現(xiàn)狀，以提高教室用電設(shè)備控制的自動(dòng)化和教學(xué)管理的效率為目的，開(kāi)發(fā)了一套功能較完善的基于總線的智能教室照明控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)應(yīng)用先進(jìn)的電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及實(shí)用的軟件平臺(tái)。智能教室控制系統(tǒng)采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)教室光照、自習(xí)學(xué)生人數(shù)等的數(shù)據(jù)采集，并由 RS-232 和上位機(jī)（計(jì)算機(jī)）的通訊，實(shí)現(xiàn)教室使用狀態(tài)監(jiān)控與顯示

14、，并對(duì)教室內(nèi)部用電設(shè)備進(jìn)行合理控制和管理，達(dá)到高校教學(xué)樓教室控制的智能化和節(jié)約化的目標(biāo)。二、系統(tǒng)總體方案總述教室節(jié)能系統(tǒng)采用單片機(jī)和上位機(jī)組成的系統(tǒng)對(duì)學(xué)校教室照明設(shè)備進(jìn)行控制和管理，教室亮度的檢測(cè)、教室學(xué)生人數(shù)的統(tǒng)計(jì)、教室室使用狀態(tài)的監(jiān)控。整個(gè)系統(tǒng)由教室檢測(cè)單元、控制單元、通信單元等組成。單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)教室內(nèi)的教室檢測(cè)控制元所采集到的信息的接收、處理，并且由 LCD顯示教室狀態(tài)，從而可以很輕松的對(duì)教室用電設(shè)備開(kāi)關(guān)狀況、照強(qiáng)度、自習(xí)學(xué)生人數(shù)，教室使用狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)。對(duì)于通訊網(wǎng)絡(luò)部分，教室信號(hào)通過(guò) RS-232 串行方式與上位機(jī)通信。檢測(cè)控制單元：照明強(qiáng)度采集是采用 AD0809與單片

15、機(jī)構(gòu)建的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，教室是否有人和人數(shù)是用熱釋電傳感器通過(guò)檢測(cè)電路與單片機(jī)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。2.1 系統(tǒng)總體構(gòu)成a: 傳感探測(cè)單元熱釋電紅外探測(cè)傳感器組件， 該組件由三個(gè)部分組成： 熱釋電傳感器，匹配低噪放大器，菲涅爾光學(xué)系統(tǒng)。該組件本身不發(fā)任何類(lèi)型的輻射，器件功耗很小、隱蔽性好、價(jià)格低廉?？梢?jiàn)光探測(cè)組件，可見(jiàn)光探測(cè)組件由一些常用光敏器件和晶體管組成。特別說(shuō)明：這個(gè)組件必須置于本照明控制器控制照明的范圍之外，用于探測(cè)自然光的有無(wú)及強(qiáng)弱（可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整），為控制器提供控制燈具亮、滅的依據(jù)。b：微控制與通信單元控制器單元主要對(duì)該教室檢測(cè)控制單元進(jìn)行集中操作管理、狀態(tài)顯示、通訊控制和維護(hù)該每間

16、教室的用電對(duì)象，并協(xié)調(diào)各檢測(cè)控制單元之間的數(shù)據(jù)傳送，提高整個(gè)智能教室控制系統(tǒng)的可靠性。通訊網(wǎng)絡(luò)是保證整個(gè)智能教室控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，所有的教室檢測(cè)的數(shù)據(jù)和教室使用狀態(tài)都連接在通訊網(wǎng)絡(luò)的平臺(tái)上，最終與計(jì)算機(jī)單元相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控與顯示。本系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)的串行口和單片機(jī)的串行通訊的功能，采用 RS-232 向上位機(jī)完成信息傳輸實(shí)現(xiàn)教室控制單元顯示和集中管理。上位機(jī)通過(guò) RS-232 串行通訊線來(lái)讀取教室中的基本信息，同時(shí)每個(gè)教室控制單元中所采集的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并對(duì)所采集到的信息做基本顯示的功能。c: 軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)教室人數(shù)進(jìn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)，同時(shí)對(duì)光照度進(jìn)行采樣，并通過(guò)程序由單片機(jī)控制，并

