吳思藝 楊博

【摘?要】當(dāng)前，隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會的發(fā)展更多地依賴于能源。然而，有限的資源量無法滿足日益增長的社會需求，提高資源利用率或?qū)ふ蚁嚓P(guān)替代品都是解決能源短缺的有效途徑。校園里屢見燈火通明，教室卻空無一人的現(xiàn)象。本文針對校園教室照明浪費的問題，對STC單片機教室燈光智能控制系統(tǒng)進行探討，對于如何避免浪費用電進行研究，分析了教室照明智能控制系統(tǒng)的原理，在此基礎(chǔ)上，提出了STC單片機教室照明智能控制系統(tǒng)的設(shè)計思想。

【關(guān)鍵詞】STC單片機;智能控制系統(tǒng);自動控制;手動控制

引言

隨著經(jīng)濟和科技的快速發(fā)展，對能源的需求量越來越大，隨之而來的浪費現(xiàn)象也日益突出，有限的資源無法滿足日益激增的需求。尤其如今提倡低碳生活，節(jié)約能源已成為人們共識。因此，有必要在教室中使用照明控制系統(tǒng)，以節(jié)約能源。目前，國內(nèi)外照明智能控制系統(tǒng)已有應(yīng)用，但其系統(tǒng)還不是很完善，還存在很多不足，主要依靠人工管理。

傳統(tǒng)的教室照明系統(tǒng)在主電源通過配電箱后，主要分為幾個支路。這些分支分別向燈具供電，然后通過照明中串聯(lián)的單雙極開關(guān)來通斷供電線路。因此，傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)無法實現(xiàn)系統(tǒng)管理的自動控制?？傊?，隨著現(xiàn)代自動化水平的不斷提高，計算機技術(shù)的應(yīng)用，教室智能燈光控制系統(tǒng)正朝著多樣化、智能化的方向發(fā)展。

1.教室燈光控制設(shè)計的總體思想及基本原理

該控制系統(tǒng)采用STC單片機作為主控模塊的核心。為了檢測人體的存在，采用了熱釋光紅外人體傳感器。光敏電阻三極管用于收集和探測周圍環(huán)境光。在整個智能控制系統(tǒng)中，使用人體傳感器探測人體是否存在，然后通過單片機對其進行分析和處理，控制整個教室的照明。系統(tǒng)不僅有自動控制部分，還有手動控制部分。

如果將系統(tǒng)調(diào)節(jié)到自動控制模式，當(dāng)教室光線較弱時，光敏三極管通過感應(yīng)得到教室的光強度信號，送單片機處理，最后輸出開燈指令。同時，系統(tǒng)可以將開關(guān)燈的時間調(diào)整到與學(xué)校作息時間相同的時間，從而達到了節(jié)能的效果。

如將系統(tǒng)調(diào)至手動模式時，通過按下燈光開關(guān)按鈕，即可打開教室的燈光，達到強制開燈的狀態(tài)。

2.硬件設(shè)計

該智能控制系統(tǒng)以單片機為核心，包括環(huán)境光采集、按鍵模塊、液晶顯示模塊、紅外電路模塊、繼電器驅(qū)動電路、系統(tǒng)電源電路、時鐘電路等。

2.1 STC單片機核心控制模塊

在整個智能控制系統(tǒng)中，核心控制器主要用于接收兩個數(shù)據(jù)，一個是接收定時時間是否到達的數(shù)據(jù)，另一個是接收教室照明是否充足的數(shù)據(jù)?？刂破鲗@兩個數(shù)據(jù)進行邏輯運算，系統(tǒng)實現(xiàn)定時開關(guān)燈、并可以檢查進入教室人數(shù)。

2.2 系統(tǒng)供電電路

該系統(tǒng)采用市電220V，經(jīng)變壓器變?yōu)?V，經(jīng)二極管整流，電容濾波，穩(wěn)壓器LM339，最終得到+5V的供電。

2.3 人體傳感器

人體傳感器具有價格低廉、功耗小、體積小的特點。但環(huán)境溫度接近人體溫度時，傳感器的靈敏度會降低，且容易受到外界干擾和紅外線穿透力差，系統(tǒng)在編程過程中會延長人體數(shù)據(jù)采集時間。

2.4 周圍環(huán)境光線采集

光電三極管具有將光信號轉(zhuǎn)換成電信號并放大電信號的功能，具有靈敏度高、體積小、電流小的特點。當(dāng)環(huán)境光強度較高時，光電三極管呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，三極管的基極電壓升高，集電極輸出低電平。如果集電極輸出高電平，光電三極管顯示高電阻狀態(tài)。當(dāng)周圍環(huán)境光線足夠明亮?xí)r，無論人體是否存在，系統(tǒng)都不會開燈。當(dāng)周圍環(huán)境光線不夠明亮?xí)r，當(dāng)人體存在時，系統(tǒng)就會開燈。

2.5 時鐘電路

根據(jù)教室燈光滿足學(xué)校作息時間的規(guī)律，需要時間控制，并考慮停電時教室燈光的使用，所以系統(tǒng)采用充電能力強的時鐘芯片DS1302來設(shè)置年、月、日、時、分、秒。該時鐘芯片供電電壓低，只需三條線路即可實現(xiàn)與單片機的通信，精度高，滿足系統(tǒng)要求。

2.6 繼電器驅(qū)動電路

繼電器由PNP型三極管驅(qū)動。當(dāng)系統(tǒng)接通時，如果單片機p3.5和3.6處于低功率水平，則三極管的基極可以產(chǎn)生足夠的電流使三極管接通，繼電器吸合，從而帶動負載并打點亮燈光。

2.7 按鍵模塊

按鍵電路采用單片機作為按鍵的信號輸入端口。按鍵時，呈現(xiàn)低電平。未按此鍵時，呈現(xiàn)高電平。通過檢測單片機端口電平的變化，可以確定按哪個鍵。在自動控制的情況下，按鍵時液晶顯示屏上會顯示人數(shù)。當(dāng)教室里的人數(shù)超過10人時，燈就會完全亮起。當(dāng)教室里的人數(shù)少于10人時，教室里的燈只亮一半。在手動控制的情況下，按鍵時教室的燈將完全亮起

2.8 晶液顯示模塊

為了實現(xiàn)人機交互界面，采用LCD1602液晶顯示屏顯示系統(tǒng)設(shè)定的時間和日期，以及進出教室的人數(shù)等，為用戶提供詳細信息。以下是液晶顯示的流程圖：

3.結(jié)束語

STC單片機智能燈光控制主要以單片機為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)教室燈光的智能控制，合理利用能源，有效降低教室用電量。在保證系統(tǒng)正常運行、穩(wěn)定可靠運行的前提下，硬件設(shè)計中采用了性價比高的組件，降低了整個系統(tǒng)的成本。

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（作者單位：廣州工商學(xué)院電子信息工程系）