圖書館照明控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

《圖書館照明控制系統(tǒng)設(shè)計.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《圖書館照明控制系統(tǒng)設(shè)計.doc（60頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

長春光華學院 畢業(yè)設(shè)計 《圖書館照明控制系統(tǒng)》 The design of Lighting Contro1 System for the library 學生學號： 學生姓名： 張競文 專業(yè)班級： 電氣 指導教師： 圖萍給 職 稱： 起止日期： 長春光華學院 Changchun Guanghua University 目錄 圖書館照明控制系統(tǒng)設(shè)計 描要: 本文介紹了基于單片機AT89S51的圖書館照明控制系統(tǒng)及其原理,提出了有效的節(jié)能控制方法。該系統(tǒng)采用了當今比較成熟的傳感技術(shù)和單片機定時控制技術(shù),利用多參數(shù)來實現(xiàn)對學校圖書館照明的控制。 系統(tǒng)設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。該照明控制系統(tǒng)的主控制器是以 AT89S5l單片機為基礎(chǔ),實現(xiàn)了通信、信號采集、控制等功能。文中詳細地描述了控制電路的設(shè)計過程,包括:環(huán)境光照度信號取樣電路、人體信號采集電路、繼電器驅(qū)動電路以及信號處理電路等。對于軟件一設(shè)計主要有主控制器的數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計以及燈光控制、延時控制、A/D轉(zhuǎn)換等程序設(shè)計。 工作時,光信號取樣電路采集光照最弱、人體信號采集電路采集室內(nèi)是否有人信息并將信號送到單片機,單片機根據(jù)這些信息通過控制電路對照明設(shè)備進行開關(guān)操作,從而實現(xiàn)智能照明控制,以送到節(jié)能的目的。 關(guān)鍵詞：智能控制,熱釋紅外,傳感器.單片機,定時控制 The design of Lighting Contro1 System for the library Abstract: This article desiribes Library Based on Single- Chip Microcomputer at89s5l Lighting Control System and its principles, proposes effective energy- saving control-method.The system uses the current sensing technology is more mature and timing of single .chip computer contro1 techno1ogy using multiple parameters to achieve control over lighting in the school liblary. System design includes hardware, design and software design of two parts. The Master 0f lighling Contro1 System is based on the at89s51 single chip,enabling communication,data accquisition,contro1,and other functiolns.The text of the control circuit are described in detail in the design process,including: ambient light signa1 sampling circuit,the bodys signal acquisition .circuit,the relay driver circuit and signa1 processing circuit and so on.Software Design for data transfer program, as we11 as the main controller lighting control, Timer control, a/d control program design. Work, the optica1 signa1 Sampling Circuit capture,light, strong or weak, human acquisition of signal acquisition Circuit Indoor If anyone, whether working for the information and send a signal to the SCM, single- chip Mircomputer based on this information by contro11ing circuit for lighting switches, enabling Intelligent Lighting Contro1, to achieve energy- saving purposes. Keywords: lntelligent Control;0utside;Sensors;SCM;timing Contro1 引 言 隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和社會進步, 教育在全社會越來越被關(guān)注和重視,校國規(guī)模也隨著受教育者的數(shù)量增加而不斷擴大。