17、在LCD 上顯示當(dāng)前人數(shù)和教室照明燈開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)光照度低于設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)， 再根據(jù)教室人數(shù)自動(dòng)打開(kāi)照明燈經(jīng)串口 RS-232 傳到上位機(jī)。例如：當(dāng)光照度高于設(shè)定值在單片機(jī)控制下自動(dòng)關(guān)閉照明燈。2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能智能教室控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的目的就是為了實(shí)現(xiàn)教室用電設(shè)備的合理使用，節(jié)約能源以及改善教學(xué)管理，提高教室使用效率。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，作者將整個(gè)系統(tǒng)分為了上述的三個(gè)部分，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能則可以概括為以下幾個(gè)方面：a: 教室檢測(cè)控制單元數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的底層設(shè)備教室檢測(cè)控制單元具有自動(dòng)采集和命令采集兩種模式。自動(dòng)定時(shí)采集就是教室檢測(cè)控制單元可以根據(jù)內(nèi)部時(shí)鐘設(shè)置對(duì)教室進(jìn)行循環(huán)采集數(shù)據(jù)，由控制器通過(guò) RS

18、-232 通訊信道將根據(jù)需要采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息傳送到上位機(jī)，上位機(jī)再經(jīng) RS-232 通訊信道傳送把命令傳輸?shù)浇淌覚z測(cè)與控制單元。b: 教室遠(yuǎn)程端控制功能在遠(yuǎn)程控制中，往往都要使用遠(yuǎn)程控制軟件。而這樣的軟件一般分為兩部分，一部分在本地主機(jī)上安裝，使上位機(jī)成為控制端，另一部分在現(xiàn)場(chǎng)控制器上安裝，使現(xiàn)場(chǎng)控制器為服務(wù)端，也就是被控制端。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，在計(jì)算機(jī)與控制器之間建立起一條數(shù)據(jù)交換的通道，從而使得控制端可以向服務(wù)端發(fā)送指令，操縱服務(wù)端完成特定的工作。在此時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制器負(fù)責(zé)發(fā)送指令和顯示遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的結(jié)果，而運(yùn)行程序所需的系統(tǒng)資源均由上位機(jī)機(jī)負(fù)責(zé)。系統(tǒng)采用了原有的教室內(nèi)部用電設(shè)備控制系統(tǒng)，在此

19、基礎(chǔ)上的教室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)對(duì)教室實(shí)施相應(yīng)的命令，使得教室的用電設(shè)備能夠及時(shí)地開(kāi)或關(guān)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。c: 數(shù)據(jù)與教室狀態(tài)的顯示在這里顯示任務(wù)包括整個(gè)智能教室控制系統(tǒng)各采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)：光照度、人數(shù)、照明燈的狀態(tài)。由于教室控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)了自動(dòng) - 手動(dòng)按鍵，有特殊情況管理人員可不必去現(xiàn)場(chǎng)只需單擊此按鍵即可從上位機(jī)界面直接進(jìn)行調(diào)整，并隨時(shí)能獲知各個(gè)教室實(shí)際的總體情況。這里使用 LCD1602 完成顯示任務(wù)。三、教室控制與檢測(cè)單元設(shè)計(jì)總述：（1）教室檢測(cè)控制單元是智能教室控制系統(tǒng)中重要的部分之一，一方面，教室檢測(cè)控制單元具有對(duì)教室內(nèi)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)等功能，并響應(yīng)樓層顯示控制單元通訊查

20、詢的命令，另一方面，教室檢測(cè)控制單元根據(jù)樓層顯示控制單元和中央計(jì)算機(jī)單元的具體要求控制照明燈等用電設(shè)備。教室檢測(cè)控制單元硬件接口電路如圖 3.1 所示。（2）教室檢測(cè)控制單元采用模塊化設(shè)計(jì)，其主要部分為數(shù)據(jù)采集模塊、繼電器開(kāi)關(guān)模塊、 現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)交互模塊、 串口通訊模塊、 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制模塊、電源模塊等。系統(tǒng)的電源采用專用芯片將 220V交流電轉(zhuǎn)換成 +5V，從而給控制節(jié)點(diǎn)中的 ADC0809及單片機(jī)和繼電器供電。教室檢測(cè)控制單元組成框如圖 3.1 所示。12MHz晶振LCD顯示分頻器按鍵AT89S51光敏傳感器1AD0809B光敏傳感器2MAX232A教室照明燈繼電器組內(nèi)、外紅外檢測(cè)電路5V供電5

