教室照明分区域多模式控制系统设计

姓名：赵鹏志

摘  要

目前，常亮灯的问题长期出现于高校教室中，而这也是对资源的一种浪费，通过划分教室照明区域的形式，从而明确各项控制体系。将型号为STC89C52的单片机运用于此次系统中，从而达到控制的最终目的，这是此次系统设计的主要理念内容。此次系统的结构为主从式，从机利用热释电模块与环境光检测模块检测外界人体信号和光照强度，通过无线通信模块传递给主机，由主机判断后向从机发出开关灯指令。事先将教室划分为若干区域，各区域装设一台从机，从而进行分区域控制。系统依据时间将工作模式划分自动模式与手动模式，两种模式间可根据实时时间自动切换。经测试表明，该系统可稳定运行，具有良好的节能价值。

关键词：常亮灯  主从式结构  分区域

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

当前，随着各高校招生数量的不断增加，教学楼的容量不断扩大，教室照明的电耗也在增加。学校作为教学的主阵地，也是学生学习成长的场所，关于照明的管理大多采用分时开放的模式，同时由于学生的流动，学校缺乏相应的自动化管理系统。教室照明设备的切换依赖于人的主观能动性，而且由于管理人员管理不及时，部分学生缺乏节能意识，电能浪费严重。在教室无人的情况下，经常会出现照明设备长时间运行的情况；或者在学生午休时间，在光照强度达到学习要求时出现“常亮灯”的现象。

1.2研究的内容

（1）功能设计：此次设计选取教师分区域多模式控制系统作为研究对象，基础部分为单片机，从而达到动态化把控教室内部照明的最终目的。参照室内人员的分布，结合实际光照条件，自动调节照明亮度。将工作模式分自动和手动模式，两种模式之间可通过时间界限自由切换，将教室划分为若干区域，其各个区域的灯光开关由上位机综合考虑。

（2）硬件设计：本设计由上位机和下位机组成，上位机由电源模块、主控制器、复位电路、无线数据传输模块、独立按键模块和显示模块六个部分组成；下位机主要由主控制器、复位电路、电源模块、驱动照明电路、AD转换模块、时钟电路、热释电模块，环境光检测模块和无线通信模块九个部分组成。

第二章 系统设计方案

本设计由上位机和下位机两部分构成，两者之间通过无线通信模块相互连接，互相发送和接收信号。另外根据教室座位的分布，把教室分为不同区域，在每个区域安装一台下位机，由此实现对室内光照强度强和人体信号的监控。系统是否开关通过预设的时间信息进行判断，而灯光的开启和关闭则通过当前光照强度和能否检测到人在当下范围为标准。

系统在硬件设计方面，利用人体信号检测模块和光线强度检测模块来进行数据采集，从而使得教室照明的控制更加精确和可靠。另外，将一个较大的教室依据划分成多个小区域，在每一个小区域内都安装一台下位机，下位机负责采集数据并发送给上位机，上位机再综合考虑这些区域灯光的开启或关闭，通过分区域照明进而能对教室的灯光进行高效的控制，消除了教室里统一开灯关灯的浪费现象。

第三章 系统的硬件设计

3.1上位机的设计

本系统的上位机需要对下位机传输的数据进行计算和分析，对各种情况采取不同的灯控方案，具有终端决策的重要位置；系统的稳定性、节能性、抗干扰性等都受上位机控制的，因此要重点设计好上位机。在硬件设计的元器件选型和线路布置上需要考虑好兼容性和抗干扰性。

（1）上位机主控芯片选择宏晶科技设计的STC89C52单片机如图3-1所示，它是一种通用的具有价格低廉、功耗低、高性能等优点的COMS8位单片机。单单从芯片分析，此单片机与其传统的8051单片机相比还特别具有了内存为512KB的随机存储器和系统内可编程功能，在实际应用中极其广泛，它多用于控制方式较为复杂的场合，为许多嵌入式控制系统提供了更加有效的功能支撑。

其主要性能如下：

相较于AT89系列单片机而言，其功能方面，型号为STC89C52的单片机功能进一步丰富，包含在线编辑的各项功能。并且对于编程器的需求并不高，可将程序通过USB转TTL模块直接下载到单片机，下载速度与传统单片机相比有了极大提高。

存储空间中字节数为8K，从而达到存储程序的最终目的。

EEPROM 功能是该单片机所特有的；

字节数为512RAM，集成于片上；

工作温度范围在工业级-40~+85℃；

（2）时钟电路与复位电路

参照硬件电路与实际使用的需求，大致可以将单片机时钟信号的连接方式划分为以下两部分：其一，内部施工方式。该方式同样运用于此次系统设计中，构成部件主要是11.0592M晶振，30P的电容器，数量分别为1个，2个。在上述部件与晶振相连后从而形成了时钟振荡电路，当此电路处于工作状态时，晶振产生的时钟信号经单片机的XI、X2引脚输入。本设计中的复位电路是由电阻器与电容器两种元器件进行串联组成。复位的实现主要通过电容的充放电特性，电容具备电源供电时阻断两端电压使得电路不通，复位脉冲便会发送至RST中，从而确保系统的初始化，一旦点容电量充足后，电路便处于导通状态，系统自行运转，工作流程也恢复正常。单片机的复位功能若想正常运行需要计算好电容电阻的取值。

结  论

本设计的目的是在节能的同时使教室照明系统变得更加智能。系统采用主从式结构，主从机之间采用无线通信的方式进行数据传递，从而减少了布置电线的麻烦。系统以光照强度、人体信号和时间作为控制依据，减少了人工介入，使得教室照明变得更加的智能化和人性化，同时系统默认的数据值可以由我们来设定，进而使系统变得更加符合我们的实际需求，更加人性化。

参考文献

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