但由于學校開放型的管理模式, 高校的教室在白天室內(nèi)照度很高的情況下, 仍然普通存在開燈作業(yè),即使室內(nèi)無人或人數(shù)很少的情況下, 也是全部開啟室內(nèi)照明,絕不會有師生因為只有少數(shù)人而僅開幾盞燈。長明燈比比皆是,人走不關(guān)燈的現(xiàn)象到處存在。這種有形和無形的消費, 給校方的水電支出帶來了沉重的負擔 學校的水電支出約占全校經(jīng)費支出的l/4-1/5, 電費支出占據(jù)較重比例 。 能源短缺是2 1世紀國際面臨的新課題。在尋找新的能源之外,節(jié)約能源,提高效益也就成為了我們研究的課題。所以學校如何來節(jié)省電力能源也成為下一個迫切需要解決的問題。從節(jié)約資源、對社會貢獻、節(jié)省高校經(jīng)費支出和學生的健康等多方面考慮,高校教室照明的節(jié)電問題不得不提到重要的議事目程上來 。 智能控制技術(shù)發(fā)展方向主要有基于人工智能技術(shù)的智能控制方向、智能控制的模糊控制方向和智能控制的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方向, 在智能控制的人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)控制方向上, 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯有機結(jié)合的神經(jīng)模糊技術(shù), 已成為近年來的一個熱門課題 。 “智能建筑 是綜合計算機、 信息通信等方面最先進的技術(shù), 使建筑物內(nèi)的電力、空調(diào)、照明、防災、防盜、運輸設(shè)備等,實現(xiàn)建筑物綜合管理自動化、遠程通信和辦公自動化的有效運作, 并使這三種功能結(jié)合起來的建筑。 人工智能技術(shù)在建筑與照明中的應(yīng)用趨勢不斷擴大。正如英國的Glasgow市報指出: Glasgow正在成為一個研究和發(fā)展太空時代智能建筑的國際組織的神經(jīng)中樞區(qū)在智能建筑中的智能照明、供熱、空調(diào)、通訊及辦公設(shè)備將全部由電子計算機進一行控制與管理面對這一發(fā)展趨勢,開發(fā)了不少智能照明設(shè)計, 如智能燈具、智能照明控制與管理系統(tǒng),包括在照明方面的計算機硬件和軟件。此外計算機在照明設(shè)計和測試方面也得到廣泛應(yīng)用。澳大利亞邦奇開發(fā)的Dynalie智能照明控制系統(tǒng), 美國的智能照明建筑, 特別是現(xiàn)代化辦公公司的智能照明技術(shù)等都值得我們研究與借鑒。 智能照明控制系統(tǒng)是指用計算機技術(shù)并輔助以其它手段,對電力照明實行自動控制,提供合適照明光環(huán)境的同時降低照明系統(tǒng)電能消耗和其它使用費用。智能照明控制系統(tǒng)于手動照明控制系統(tǒng)相比有很多優(yōu)點,包括創(chuàng)造環(huán)境氣氛, 改善 工作環(huán)境、提高工作效率,良好的節(jié)能效果,延長光源壽命,管理維護方便等。 智能照明控制系統(tǒng)主要由輸入裝置、處理器和執(zhí)行器三個部分組成. 輸入裝置可以不斷檢測周圍環(huán)境的照度水平,可以探測到某個區(qū)域是否有人移動, 以及輸入人們的控制指令, 并把相應(yīng)的信號傳送給處理器。輸入裝置包括傳感器、 定時裝置和控制面板或遙控器。處理器接受輸入裝置的信號,經(jīng)過信息處理、判斷、分析,輸出控制信號。執(zhí)行器與燈具直接連接, 控制燈光回路的閉合或斷開和調(diào)節(jié)燈光到相應(yīng)的水平,包指一手動開關(guān)。 澳大利亞邦奇開發(fā)的Dynaiite分布式智能照明控制系統(tǒng)的特點是模塊化結(jié)構(gòu)和分布式控制, 各功能模塊之間通過網(wǎng)絡(luò)總線直接相互通信,當系統(tǒng)中某個模塊出現(xiàn)故障時不會影響其它模塊,可靠推性高 。 美圍 IC&D智能照明控制系統(tǒng)是一套由計算機微處理器控制的低壓繼電電器配電盤組成, 按照客戶対室內(nèi)外照明的具體要求, 設(shè)定照明 控制的時間、 區(qū)域、 方法來控制每一個獨立的回路, 也有手動開關(guān)直接控制。 國內(nèi)生產(chǎn)的真善美智能照明系統(tǒng)具有集中控制、 多點操作、 集中顯示、停電自鎖、免打擾、遙控功能等智能功能,使家居生活更加方便和舒適 。 但是,國內(nèi)外智能照明系統(tǒng)的研究存在著如下問題: (1)、現(xiàn)有國外智能照明系統(tǒng)主要控制照度這個數(shù)量指標, 國外的研 究主要集中于辦公室照明 , 以節(jié)能為主要目的,但據(jù)照明科技最新研究成果表明, 非定量指標(如舒適性和藝術(shù)性等)對室內(nèi)照明光環(huán)境質(zhì)量影響更大。 (2)、國內(nèi)一些智能照明控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制和集中顯示,具有一定的智能性,但其只能控制房間中的一個燈或一組燈的開關(guān), 不能實現(xiàn)場景控制, 也不能對燈光的亮度進行調(diào)節(jié),不能產(chǎn)生多種照明數(shù)果。 (3)、針対住宅照明光環(huán)境研制的智能照明控制系統(tǒng)產(chǎn)品很少,還有 很大的開發(fā)前量。 目前常用的節(jié)電方式為手工控制,聲控型,太陽能燈等。手工方式操作起來不靈活,費時費力。聲控型往往判斷不準確,不需要的時候也也會經(jīng)常亮。太陽能設(shè)備投資比較大,且容易受光照強度的影響。因此市場上迫切需要一種操作方便、 價格低廉、便于大面積推廣的新型節(jié)能方案 。 圖書館是學校師生學習的主要場所,這就決定學校圖書館的場地面積比較大, 燈光控制比較復雜, 如果單單依靠手動,不僅大大浪費了人力還會造成極大的浪費,于是開發(fā)出一種智能的照明系統(tǒng)使具有現(xiàn)實的意義,首先圖書館可以起到一個很好的示范效應(yīng),其次圖書館作為科研的重要陣地,也起到實驗的作用,通過不斷的實驗改進,進而開發(fā)出一種通合大面積推廣的系統(tǒng),實現(xiàn)有規(guī)模的節(jié)能的目的。 第一章 圖書館照明控制系統(tǒng)的提出及控制方案的分析 1.l圖書館照明控制系統(tǒng)的提出 學校圖書館的閱覽室、自習室以及書庫等地是出入人數(shù)較多的地方. 因此, 這些地方的燈光照明幾乎是從上班一開始直到下班為止,不管這些地方是否有人, 也不管有多少人, 當日照滿足照明度要求時,把燈媳滅,一旦自然光照度難以滿足人的需要時, 不能及時打開燈光,給人的視力帶來損害。顯然這種照明方式, 從照明的角度上來說是非節(jié)能的。從人的角度來看,根本不能満足人的基本的照明要求 科技以人為本, 從人的需求出發(fā): 即在有人活動的地方必須有是夠的照明 (不論是日光照明還是人工照明),沒有人的區(qū)域,應(yīng)該熄滅燈光,以節(jié)約能源 圖書館照明控制系統(tǒng)可實現(xiàn)有效的室內(nèi)燈光智能控制。其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號和環(huán)境光信號等的外界因素,環(huán)境光的強度達到定值時不開燈,環(huán)境光強度在一定閥值以下且有人存在時開燈, 理論和實驗證明用這種方式來対室內(nèi)燈進行智能控制可以實現(xiàn)上述目標 . 1.2圖書館指照明控制系統(tǒng)方案的分析 1.21圖書館照度標準 圖書館照度標準根據(jù)我國民用建筑照明一設(shè)計標準 (GBJ133-90) 的設(shè)計要求,針対圖書館各類閱覽室、研究室、視聽室、休息室、走廊、接梯等場所的照度制定了不同的標準要求,作為照明設(shè)計的數(shù)據(jù)參照。 1. 2. 2閱覽室的照度要求 圖書館一般閱覽室、少年兒童閱覽室的照度水平應(yīng)該設(shè)置在150Lx(低), 200Lx(中), 300Lx(高)如果是屬于老年讀者閱覽室,其照度標準應(yīng)該適當提高到200Lx(低) , 300Lx(中), 500Lx(高)。 如l表l. l所示. 1. 2. 3書庫的照度要求 圖書館書庫的照度應(yīng)設(shè)宣為l50Lx(低), 200Lx(中), 300Lx(高) , 距地面 0_ 25m處書架上的垂直照度應(yīng)設(shè)置為30Lx(低) , 50Lx(中) , 75Lx(高) 為宜。 表1.2 1. 2. 4其他地方照度要求 圖書館休息室、陳列室、視聽室及一些公共場所的照度標準見表 l. 3 所示 。 13圖書館照明設(shè)計的基本方法 圖書館的照明設(shè)計包據(jù)了燈具類型的選擇、燈具安裝高度的確定、工作面的照明方式等內(nèi)容,不同的參數(shù)選擇直接影響到照明效果的優(yōu)劣。同時,需要根據(jù)既定的設(shè)計方案計算照度負荷,了解電能的消耗情況。 1.3. 1燈具的選擇 常用的燈具有以下幾種方式的分類; ( 1 )按安裝方式分類: 一般可分為嵌頂燈、吸項燈、吊燈、壁燈、活動燈具、建筑照明等六種 (2)按光源類型分類: 可分為白熾燈(緊湊型熒光燈歸為這一類)、熒光燈、高壓氣體放電燈、 低壓鹵鎢燈等 。 (3)按使用場所分裝: 可分為民用燈、建筑燈、工礦燈、車用燈、船用燈、舞臺燈等。 (4)按配光曲線的形狀分類: 國際照明委員CIE, 根據(jù)燈具向下和向上投射光通量的百分比, 將燈具分為以下五種類型: ?直接照明型：燈具向下投射的光通量占總光通量的90%-100%, 上射光通量為 0%- 10% ②半直接照明型:燈具向下投射的光通量占總光通量的60%-90%, 向上投射的光通量只有 10%-40%。 ⑤均勻漫射型:燈具向下投射的光通量與向上投射的光通量差不多相等, 各為40%-60%之間。 ④半間接照明型:燈具向上投射的光通量占總光通量的60%-90%,,向下投射的光通量只有 10%-40% ⑤間接照明型:燈具向上投射的光通量占患通量的90%-100%, 而向下投射的光通量極少僅為0%-100%。 (5)按燈具的結(jié)構(gòu)特點分類: (1）、開啟型:其光源與外界空間相通, 如一般的配照燈、廣照型燈和深照型燈等。 （2）、閉合型:其光源被通明燈單包含,但內(nèi)外空氣仍能流通,如困球燈、雙單型燈和吸項燈等。 （3）、密閉型:其光源被透明燈罩密封, 內(nèi)外空氣不能對流, 防潮燈、 防水防空燈等。 (4)、增安型:其光源被高強度透明,燈罩密封, 且燈具能承受足夠的壓力, 能安全地使用在有爆炸危險介質(zhì)的場所。 （5）、隔爆型:其光源被高強度透明燈罩封閉 ,當氣體在燈罩內(nèi)部爆炸時, 高溫氣體經(jīng)過隔爆間隙被充分冷卻,從而不致引起外部爆炸性氣體爆炸。因此隔爆燈具,也能安全地使用在有爆炸危險介質(zhì)的場所。 對于圖書館的閱覽室一般可進用開啟型或閉合型的各種吊燈或吸頂燈， 門廳、 走廊等處一般選用閉合型的各種吊燈或吸頂燈。 l. 3. 2燈具安裝位置的確定 一般,圖書館照明燈具的安裝位置可以根據(jù)照明區(qū)域的不同需求確 定, 通常閱覽室的燈具可以采用以下三種布置方案: (1)均勻布置 燈具在整個房間內(nèi)均勻分布, 燈具的分布位置與需要照明的具體位置無關(guān),如圖 1.l所示。 圖1.1所示 (2)分區(qū)布置 這種燈具的布置與需要照明的具體位置有關(guān)根據(jù)閱覽室區(qū)域和非閱覽室區(qū)域的照明要求不同, 力求使閱覽區(qū)域內(nèi)能獲得最有利的光照,如圖1.2所示。 圖1.2所示 3)混合照明的燈具布置 混合照明方式是利用兩種不同的光源對照明區(qū)域進行加強(如圖 1. 3 所示) , 不便可以滿足照明強度的需要,并且可以消除陰影為了使工作面上獲得較均勻的照度,應(yīng)使燈具距離與燈在工作面上的懸掛高度之比（稱為“距高比”）不要超過各類燈具所規(guī)定的最大距高比。 1. 3. 3燈具安裝高度的確定 圖書館室內(nèi)的燈具既不宜懸掛過高,也不宜懸掛過低。懸掛過高,會使照度降低, 不經(jīng)濟,維護檢修也不方便; 懸掛過低, 容易被人碰撞, 不安全,而且可能產(chǎn)生眩光,影響視力。最高的懸掛高度與室空間比（rcr）以及配光的種類一有關(guān),其標準不應(yīng)高于表l. 4所列數(shù)據(jù)。 表14燈具安裝高度要求 室空間比RCR=5h(L+H)/(L.W),其中,L表示房間長度,W為寬度。 1.4圖書館智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計 1.4.1圖書館照明設(shè)計任務(wù) 根據(jù)以上的圖書館照明設(shè)計基本方法, 以圖書館自習室的照明為設(shè)計基礎(chǔ),提出如下設(shè)計任務(wù): 圖書館自習室是對照度要求較高的場所,需要營造舒適安靜的氣氛。根據(jù)自習室的照度標準:要求距高本平面 0.75m處的工作面其照度達到150-200-300Lx的標準, 對照明設(shè)計的要求如下; (1)要求工作面的照度不低于300Lx； (2)調(diào)研圖書館燈光照明需求以及環(huán)境光強弱與開、 關(guān)燈的關(guān)系； (3)研究人體存在探測技術(shù), 探測角度與范國； (4)研究傳感器在圖書館分布、安放問題,是否一燈一個傳感器或多燈公用傳感器等； (5)研究確定熱釋電傳感器的有關(guān)參數(shù)； (6)研究燈光控制器電源間趣; (7)研究控制器參數(shù)值設(shè)定的要求及方案； (8)研究與現(xiàn)有教室照明相兼容,易替代,不易被愉盜、被仿制,易于維護、維修等控制技術(shù)； 本課題擬通過試驗研究圖書館照明的各種控制方案解決如下關(guān)鍵問題: (1)照明回路的控制與控制器本身的節(jié)能問題； (2)傳感器與圖書館配合安裝的問題； (3)環(huán)境光參數(shù)輸入采集問題; (4)熱釋電傳感器參數(shù)輸入采集問題； (5) 開、關(guān)燈的自劫與手動兼容描施； 所設(shè)計的控制系統(tǒng)以自然光強度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)。 可以實現(xiàn)自動與手動控制相兼容。在白然環(huán)境光較強光線足夠時,無論人是否存在,都不開燈；在自然環(huán)境光較弱時,有人存在且超過一 定時間,控制器自動打開照明設(shè)備, 直到人離開,后再延時一定時間后關(guān)燈。同時,還要按照自動與手動控制,夜晩超過21點,若還還有人存在,則關(guān)閉自動控制器的通行,改用機械開關(guān)來手動控制, 以解決困特殊情況下, 自動控制器的人性化運行 。 1.5系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計方案論證 L51圖書館照明設(shè)計方案一傳統(tǒng)照明控制方式 傳統(tǒng)照明為達到照明效果, 照明為分級控制, 房間內(nèi)燈具一般是用蹺板開關(guān)放于門口控制,對于面積較大的廚房燈具較多時,釆用雙聯(lián)、三聯(lián)、四聯(lián)開關(guān)或多個.開關(guān),也有采用照明配電箱放于門口，直接用配電箱內(nèi)的斷路器控制的,其原理接線圖見圖l. 4。 圖1.4面板開關(guān)控制原理圖 對于上述面板開關(guān)控制,面板開關(guān)所控燈具數(shù)量有限,大開間房間燈具。較多,由于控制點集中,帶來的必然是控制不靈活,平面布線復雜, 故障率高。 如果采用照明配電箱放于房間門口,直接用配電箱內(nèi)的斷路器控制燈具回路,存在以下兩個問題: (l)影響室內(nèi)美觀,照明配電箱體積較大時, 還會影響圖書館房間的使用功能,如書架的排列等;(2)有些區(qū)域會違反國家規(guī)范要求,如圖書銷建筑設(shè)計規(guī)范(JGJ38-99)要求, 書庫配電箱應(yīng)放在書庫外, 對于書庫來說,就不允許把照明配電箱放于房間門口,直接用配電箱內(nèi)的斷路器控制燈具同路。 