21、V 供232通訊線電電源電路220V圖 3.1智能教室控制系統(tǒng)整體組成框圖本系統(tǒng)中教室檢測(cè)控制單元具體主要功能有：1 、教室檢測(cè)控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)教室內(nèi)光照強(qiáng)度、進(jìn)入教室的學(xué)生人數(shù)的數(shù)據(jù)采集，通過(guò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理，可送入到樓層顯示控制單元和計(jì)算機(jī)單元。2 、教室檢測(cè)控制單元中光照傳感器將采集到的電壓值和設(shè)定電壓相比較從而自動(dòng)完成對(duì)教室內(nèi)是否開(kāi)啟 /關(guān)閉照明燈組的操作， 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中節(jié)約電能的目的。3 、通過(guò)手動(dòng)控制教室檢測(cè)控制單元中的按鍵可對(duì)教室內(nèi)照明燈的現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)啟 /關(guān)閉操作。4 、教室檢測(cè)控制單元中 LCD 顯示教室內(nèi)用電設(shè)備的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。5 、通過(guò) RS-232 總線完成單片機(jī)與上位機(jī)控制單元的通

22、訊。6 、可接收計(jì)算機(jī)的命令并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制信號(hào)的傳輸。3.1 教室控制單元的設(shè)計(jì)與通信控制單元的核心器件（1）單片機(jī) AT89S51AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，它具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM ），32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O ）口，5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口， 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。主要特性：? 8031 CPU與 MCS-51 兼容? 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器 (壽命： 1

23、000 寫(xiě) /擦循環(huán) )? 全靜態(tài)工作： 0Hz-24KHz? 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定? 128*8 位內(nèi)部 RAM? 32 條可編程 I/O 線? 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器? 6 個(gè)中斷源? 可編程串行通道 ,其管腳分布如圖3.2 所示。圖 3.2 AT89S51 引腳圖復(fù)位電路：RST 引腳對(duì)地電阻為 40-220 千歐姆，因此在 RST 引腳和電源 VCC 之間接一容量為 10-22 微法的電容后，即可構(gòu)成最簡(jiǎn)單的 RC 復(fù)位電路。如圖 3.3 復(fù)位電路所示。圖 3.3 復(fù)位電路（2）模數(shù)轉(zhuǎn)換器件A/D0809A/D0809 是 8 路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有8 路模擬選通開(kāi)關(guān)，

24、以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼電路， 其轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100s左右。ADC0809引腳圖如圖 3.4 所 示。圖 3.4 ADC0809 引腳圖A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確認(rèn) A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。（1）ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器， 可以與 AT89S51 單片機(jī)直接相連。（2）初始化時(shí)，使ST 和 OE 信號(hào)全為低電平。（3）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A ，B，C 端口上。（4）在 ST 端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。（5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC 信號(hào)來(lái)判斷。（6）當(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)

25、，這時(shí)給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)人機(jī)交互模塊人機(jī)交互模塊包括按鍵、LCD 顯示（圖中沒(méi)有畫(huà)出） 。人機(jī)交互部件可以實(shí)現(xiàn)在教室內(nèi)對(duì)教室檢測(cè)控制單元進(jìn)行手動(dòng)操作控制，并通過(guò) LCD 顯示觀察到當(dāng)前教室用電設(shè)備開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 這里采用字符型液晶顯示模塊，它是一種專門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用 16*1 ，16*2，20*2 和 40*2 行等的模塊。下面以長(zhǎng) LCD1602 字符型液晶顯示器為例做介紹。一般 1602 字符型液晶顯示器實(shí)物如圖 3.5：圖 3.5LCD1602 字符型液晶顯示器實(shí)物圖1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量 :16 ×

26、;2 個(gè)字符芯片工作電壓 :4.55.5V工作電流 :2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓 :5.0V字符尺寸 :2.95 ×4.35(W ×H)mm引腳功能說(shuō)明1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳（無(wú)背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說(shuō)明如表 3.1 所示 :表 3.1引腳接口說(shuō)明表編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù) / 命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫(xiě)選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第 1 腳： VS

