精品资料（2021-2022年收藏）教室人数监视及照明控制系统

1、教室人数监视及照明控制系统摘 要：为响应国家节能减排的号召，我们设计制作了教室人数监视及照明控制系统。本系统以AT89S52单片机为基础，利用220V交流电供电，主要可实现以下功能：1）感应光线强弱并判断是否需要开灯。利用光敏电阻，通过A/D转换，根据需要设定修改光线设定值，当光线达到设定值时灯亮，光线低于设定值时灯不亮。2）根据人数的多少控制LED灯点亮的数目。利用两组对射式光电开关，根据产生高低电平的顺序区分人的进出，单片机对人数进行加减计数，当人数在5人之内亮一盏灯，5-10人亮两盏灯，10-15人亮三盏灯。3）根据实际需要的不同，利用按键对亮灯人数的限定值进行修改。4）液晶1602实时

2、显示当前室内人数。5）单片机和上位机进行RS-232通信，利用计算机实时监控室内当前人数的变化。关键词：单片机 220V供电 光敏电阻 AD转换 光电开关 液晶 RS-232通信 Abstract：In response to the call of the national energy-saving emission reduction, we designed a number of classroom monitoring and lighting control systems. The system is based on a single chip AT89S52, using

3、220V AC power supply, to achieve the following main functions: 1) The light sensor to determine whether strong or weak and need to turn on the lights. The use of light resistance, through the AD conversion, according to the need to modify configuration settings of light, when the light reached when

4、the lights settings, set the value lower than the light does not shine lights. 2) according to the number of how much control the number of lit LED lights. The use of two photoelectric switch to radio, according to the order of high to distinguish between low-level entry and exit of people, the numb

5、er of single-chip to carry out addition and subtraction of the count, when the number of people in 5 bright lights a bright 5-10 2 lights, 10-15-liang 3 lights. 3) According to the actual needs of the different buttons on the light use of the limited value of the number of modifications. 4) LCD disp

6、lays the current indoor 1602 the number of real-time. 5) single-chip microcomputer and PC to RS-232 communications, the use of the computer the number of real-time monitoring of changes in the current room.Key words: single-chip power supply 220V Photosensitive resistor conversion AD Photoelectric s

7、witch LCD RS-232 communication1 总体设计思路和方案目前高校室内照明大多是依靠人工区分光线强弱和人数来控制灯的亮灭和灯点亮的数目，这样不仅非常麻烦，而且对能源产生了很大浪费。为了节约用电，我们设计制作了教室人数监控及照明系统。本系统将主要实现以下几个功能：感应光线强弱并判断是否需要开灯；根据人数的多少控制LED灯点亮的数目；利用按键对亮灯人数的限定值进行修改；液晶实时显示当前室内人数；计算机实时监控室内当前人数的变化。我们利用光敏电阻、对射式光电开关、上位机，以及控制模块、电源供电模块、A/D转换模块、液晶显示模块、按键控制模块、LED照明模块和RS-232通信模

8、块七个功能模块，共同构成一个系统来实现以上功能。系统方案框图如图1所示：控制模块A/D转换模块显示模块对射式光电开关光敏电阻LED照明模块上位机显示人数RS232-通信模块按键控制模块电源供电模块感应光线强弱高低电平计数图1 系统方案框图2 方案比较与论证2.1控制方式的选择方案一：采用PLC控制。PLC控制比较简单方便，系统也比较稳定，但是PLC价格昂贵，成本高，不适合小型电路设计。方案二：采用单片机控制。单片机价格便宜，成本低，易于操作，特别是常用的AT89S52单片机控制，技术已经比较熟练，完全可以实现本系统所需要的各种功能。考虑到成本问题，我们选择方案二。针对单片机不稳定的缺点，可以采

9、用隔离等措施解决。2.2电源的选择 方案一：采用干电池。用干电池方便稳定，但是电压会随着使用慢慢降低，使用时间也受到限制，需要经常更换电池或给电池充电。方案二：采用稳压电源。自行设计制作电源，输入220V交流电，输出5V直流电，大大增加了使用时间。因为照明控制系统应长时间供电，所以选择方案二。 2.3显示模块的选择方案一：采用数码管。数码管价格便宜，操作简单，显示清晰。但是要显示较多字符，则需要的数码管就很多，这就使得单片机的管脚过多被占用，造成单片机管脚资源紧张。方案二：采用LCD1602液晶。LCD1602可以显示2行16列字符，可通过8位或4位数据总线控制，使用方便，占用I/O口少。为了

10、节省单片机管脚资源，我们选择方案二。2.4按键的选择方案一:采用4X4矩阵式键盘，占用8个I/O口，且键盘数目多。方案二:采用独立式键盘，一个键盘占用一个I/O口，适应于键盘数目少的场合。因为本系统用到8个按键，数目比较少，因此我们选择方案二。2.5上位机编程语言的选择方案一：采用组态软件。组态软件使用方便，动画丰富，主要用于工控，控制单片机有时还需开发驱动，比较麻烦。如果购买正版组态软件，成本较高。 方案二：采用Visual Basic6.0语言。VB软件下载方便，成本低，与单片机通信的编程技术比较成熟，可以完成本系统所需的控制需求。 综合以上，我们选择方案二。2.6光电开关的选择方案一：采