152 圖書館照明設(shè)計方案一智能照明控制方式 傳統(tǒng)照明控制方式主要以手動控制為主, 依靠供電回路中的手動開關(guān)來控制回路的通斷, 實現(xiàn)燈具的開關(guān)控制。這種傳統(tǒng)方式相對簡單、有效、直觀,但它過多依賴手工操作。整個系統(tǒng)相對分散,無法實現(xiàn)有效地管理,其適時性和自動化程度太低。而針對現(xiàn)代學校圖書館的照明,對照明的要求不再是簡單意義上的“能看見。所以,隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,提出了智能的概念。 本系統(tǒng)所設(shè)計的智能照明控制系統(tǒng)是以單片機主控模塊為核心, 其它外圍電路主要包括:系統(tǒng)供電模塊、硬件時鐘模塊、復位模塊、環(huán)境光檢測模塊、 人體存在檢測模塊, 其結(jié)構(gòu)框圖如圖1. 5所示 圖1.5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 (1)光照檢測方式的選擇 采用光敏二極管作為光傳感器件,光敏二極管除了具有光敏電阻能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外,還有的優(yōu)點是線性好,響應(yīng)速度快,對寬范圍波長的光具有較高的靈敏度,噪聲低,小型輕量以及耐振動與沖擊等,缺點是輸出電流小。 (2)人體檢測方式的選擇 采用熱釋電紅外傳感器及其處理電路進行檢測。集成電路BISS0001是一款具有較高性能的傳感器信號處理集成電路它能自動控制快速開啟各類自動門、蜂鳴器、白熾燈和電風扇等裝置,特別適用于自動燈光、照明以及報警系統(tǒng)。 采集電路主要由光照檢測電路 、熱釋電紅外傳感器及處理電路構(gòu)成,可分別實現(xiàn)對光照強弱和室內(nèi)有無人的信息的采集 。 (3)繼電器驅(qū)動控制電路 結(jié)合實際情況即設(shè)計的局限性,本設(shè)計用LED燈代表照明燈。因此控制電路由LED燈、電磁繼電器構(gòu)成。輸出的控制信號可以控制LED燈的亮滅,電磁繼電器的通電與斷電,從而完成本設(shè)計的目的。 第二章 圖書制照明控制系統(tǒng)模塊分析 2. 1 AT89S51單片機的結(jié)構(gòu) AT89S51是一個低電圧高性能CMOS8位單片機,片內(nèi)含4kb的可反復擦寫的 Flash,只讀程序存儲器和128bytcs的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器。(RAM)器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn), 兼容標準MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)通用8位中央處理器和Flash存儲単元,功能強大的AT89S51單片機可提供許多較復雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 圖2l AT89S51單片機外部結(jié)構(gòu)圖 AT89S5l有40個引腳,32個外部雙向輸入/輸出(l/0)端口,同時內(nèi)含2個外中斷口,3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口,2個讀寫線,AT89S51可以按照常規(guī)方法進行編通程,也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存 f儲器結(jié)合在一起,特別是可反復寫標的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 2. 1. l AT89S5l主要引腳功能 (1) P0口 P0口是一組8位漏極Jl路型雙向I/0口,也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時,每位能以吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路,對端口P0寫l時,可作為高阻抗輸入端用 在訪問外部數(shù)掘存儲器或程序存儲器時,這組口線分時轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復用,在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時, P0口接收指令字節(jié),而在程序校驗時,輸出指令字節(jié),校驗時,要求外接上拉電阻 。 (2)P1口 P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口,Pl的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口寫‘1’通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時可作為輸入口。作輸入口使用時,因為內(nèi)部存在上拉電阻,某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 (3)P2口 P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位推雙向I/0口,P2的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。