27、S 為地電源。第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。第 5 腳：R/W 為讀寫(xiě)信號(hào)線， 高電平時(shí)進(jìn)行讀操作， 低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。第 714 腳： D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。第 15 腳：背光源正極。第 16 腳：背光源負(fù)極。人機(jī)交互模塊中使用兩個(gè)按鍵，這兩個(gè)按鍵都采用微動(dòng)開(kāi)關(guān)，此開(kāi)關(guān)一端通過(guò)與門(mén)接單片機(jī)的 INT1 腳，另一端接地；即通過(guò)單片機(jī)的外部中斷來(lái)執(zhí)行手動(dòng)操作，它也可做為一般的按鍵使用。按鍵接口電路圖如圖 3.6 所示。兩個(gè)按鍵分別是 : 自動(dòng) -手動(dòng)鍵、全開(kāi) - 全關(guān)鍵。通過(guò)控制模塊上的開(kāi)關(guān)按鍵并由第二排 LCD 顯示 (顯示 O <關(guān) >/C< 開(kāi)>

28、;)教室照明燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。圖 3.6按鍵接口電路串口通信串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議。在進(jìn)行串行通信接口設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮的問(wèn)題是接口方法、傳輸介質(zhì)及電平轉(zhuǎn)換等。大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含兩個(gè)基于 RS-232 的串口。串口同時(shí)也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議；很多 GPIB 兼容的設(shè)備也帶有 RS-232 口。同時(shí)，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。(1) RS-232 是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和計(jì)算機(jī)通信的接口，相當(dāng)于一個(gè)橋梁作用， P3.0 和 P3.1 是 STC89S51 的兩根全雙工串行通信傳輸線，其中RXD（ P3.0）為輸入線、 TXD （P3.1）為輸出線。從理論上講，它是可以

29、實(shí)現(xiàn)全雙工工作的，但 CPU 是不可能同時(shí)執(zhí)行“接收”和“發(fā)送”兩種指令的，因此該“全雙工”的定義只是對(duì)串行接口有獨(dú)立的接收通道和發(fā)送通道而言。發(fā)送緩沖器只能寫(xiě)入發(fā)送數(shù)據(jù)，但不能讀出；接收緩沖器只能讀出接收的數(shù)據(jù)，但不能寫(xiě)入。當(dāng)然也可以用其它口模擬串口協(xié)議實(shí)現(xiàn)串口通信，但沒(méi)有使用 AT89S51 自己提供的串口方便。接口如 3.7 圖：圖 3.7 RS-232 通訊接口(2) MAX232CPEMAX232CPE是用于完成計(jì)算機(jī) 232 端口數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換，連接 CMOS 電路的， 換言之，如果離開(kāi)它， 我們就無(wú)法用軟件監(jiān)控電源狀態(tài)了 （需要串口返回信號(hào)）。 MAX232CPE完成 232 電平

30、與 TTL 電平轉(zhuǎn)換，提供一個(gè)本地接口，為調(diào)試和維護(hù)提供方便。 TXD接 SX52 的 RA2腳， RXD接 SX52 的 RA3 腳，RS-RXD和 RS-TXD是 RS232 電平，為標(biāo)準(zhǔn)串口電平。數(shù)據(jù)可以從串口輸入到單片機(jī) SX52， SX52 再把數(shù)據(jù)送到 RTL8019AS 傳出去。3.2 教室檢測(cè)單元數(shù)據(jù)采集與處理光照信號(hào)采集與處理教室檢測(cè)控制單元數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)教室內(nèi)光照強(qiáng)度、教室的學(xué)生人數(shù)，教室內(nèi)的燈狀態(tài)，主要通過(guò)光照傳感器、紅外傳感器來(lái)完成，各器件將檢測(cè)到的非電量轉(zhuǎn)化成各自對(duì)應(yīng)的電量進(jìn)而傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)各傳感器的定時(shí)采集并根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行比較處理。同時(shí)通過(guò)通訊

