教室节能照明智能控制系统硬件设计系统方案论证

1、教室节能照明智能控制系统硬件设计系统方案论证 1.1节能照明实现方式方案论证在设计最初需要一个整体的思路来确定设计的框架。首先根据设计任务来确定所需的功能模块；然后按照一定的作用顺序把各个功能模块连接起来。本系统需要两个传感器来分别检测人体红外信号和自然光强信号，需要按键电路来强制灯的开关，还需要指示电路来指示系统的工作状态，等等。如图1.1，为该照明系统总体框图。图1.1系统总体框图该照明系统总体框图，包括：系统核心AT89C51 单片机，输入为两个传感器电路即人体红外检测电路和自然光检2 系统方案论证测电路，强制开关的按键电路。输出是 LED 指示电路以及 继电器执行电路。最后由继电器电路

2、来控制照明电路的通 断，从而实现照明的自动控制。这里的流程图是方案流程图，是提出来的思路流程图。 可以提出好几种方案， 来进行比较， 评价， 最终确定一种比 较合理的方案，如下是本人提出的三种方案。1.1.1 系统最基本的实现方案如图1.2是一种系统最基本的实现方案的流程图。控制方案的流程图，流程经过初始化以后，先判断有无 按键按下，如果有则执行相应按键处理程序。如果没有，继 续判断红外检测电路有无探测到有人，无人时，火灯并返回 继续判断有无按键按下。如果探测到有人，就接着判断当前 照度是否满足设定要求。若照度满足要求，继续返回灭灯程 序；若不满足，就给继电器一个动作信号，使其动作，从而 开启

3、照明电路【9。图1.2系统最基本的实现方案流程图在设计系统流程时，是先判断光照还是先检测是否有人是，本人遵循的原则是 以人为本，人使用灯”如果没有人， 开关灯就无意义，所以应先判断是否有人，而不是先判断光 照情况。本方案是智能照明系统的一种最简单的流程图，表现在 什么地方呢，就是它只控制灯的亮与灭，没有调光功能。后 面的方案将体现方案一的这点不足。教室照度可调方案如图1.3为照明系统调节照度方案的流程图开始初始化有无按键?k-、Y .按键处 理程序？灭灯NY全开图1.3教室照度可调方案流程图如果设计的照明控制系统能够调节照度，那么照明效果2 系统方案论证和节能效果将会更好。如图 1.3 具有两

4、个照明调节等级的方案。按键判断与有 没有人的判断与方案一相同，可见光照度判断与方案一不 同，其工作方式为：设照度 X2>X1>0, 当环境照度 E>X2 时， 不需要人工照明：当 X1<E<X2 时，开一半的灯，即可满足 照明需求；当 E<X1 时，灯全部打开。这样在傍晚，阴天的 时候，就可以比方案一节约不少电能。1.1.3 系统设定调光电路工作的方案如图 1.4 为照明控制系统设定调光电路工作方案的流程 图。图1.4调光电路流程图此方案的特别之处也在于它的可见光检测电路和调光 电路。它能够监测当前照度值 E1，与设定值E0作比较，当 ElvEO时，启动调光

5、电路进行照明补偿，维持照度不低于设 定值E0。方案三的可见光检测电路精度要高于前两种方案， 因为它的调光需要一个精确的反馈值来设定调光电路的工 作。这种方案对于教室，图书馆等场所，这种需要一个恒定 照度的场合是非常合适的，如果希望荧光灯能实现照度调 节，需要配合数字整流器。2 系统方案论证1.1.4 方案的比较与选择对于方案一流程经过初始化以后，先判断有无按键按 下，如果有则执行相应按键处理程序。如果没有，继续判断 红外检测电路有无探测到有人，无人时，灭灯并返回继续判 断有无按键按下。如果探测到有人，就接着判断当前照度是 否满足设定要求。若照度满足要求，继续返回灭灯程序；若 不满足，就给继电器

6、一个动作信号，使其动作，从而开启照 明电路。方案二按键判断与有没有人的判断与方案一相同，可见 光照度判断与方案一不同， 其工作方式为： 设照度 X2>X1>0, 当环境照度 E>X2 时，不需要人工照明：当 X1<E<X2 时， 开一半的灯， 即可满足照明需求； 当 E<X1 时，灯全部打开。 这样在傍晚，阴天的时候，就可以比方案一节约不少电能。第三种方案它够监测当前照度值E1,与设定值E0作比较，当ElvEO时，启动调光电路进行照明补偿，维持照度不 低于设定值E0。方案三的可见光检测电路精度要高于前两种 方案，因为它的调光需要一个精确的反馈值来设定调光电路

7、 的工作。尽管方案一是最简单，最基本的方案，却也体现了智能 照明的基本思路。方案二实现两种等级的控制，方案三实现 一种连续的控制是比较难的。这次设计本人就以第一种方案 来设计该照明系统。1.2可见光检测电路方案论证可见光检测电路中的感光器件有两种：一种为光敏电 阻，另一种为光敏二极管。光敏电阻检测方案如图1.5光敏电阻电路图，该方案的感光器件为光敏电阻R25，R19-为精密电阻。光敏电阻 R25 端接+5V电源， 另一端与R19电阻分压。图1.5光敏电阻电路图该方案的感光器件为光敏电阻R25，R19为精密电阻。光敏电阻R25 一端接+5V电源，另一端与 R19的电阻分压。 当有光照射时，光敏电阻阻值下降，三级管VT进入饱和状态，输出为低电平；当无光照时，三极管VT截止，输出为高电平。经电压比较器与反向器整形后直接与单片机I/O 口 连接 光敏二极管检测方案图1.6光电二极管电路图使用一个光敏二极管 D2，电压比较器U3为电压比较器 集成芯片LM339的一个单元，电压比较器可以看作是放大 倍数接近无穷大”的运算放大器。方案的比较与选择方案一使用一个光敏电阻作为光线传感器检测环境的光照度，光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，2 系统方案论证入射光弱，电阻增大。同时利用相反器和电压比较器作为放 大倍数接近