在訪問外部程序存儲器或l6位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時, P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時,P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗時,P2亦接收高位地址和一些控制信號。 (4)P3口 P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入‘1’時,它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時,被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。 P3口除了作為一般的I/0口線外,更重要的用途是它的第二功能,參見表2. l。 表2. 1 P3口第=功能 (5) RST 當振動器工作時， RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位 。 (6) EA/VPP 外部訪問允許欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(地址為0000H-FFFFH),EA端必須保持低電平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被編程,復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如 EA端為高電平(接vcc端) ,CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 Flash存儲器編程時,該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp,當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp. (7) XTAL1 片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器電路輸入端。用片內(nèi)振蕩器時,該引腳接外部石英晶體和微調(diào)電容。外接時鐘源時,該引腳接外部時鐘振蕩器的信號。 (8)) XTAL2 片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當使用片內(nèi)振蕩器時,該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容。當使用外部時鐘源時, 本引腳懸空。 2. 2時鐘晶體振蕩電路 如圖2.2所示該時鐘晶體振蕩電路由一片12MHZ石英晶體和兩片30pF電容組成,連接于AT89S51的XTAL1和 XTAL2上,產(chǎn)生時鐘信號。晶體的頻率越高,系統(tǒng)的時鐘頻率就越高,單片機的運行速度也就越快。但是,運行速度快對存儲器的速度要求就越高,對印制電路板的工藝要求也就越高,即要求線間的寄生電容要小。晶體和電容應(yīng)盡可能安裝得與単片機芯片靠近,以減少寄生電容,更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。為提高溫度穩(wěn)定性,應(yīng)采用穩(wěn)定性能好的電容。因該設(shè)計不需要過高頻率的石英晶體,本系統(tǒng)選擇了12MHZ的石英晶體。 圖2. 2時鐘晶體振蕩電路原理圖 2. 3復位電路 圖2.3復位電路原理圖 如圖2. 3所示復位電路由一個電阻、一片電解電容和一個輕觸開關(guān)組成,該電路具有上電復位和手動復位兩種復位方式,當上電時,電容充電,RST端出現(xiàn)高電壓，單片機復位。充電完畢后,流經(jīng) RST電流為0,電壓為0, 單片機進入工作狀態(tài)；當按下開關(guān)時,電容放電,松手后,電容充電, R3有電壓,單片機復位,單片機進入工作狀態(tài)。 2. 4單片機最小系統(tǒng) 時鐘晶體振蕩電路和復位電路組成單片機的最小系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)或者稱為 最小應(yīng)用系統(tǒng)。是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖2. 4所示。 圖24 單片機最小系統(tǒng) 一片 AT89S51/52或其他51系列兼容單片機,特別注意:對于31腳(EA/VPP),當接高電平時,單片機在復位后從內(nèi)部ROM的0000H開始執(zhí)行,當接低電平時, 復位后直接從外部ROM的0000H開始執(zhí)行。 2.5電源電路 圖25電源電路原理圖 電源電路如圖2.5所示, 220V交流電經(jīng)變壓器T1降壓后，得到9V交流電,經(jīng)過D1~D4組成的橋式整流電路整流，電解電容C4濾波，7805穩(wěn)壓及電解電容C6的再次濾波后,得到正5V直流電壓本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機電路的電源。 第三章 數(shù)據(jù)采集及控制輸出模塊各部件分析 3. 1熱釋紅外傳感器 熱釋電人體紅外線傳感器是上世紀80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件,現(xiàn)在已得到越來越廣泛的應(yīng)用,從原理上分析,它主要有主動式和被動式兩類。 熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。熱釋電紅外傳感器由敏感單元、電抗變換器和濾光窗等三大部分組成。 圖3. 1為它們的頂視圖,其中較大的矩形部分為濾光窗,圖3.2為底視圖,圖3.3為側(cè)視圖,P1、P2為兩個敏感單元,面積約2x11mm平方，間距1mm。 當傳感器沒有檢測到人體輻射出的紅外線信號時,由于P1、 P2自身產(chǎn)生極化,在電容的兩端產(chǎn)生極性相反、電量相等的正、負電荷,而這兩個電容的極性是相反串聯(lián)的,所以,正、負電荷相互抵消,回路中無電流,傳感器無輸出 。 當人體靜止在傳感器的檢測區(qū)域內(nèi)時,照射到P1、P2上的紅外線光能能量相等,且達到平衡,極性相反、能量相等的光電流在回路中相互抵消,傳感器仍然沒有信號輸出。同理,在燈光或陽光下,因陽光移動的速度非常緩慢, Pl、 P2上的紅外線光能能量仍然可以看作是相等的,且在回路中相互抵消;再加上傳感器的響應(yīng)頻率很低(一般為0.l-10Hz),即傳感器對紅外光的波長的敏感范圍很窄(一般為5-l5um),因此,傳感器對它們不敏感。 從原理上講,任何發(fā)熱體部會產(chǎn)生紅外線,熱釋電人體紅外線傳感器對紅外線的敏感程度主要表現(xiàn)在傳感器敏感單元的溫度所發(fā)生的變化,而溫度的變化、導致電信號的產(chǎn)生。環(huán)境與自身的溫度變化由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了它不向外輸出信號,而傳感器的低頻響應(yīng)(一般為0.1-10Hz)和對特定波長紅外線(一般為5-15um) 的響應(yīng)決定了傳感器只對外界的紅外線的輻射兩引起傳感器的溫度的變化而敏感,而這種變化対人體而言就是移動。所以,傳感器対人體的移動或運動敏感,對靜止或移動很緩慢的人體不敏感;它可以抗可見光和大部分紅外線的干擾。 圈3. 4雙元紅外傳感器示意圖 傳感器在安裝過程中還需要注意安裝方向 ,由于透鏡的光學特性決定橫切探測區(qū)域比較敏感,所以傳感器安裝時要注意入侵方向與探測器視場的夾角. 最好成90垂直,這樣就可以保證有人出現(xiàn)時能最大程度橫切探測區(qū)域。 圖35RE200B實物圖及引腳區(qū)分 3. 12熱釋紅外傳感器的優(yōu)缺點 熱群紅外傳感器有優(yōu)點,也有缺點優(yōu)點使是本身不發(fā)任何類型的輻射,器件功耗小,隱蔽性好, 價格低廉。而缺點是容易受各種熱源、光源干擾;由于紅外穿透力差,因此人體的紅外輻射容易被遮擋,不易被探頭接收,易受射頻輻射的干擾,環(huán)境溫度和人體溫度接近時,探測和靈敏度明顯下降,有時;還會造成短時失靈。 試驗檢測也證明了這點,只要人體存在卻又巧秒左右沒有活動,傳感器則認為沒有人體存在。為避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn),本系統(tǒng)軟件程序中設(shè)計為有人體存在狀態(tài)間隔隔l0秒或更長的時間來對人體存在參數(shù)信號的采集 。 3. 13菲涅爾通鏡 菲涅爾透鏡作用有兩個:一是聚焦作用,即將熱釋紅外信號折射(反射)在 PIR上,第二個作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū),使進入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號。 當人進入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠距離A區(qū)域或中距離B區(qū)域或近距離C區(qū)的某個段的同心環(huán)上,同心環(huán)與紅外線探頭有一個適當?shù)慕咕?紅外光正好被探頭接收,探頭將光信號變成電信號送入電子電路驅(qū)動負載工作。整個接收人體紅外光的方式也被稱為被動式紅外活動目標探測器。 鏡片與探頭的配合應(yīng)用一我們常用的是雙源式探頭,揭開濾光玻璃片,其內(nèi)部有兩點對7-14um的紅外波長特別敏感的T0-5材料連接著場效成管。 由于熱釋電傳感器輸出的信號變化緩慢、幅値小(小于1mV) ,不能直接作為照明系統(tǒng)的控制信號,因此傳感器的輸出信號必須經(jīng)過一個專門的信號處理電路, 使得傳感器輸出信號的不規(guī)則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機處理的數(shù)字信號。根據(jù)以上要求,人體熱釋電檢測電路組成框圖如圖3.6所示。 圖3. 6熱釋電檢測電路_組成框圖 3.2熱釋電紅外處理,芯片BISS0001簡介 BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路,它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動快速可開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗手手池等裝置,特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域,或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。它的特點: CM0S工藝,數(shù)?；旌?具有獨立的高輸入阻抗運算放大器。