11、用对射式光电开关。检测距离为1至20m，工作电压为直流5-36V。它的价格比较贵，但是反应灵敏，检测距离远，测量结果精确。方案二：采用漫反射式光电开关。漫反射式光电开关价格比较便宜，反射板式检测距离为10cm至50cm，检测距离近，测量结果不准确。因为本制作重在演示，只要达到演示效果即可。为了降低成本，我们选择方案二。3 系统硬件设计3.1电源电路设计图2 电源模块电路 如图2所示为系统的电源电路，220V交流电经过变压器变成7.5V交流电，经整流、滤波电路后送到7805进行稳压得到5V直流电，最后再次经滤波电路，为系统提供5V电源，用来给单片机、继电器和其他原件供电。3.2光敏电阻系统采用型

12、号为5537的光敏电阻，实物图和结构图如图3所示： 图3 光敏电阻它的技术参数如下：亮电阻 (10Lux)(K)   暗电阻(M)光谱峰值(nm)最大电压 (VDC)最大功耗(mw)响应时间(ms)上升下降30-5035401501002030光线强弱的不同导致光敏电阻的变化，从而导致光敏电阻分压的不同，将它所分的电压输入到ADC0809的IN0。另外，可以通过调节电位器R1的阻值来修改感应光线的强弱。具体的连线电路图如图4所示： 图4 光电开关电路3.3 A/D转换电路设计系统采用ADC0809芯片搭建A/D转换电路。ADC0809是采样频率8位的、以逐次逼近原理进行模数

13、转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。它的主要特性为：1）8路8位AD转换器，即分辨率8位；2）具有转换起停控制端；3）转换时间为100s；4）单个5V电源供电 ；5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准；6）工作温度范围为-4085摄氏度；7）低功耗，约15mW。ADC0809芯片有28条引脚。IN0IN7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START：AD转换启动信号

14、，输入，高电平有效。EOC： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端，要求时钟频率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。GND：地。 ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD

15、转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。本系统中，当IN0端接收到电压模拟量时，经过ADC0809转换成8位数字量，设定由D0D7中的某一个口输出的数字量输入到与门（与非门74LS00取反），当它为1时转为光线暗模式，此时允许LED照明模块点亮。3.4 液晶显示电路设计本系统使用带背光的液晶模块TC1602EL，TC1602EL采用标准的16脚接口，其引脚功能如下：第1脚：VSS为电源地，接GND；第2脚：VDD接5V正电源；第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时

16、对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度；第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器；第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作，当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据；第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令；第714脚：D0D7为8位双向数据线；第15脚：BLA背光电源正极(+5V)输入引脚；第16脚：BLK背光电源负极，接GND。TC1602EL液晶的

17、主要技术参数如下：逻辑工作电压（VDD）：+4.5 +5.5V；LCD驱动电压（VDD - VL）：+4.5 +13.0V；工作电流：< 2.0mA。TC1602EL液晶显示模块可以和52系列单片机直接接口，通过向单片机输入程序来控制液晶上显示的内容。本系统可显示两项内容：当前室内人数“the number is #”和设定的点亮1、2、3盏灯的人数限制“1 # 2 # 3#”。图5为单片机和液晶接口电路图：图5 单片机和液晶接口电路图3.5 LED照明模块电路设计光电开关在无人经过时保持高电平，有人经过时产生低电平。两对光电开关I1、I2的位置不同，因此人进和出时产生低电平的先后顺序不

18、同，分别将他们产生的高低电平输入单片机的P10和P11管脚，根据两端口的高低电平的不同区分进出，并利用单片机进行计数，进一个人加一，出一个人减一。当人数达到设定值1时，P25管脚输出高电平；当数目达到设定值2时，P26管脚输出管脚高电平；当数目达到设定值3时，P27输出高电平。光电开关位置的示意图如图6所示：图6 光电开关位置示意图系统用LED灯代替电灯进行演示，电路图如图7所示：图7 LED显示电路3.6 RS-232通信模块电路单片机和计算机要实现串口通信，需要用到9针串口和MAX232芯片。RS-232串口有9个引脚，各针脚的定义为 ：1 .载波检测 DCD

19、；2.接收数据 RXD；3.发送数据 TXD；4 .数据终端准备DTR；5.信号地SG；6.数据准备就绪DSR；7.请求发送 RTS；8.清除发送 CTS；9 振铃提示 RI。本系统用到的是2、3引脚具体如8图所示： 图8 串口引脚图MAX232是专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。内部结构基本可分三部分。一是电荷泵电路，由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。二是数据转换通道，由7、8、9、10、11、12、13、1

20、4脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道；8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。三是供电，15脚GND、16脚VCC（+5v）。图9为MAX232与单片机和串口的管脚接线图：图9 MAX232与单片机和串口的管脚接线图3.7 按键电路设计按键的电路图如图10所示： 图10 按键电路 其中，S1控制电源通断，S2取消操作，S3、S4对第一盏灯点亮的限制人数进行加减，S5、S6对第二盏灯点亮的限制人数进行加减，S7、S8对第三盏灯点亮的限制人数进行加减。4 系统软件设计系统主流程图如下：开始单片机初始化监测人数监测亮度到指定值1模式选择人数加人数减到指定