31、接口將處理后的數(shù)據(jù)向上位機(jī)控制單元傳送。也可通過(guò)該通訊接口，上位機(jī)單元發(fā)出的控制指令，現(xiàn)場(chǎng)控制單元實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制命令操作。（1）光電檢測(cè)器件選擇目前，在光電檢測(cè)技術(shù)中常用的一些光電檢測(cè)器件有光敏電阻、光電池、光電二極管、光電三極管等，選擇光照傳感器可根據(jù)參考表 3.3 來(lái)進(jìn)行比較選擇。表3.2 各種光電器件特性比較特性光譜和光電特性電特性線性度伏安特性噪聲特性器件光譜響應(yīng)靈敏度輸出電流光敏電阻可見(jiàn)光至紅外高差電阻型大低光電池可見(jiàn)光至紅外低一般光伏型最大低光電二極管可見(jiàn)光至紅外一般好光伏型和小飽和型高光電三極管可見(jiàn)光至近紅高差飽和型大高外光敏電阻和其它光電檢測(cè)器件相比具有以下特點(diǎn)：a) 靈敏度高

32、，光電導(dǎo)增益大于1。b) 工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。c) 所測(cè)光強(qiáng)范圍寬度，既可檢測(cè)強(qiáng)光也可檢測(cè)弱光。（2）光敏電阻的工作原理光敏電阻的工作原理是：在其兩極加上一定的電壓后，當(dāng)光照射在光電導(dǎo)體時(shí)，由光照產(chǎn)生的光生載流子在外加電場(chǎng)作用下沿一定方向運(yùn)動(dòng)。在電路中產(chǎn)生電流，達(dá)到光電轉(zhuǎn)換的目的。光敏電阻的工作原理如圖 3.8 所示：光照電極電極光電導(dǎo)體Ip圖 3.8光敏電阻的工作原理光敏電阻隨光照強(qiáng)度的增加起導(dǎo)電性能變好，既光敏電阻的電導(dǎo)率增加，流過(guò)其內(nèi)的光電流增加，其本身的電阻值減小，隨光照強(qiáng)度的增加起導(dǎo)電性能變差，既光敏電阻的電導(dǎo)率減小，流過(guò)其內(nèi)的光電流增加，其本身的電阻值增加。光照檢測(cè)接口電路a:

33、 光敏電阻與電阻 R 構(gòu)成反向比例放大電路。 由于光敏電阻是敏感性元件，對(duì)光照強(qiáng)度、距離等有一定的敏感性，以及電源的噪聲等引起的各種干擾都會(huì)隨設(shè)備進(jìn)入到單片機(jī)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的干擾影響了需要采集的真實(shí)信號(hào)，給光敏電阻檢測(cè)判斷和進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析處理帶來(lái)了不利因素，從而影響其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)光敏電阻的前端供電加上穩(wěn)壓管，以避免電源的噪聲的影響獲取更接近真實(shí)的信號(hào)，單片機(jī)的模擬信號(hào)輸入端GM口。b: 當(dāng)光敏電阻的阻值發(fā)生變化時(shí)， GM 端上的應(yīng)發(fā)生變化，該信號(hào)被單片機(jī)的模擬通道 GM 采集，采集的是光敏電阻上的暗時(shí)，光敏電阻上的電壓值接近 5V ，光強(qiáng)時(shí)，大約 0V ，模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后 0255

34、。圖 3.9光電測(cè)量電路原理圖利用光敏電阻對(duì)教室內(nèi)光照強(qiáng)度進(jìn)行探測(cè)，其工作方法是：(l)教室無(wú)人時(shí)，不管照度如何，所有照明燈均熄滅。(2)當(dāng)教室有人時(shí)，分成三種情況：a.若室內(nèi)照度小于設(shè)定值時(shí)照明燈全部打開(kāi)。b.若室內(nèi)照度介于設(shè)定值很小范圍時(shí)，根據(jù)教室人數(shù)打開(kāi)排照明燈。c.若室內(nèi)照度大于設(shè)定值，則所有照明燈均熄滅。紅外數(shù)據(jù)采集與處理使用紅外傳感器的作用是通過(guò)其內(nèi)部接收端接收由障礙物反射或發(fā)射回來(lái)的紅外光，來(lái)判斷是否有障礙物 (有障礙物時(shí)，檢測(cè)電路輸出高電平，否則，電路輸出低電平 )。這里使用兩組紅外傳感器 (分別安裝在教室門(mén)內(nèi)外兩側(cè) )用來(lái)計(jì)數(shù)當(dāng)前教室內(nèi)的學(xué)生人數(shù)。 兩組紅外傳感器依據(jù)接收有障

