智能教室照明系統(tǒng)

西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 馬玉鳳 韋金玲 梁蘭芳

智能教室照明系統(tǒng)

西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 馬玉鳳 韋金玲 梁蘭芳

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化控制已經(jīng)成為時代的潮流。放眼現(xiàn)在，尤其是當(dāng)前環(huán)境條件每況愈下的形勢下，節(jié)能、環(huán)保越來越得到人們的重視。本文討論的智能教室照明系統(tǒng)正是本著環(huán)保、智能化控制的目的下開發(fā)設(shè)計的。本設(shè)計由主控單元、LCD顯示模塊、環(huán)境明暗檢測模塊、電源模塊，煙霧報警模塊等模塊組成。通過軟件控制，來分別實現(xiàn)定時開關(guān)燈，燈開關(guān)時間可調(diào)，根據(jù)環(huán)境明暗狀況自動開關(guān)燈，也可手動開關(guān)燈，以及煙霧報警等功能。本文討論的智能教室照明系統(tǒng)是在西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院“雙E”項目資助下進行的。

智能控制；節(jié)能環(huán)保；定時開關(guān)燈；時間可調(diào)；煙霧報警

0. 引言

近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及人們對良好生活環(huán)境的需求，智能調(diào)控系統(tǒng)逐漸進入人們的視線。在大多數(shù)高校，教室內(nèi)人不在而燈全亮或者是長時間的高能用電，無形中造成巨大的能源浪費以及有害氣體的大量排放。而本文章所介紹的系統(tǒng)正是本著節(jié)能減排，保護環(huán)境的目的，開發(fā)設(shè)計的一個智能化控制系統(tǒng)。通過系統(tǒng)控制或者根據(jù)環(huán)境的需要，自動調(diào)節(jié)教室內(nèi)燈的亮暗。其功能既不影響大自然的魅力，也體現(xiàn)了人與自然的和諧相處。

1. 系統(tǒng)總設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

（1）智能教室照明系統(tǒng)有時鐘功能，能設(shè)定、顯示開關(guān)燈時間的功能，并能控制整個系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)情況及時開燈和關(guān)燈。

（2）智能教室照明系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動開燈和關(guān)燈。

（3）智能教室照明系統(tǒng)能分別獨立控制每盞燈的開關(guān)。

（4）智能教室照明系統(tǒng)能夠?qū)⑹謩雍妥詣酉嘟Y(jié)合，根據(jù)室內(nèi)人數(shù)的多少控制燈的開關(guān)。

（5）當(dāng)教室里發(fā)生火災(zāi)等煙霧類緊急情況時，智能教室照明系統(tǒng)就能發(fā)出警報，及時向人們傳達危險信號。

1.2 系統(tǒng)各模塊方案設(shè)定

（1）主控芯片：采用Atmel 公司的STC89C52作為控制核心。

（2）顯示模塊：采用LCD1602液晶顯示。

（3）煙霧檢測模塊：選用煙霧報警器對室內(nèi)的環(huán)境進行檢測。

（4）光線檢測模塊：使用光敏電阻來實現(xiàn)對環(huán)境明暗狀況的檢測。

（5）驅(qū)動模塊：自制+5V穩(wěn)壓源和300mA恒流源。

2. 系統(tǒng)硬件的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 硬件電路設(shè)計

本設(shè)計設(shè)計由主控單元、LCD顯示模塊、環(huán)境明暗檢測模塊、電源模塊，煙霧模塊等模塊組成。采用STC89C52單片機作為主控單元，控制著兩個單元電路。應(yīng)用獨立式按鍵進行功能選擇，通過LCD1602液晶實時顯示時間和設(shè)定的時間。通過光敏電阻檢測環(huán)境明暗程度實現(xiàn)自動開燈和關(guān)燈功能，并且還可以根據(jù)教室的人數(shù)來決定是否開燈。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)等煙霧類緊急情況時，煙霧報警模塊發(fā)出警報，及時向人們傳達危險信號。智能教室照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 智能教室照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.2 顯示模塊設(shè)計

顯示模塊的設(shè)計采用點陣式液晶顯示器（LCD1602）顯示。LCD1602功能強大，可顯示各種字體的數(shù)字、漢字，還可以自定義顯示內(nèi)容，顯示靈活生動。本設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用LCD1602液晶來顯示實時時間，當(dāng)進入到設(shè)置定時的開始時間和結(jié)束時間的功能模式時，LCD1602液晶顯示設(shè)置的定時時間。同時LCD1602液晶還顯示當(dāng)前的年月日。

2.3 環(huán)境監(jiān)測單元設(shè)計

本單元采用光敏電阻檢測環(huán)境明暗變化，當(dāng)光敏電阻感應(yīng)到光線變化時，將信號傳給主控單元進行處理，再由主控單元來控制教室燈的亮滅。

光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。

2.4 煙霧報警單元設(shè)計

本設(shè)計系統(tǒng)的煙霧報警單元設(shè)計采用煙霧傳感器和蜂鳴器相結(jié)合構(gòu)成，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)等煙霧類緊急情況時，煙霧報警單元模塊發(fā)出警報，向人們傳達危險信息，讓人們及時逃離危險現(xiàn)場。

2.5 電源單元設(shè)計

電壓源：該電壓源將工頻交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓，向系統(tǒng)提供+5V電源。

恒流源：該電流源將工頻交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、電阻的分流、分壓及三極管的穩(wěn)流、放大，最后向LED燈提供恒定300mA的電流。

3. 軟件系統(tǒng)設(shè)計

在單片機控制系統(tǒng)中，大體上可以劃分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩種基本類型。數(shù)據(jù)處理類型包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度的變換等。而過程控制主要是使單片機按照一定的方法進行計算，然后再輸出，以便于控制生產(chǎn)。為了完成上述的任務(wù)，在進行軟件系統(tǒng)設(shè)計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊，這就是所謂的“模塊”?！澳K”實質(zhì)上就是所完成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設(shè)計方法叫模塊程序設(shè)計法。所以我們的設(shè)計軟件是由LCD1602液晶顯示屏程序模塊和煙霧報警程序模塊、光敏電阻程序模塊以及時鐘模塊這幾大程序模塊構(gòu)成。

4. 總結(jié)

總結(jié)本文所討論的智能教室實物已經(jīng)制作完畢，在設(shè)計以及制作的過程中，我們閱讀大量資料，進行多方面的學(xué)習(xí)，感覺受益匪淺。智能化控制是社會發(fā)展的一大步，也是人與自然和諧相處的一大步。希望本文所討論的智能教室照明系統(tǒng)在便捷生活、節(jié)約能源、保護自然環(huán)境方面提供一個良好的啟發(fā)。并且本設(shè)計系統(tǒng)具有布置簡單、成本低及穩(wěn)定性高等優(yōu)點，還具有極高的實際應(yīng)用價值與商業(yè)推廣價值，也希望本系統(tǒng)在今后的生活中能夠廣泛應(yīng)用。

[1]王靜霞.單片機應(yīng)用技術(shù)(C語言版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009,5.

[2]陳梓城.實用電子電路設(shè)計與調(diào)試[M].北京:中國電力出版社,2006,6.

[3]趙負圖.傳感器集成電路手冊(第一版)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[4]唐浩強.C程序設(shè)計教程[M].ISBN 978-7-302-15157-9:清華大學(xué)出版社,2007.

西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院“雙E”項目資助。

馬玉鳳（1995—），寧夏人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于 西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院通信工程專業(yè)。