基于单片机教室智能照明节能的系统设计

翟晨轩+石建胜+丁鹏举

摘 要： 针对当前各大高校教室电灯使用情况的调研，发现经常呈现出“人走灯亮”的情况，对资源造成了极大的浪费。于是我们设计了以AT89C52单片机为控制器的智能教室照明节能系统，该系统利用红外传感器检测人体的存在信号和利用光敏电阻以及数模转换芯片来检测教室内光照强度，并把检测到的人体存在信号和光照强度信号传递给系统进行判断，从而控制整个教室照明回路，继而实现对资源的的有效利用。

关键词： 照明；智能控制；单片机

基金项目：由西北民族大学电气工程学院“双E”项目资助

0.引言

随着我国教育事业的发展和不断壮大，但人们缺乏对智能化节能控制系统的认识和理解，导致了当前学校教室的用电浪费现象日益严重。尤其是随着建设节约型社会的观念逐渐深入人心，减少教室照明用电的浪费已经刻不容缓，一间教室的用电浪费可能显得微不足道，但是日积月累而且全国教室众多，所造成的资源浪费已经不容小觑。因此，本系统用单片机以及红外传感器可达到对教室照明系统的改进，从而达到我们节约用电的初衷。

1.系统总体设计

该教室智能照明节能系统是以AT89C52单片机最小系统板作为其核心的控制模块，在最小系统的基础上加上了其他外设功能电路，其外设功能电路模块主要含有以下模块：DS1320时钟模块、LM3392运放模块、LCD1602液晶显示模块、红外接收和红外发射模块、环境光信号采集和按键模块，其系统总体结构设计框图如图1-1所示：

2.系统硬件设计

2.1 单片机控制核心模块

本控制系统选用 AT89C52为主控处理器。模数转换芯片（ADC0832）首先需要进行系统初始化，然后对光敏电阻所采集到的光照强度的模拟信号转换为数字信号传递给单片机系统同时和系统预设值进行判断。再通过红外接收和红外发射模块所组成的检测电路加上信号处理电路从而来达到检测否有人进出的目的，并将处理后的数字信号传送至单片机，单片机存储该信息并进行判断。当光敏电阻所采集的数据达到预定值和红外模块检测到人进入教室两个条件同时满足时，单片机控制开关打开教室照明灯。

2.2 时钟模块和液晶显示模块

按照智能照明节能系统的控制要求，在该系统中加入时钟模块以适应学校的现实需求。当教室内无人或光照强度大于系统预设值时，教室智能照明系统关闭，由此达到节约能源的目的。所以本系统加入时钟模块来控制系统运行。而此教室智能照明节能系统选用的是DS1302时钟芯片。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。其时钟电路图以及液晶显示电路设计如图2-2所示：

通过时钟芯片输入引脚与单片机输出引脚相连，程序读取DS1302芯片输出的同时在通过显示电路进行显示，R1、R2、R3、具有提高抗干扰能力的作用，12MHZ晶振为单片机提供振荡信号。

2.3 教室光照强度检测模块

光照强度检测模块主要对教室内光照强度进行实时准确的检测，由 LM393 和一个光敏电阻组成，通过设计电压比较器来检测教学楼内实时光照强度。

LED7和LED6为红外接收管，LED9和LED9为红外发射管，R21和R22限流保护发射管，R12和R13是接收端的上拉电阻，为了能够得到高电平。红外传感器检测是否遇到障碍物，如果有东西遮挡时，比较器输出低电平，LED指示灯亮；如果没有东西遮挡，LED指示灯灭。

3.系统软件设计

智能照明控制系统的软件设计流程如图3-1所示。单片机最小系统加上电源过后，首先对其进行初始化，然后调用光电检测程序，检测是否有人进入室内。在光照强度小于120时，教室内人数小于10人时亮一盏灯，10-20人时亮两盏灯，20-30人亮三盏灯，大于30人则四盏灯全亮。如果光照检测到的强度大于120的话，无论室内有多少人，均不开灯。

（1）光照检测子程序设计

首先对模数转换电路进行初始化，光敏电路转化光照强度为相应的电压值。采集光敏电路模块所检测到的数据，然后将所采集到的模拟信号数字化转换之后，将数字电压值送到单片机控制系统。

（2）LCD显示子程序设计

进入LCD显示子程序之后，首先进行LCD的初始化，然后检测LCD液晶的忙信号，如果不忙就接收來自单片机送来的光照强度和统计室内人数的数据，经过单片机对数值进行处理在LCD液晶模块上把显示信息。

（3）光电发射接收子程序

单片机进行初始化操作之后，光电开关开始工作，单片机通过检测光电开关相连的单片机管脚电平的高低来判断是否有人手或者物体遮挡住了光电发射与接收电路， 如果出现有物体处于光电开关之间的话，则光电开关相连的单片机管脚输出低电平，否则输出高电平。

4.结束语

随着当前各高校教室用电浪费日益加剧，实现对教室照明智能化控制刻不容缓，也与可持续发展战略相契合，因此本设计具有广阔的应用前景。本设计基于单片机控制系统可实时控制教室灯具打开的数量，可以有效地减少电能的浪费，减少发电排污，保护环境，提高资源利用率。

参考文献

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