35、礙物(人體 )反射回來(lái)的紅外光并根據(jù)對(duì)其接收的先后順序來(lái)判斷是否有進(jìn)入/出去的人 (進(jìn)“ +”，出“ -”)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)教室學(xué)生人數(shù)的記數(shù)。(1) 熱釋電傳感器檢測(cè)原理a: 熱釋電效應(yīng)：當(dāng)一些晶體受熱時(shí)，在晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應(yīng)。圖 3.10 表示了熱釋電效應(yīng)形成的原理。圖 3.10 熱釋電效應(yīng)的形成原理b: 熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生 T，則有信號(hào)輸出；若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)， 則溫度沒(méi)有變化， 傳感器也沒(méi)有輸出，所以這種傳感器能檢測(cè)人體或者動(dòng)

36、物的活動(dòng)。c :為了只對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。圖 3.11 菲涅耳透鏡d: 菲涅耳透鏡（圖 3.11）把紅外光線分成可見(jiàn)區(qū)和盲區(qū)，同時(shí)又有聚焦的作用，使熱釋電人體紅外傳感器 (PIR) 靈敏度大大增加。(2) 人體紅外傳感器電路人體紅外傳感器用于檢測(cè)人體發(fā)出的特定波長(zhǎng)的紅外線，進(jìn)行非接觸式距離較遠(yuǎn)的檢測(cè)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外形如3.12 圖所示：+U輸出+R t+-地圖 3.12紅外傳感器實(shí)物圖與原理圖傳感器外部有一白色半球形菲涅爾透鏡，能有效聚集人體發(fā)出的紅外線，提高傳感器的靈敏度。其工作電壓為 315V。當(dāng)人體進(jìn)入傳感器感

37、測(cè)區(qū)域時(shí)，傳感器接收到頻率為 0.18Hz 的人體紅外信號(hào)， 2 腳即輸出微弱的交流信號(hào)，經(jīng)放大后可由 CPU 進(jìn)行處理。信號(hào)處理電路如3.13 圖所示：圖 3.13紅外信號(hào)處理圖傳感器 2 腳的輸出信號(hào)經(jīng)兩極放大后，從 LM324 輸出，信號(hào)幅度為0.55V，直流分量為 3V。 DL1 、DL2 、R12、 R13、R14、 R15 組成雙門(mén) 6 電壓比較器。若 LM324 無(wú)信號(hào)輸出，則 J2 為 3.3V， J3 為 2.7V，ALARM指示燈不亮， J1 輸出為低電平。當(dāng) LM324 輸出大于 4V 或小于 2V 時(shí)， ALARM 指示燈點(diǎn)亮， VOUT 端輸出高電平。開(kāi)關(guān)控制電路設(shè)計(jì)

38、（1）繼電器原理簡(jiǎn)介繼電器主要由一個(gè)線包和若干個(gè)觸點(diǎn)對(duì)組成，當(dāng)線包兩端加上合適的電壓時(shí)，線包上的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，控制每一組觸點(diǎn)的閉合與斷開(kāi)，一組觸點(diǎn)包括常開(kāi)、常閉與中間三個(gè)觸點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)圖如 3.14 圖：2315K4圖 3.14繼電器結(jié)構(gòu)圖其中，觸點(diǎn) 1 為中間點(diǎn)，觸點(diǎn)2 為常閉點(diǎn)，觸點(diǎn)3 為常開(kāi)點(diǎn)， K 為線包。(2)電燈開(kāi)關(guān)控制電路繼電器開(kāi)關(guān)控制電路圖如圖 3.15，設(shè)計(jì)中使用繼電器中 5V 的兩組，因?yàn)殚_(kāi)發(fā)板輸出電壓是 3.3V，必須加驅(qū)動(dòng)電路，模塊中只有 5V 繼電器設(shè)有驅(qū)動(dòng)電路。使用 12V 的一組需外加驅(qū)動(dòng)電路。圖 3.15繼電器應(yīng)用電路圖四、教室節(jié)能系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總述對(duì)教室人數(shù)進(jìn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)，同時(shí)對(duì)光照度進(jìn)行采樣，并在