內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾,內(nèi)設(shè)延遲時間定時器和封鎖時間定時器,采用16腳DIP裝。如圖37所示 圖3.7 BISS0001引腳圖 3.2.1 BISS0001引腳說明 (l)A:可重復觸發(fā)和不可重復觸發(fā)選擇端。當A為1時,允許重復觸發(fā),反之不可重復觸發(fā)。 (2)V0.控制信號輸出端。由VS的上跳變沿觸發(fā),使Vo輸出從低電平跳變到高電平時視為有數(shù)觸發(fā)。在輸出延遲時間Tx之外和無VS的上跳變時,vo保持低電平狀態(tài)。 (3)RR1、RC1：輸出延遲時間Tx的調(diào)節(jié)端, Tx≈49152RIC1。 (4)RR2、RC2: 觸發(fā)封鎖時間Ti的調(diào)節(jié)端, Ti≈24R2C2 (5)VSS: 工作電源負端 。 (6)VRf:參考電壓及復位輸入端。通常接VDD,當接“0時可使定時器復位。 (7)VC:觸發(fā)禁止端。當VCVR時允許觸發(fā)(VR ≈0.2VDD)。 (8)IB:運算放大器偏置電流設(shè)置端。 (9)VDD:工作電源正端 。 (l0)20UT:第二級運算放大器的輸出端 (1l)2lN:第二級運算放大器的反相輸入端 (l2)IN+:第一級運算放大器的同相輸入端。 (13)IIN-:第一級適算放大器的反相輸入端。 (l4)10uT:第一級遷算放大器的輸出瑞。 3.3熱釋紅外人體檢測電路 3.3.1信號處理電路 本設(shè)計采用BISS000l來完成對熱釋電傳感器輪出信號的處理。BISS000l是一款具有較高性能的熱釋電傳感器信號處理集成電路,它主要由運算放大器、 電壓比較器、 狀態(tài)控制器、 延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成。由BISS0001 構(gòu)成的信號處理電路如圖3.8所示。圖3.8中熱釋電傳感器 S概輸出信號送入BISS000l的L4腳,經(jīng)內(nèi)部第一級運算放大器放大后,由C10耦合從l2腳輸入至內(nèi)部第二級運算放大器放大,再經(jīng)電壓比較器構(gòu)成的鑒幅器處理后,檢出有數(shù)觸發(fā)信號去啟動延遲時間定時器,最后從l2腳輸出信號(Vo)送入比較器進行比較判斷。實驗所得,當傳感器檢測室內(nèi)有人時,vo為4v,無人時vo為0.4v。 BISS000l的1腳接高電平,使芯片處于可重復觸發(fā)工作方式。輸出Vo(高電平)的延遲時間Tx由外部R14和C14的大小調(diào)整;觸發(fā)封鎖時間Ti由外部R15和C15的大小調(diào)整。 圖38熱釋紅外傳感器信號處理電路 3.3.2比較電路 比較電路如圖3.9所示, 由兩個運算放大器組成輸入信號來自于熱釋紅外人體輸出信號處理電路輸出比較電路中的基準電壓分別由兩個獨立的分壓電路得到，供電路比較所用。即運算放大器b1的2腳和b2的5腳電壓分別為2.0V和0.45V。 圖 3.9人體信號比較電路 通過比較電路將相應(yīng)的電圧比較結(jié)果以數(shù)字信號輸出。當被動紅外探頭在有效范圍內(nèi)感應(yīng)到人體信號后,運算放大器的“6腳或“1腳”的電壓降為3.0V,當被動紅外探頭在有效范圍內(nèi)沒有感應(yīng)到人體紅外信號時,“6腳”或“1腳的電壓降為1.0v。探頭故障斷路時,則“6腳或“1腳”的電圧降為0V。 ( 1 )探頭工作正常 “2腳”的電壓恒定為2.0V,“l(fā)腳的電圧有1V或是3.0V兩種狀態(tài)。“5腳的電.壓恒定為0.45V,“6腳的電壓與“l(fā)腳的電壓保持一致。探頭將會根據(jù)有無人體信號在“l(fā)腳產(chǎn)生l.0V或3.0V兩種電壓信號。 2)探頭工作不正常(l士]于故障成投有安裝探頭) 2腳的電壓恒定為2.0V,“1腳的電壓為0V。“5腳的電圧恒定為0.45V,“6 腳的電壓為0V。探頭將會產(chǎn)生一種電壓信號0V 。具體的比較結(jié)果如l、表3. 1所示。 表3. l探頭采集信號號輸出狀態(tài)表 通過比較電路，解決了不同的工作狀態(tài)時被動的紅外傳感器人體紅外信號的采集很大程度上減少單片機誤判的比例，同時實現(xiàn).A/D轉(zhuǎn)換功能 。 3.4 環(huán)境光照度檢測電路 環(huán)境光照度檢測電路如圖3.10所示,圖中主要由光信號采集電路和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成,其中模數(shù)轉(zhuǎn)換是電路的核心信號經(jīng)過采集送入A/D轉(zhuǎn)換電路,通過單片機處理后,最終作為系統(tǒng)應(yīng)用程序進行開關(guān)燈判斷的依據(jù)。 圖3l0環(huán)境光照度檢測電路原理圖 當自然光強度大于300Lx時,光敏二扱管呈現(xiàn)低阻狀態(tài)≤1千歐,三極管Q3的基極電壓升高,Q3管飽和導通,集電極輸出低電平。當自然光小于300LX左右時,光敏二極管DS1呈現(xiàn)高阻狀態(tài),約為100千歐,使三極管Q3截止,集電極輸出高電平。其中可變電阻 R19可調(diào)節(jié),調(diào)R19阻值的大小,使Q3三極管受環(huán)境光影響在適當?shù)牧炼认聦ā? 光電一極管是將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的半導體器件。它的核心部分是一個 PN結(jié)和普通二極管相比,在結(jié)構(gòu)上不同的是,為了便于接受入射光照,PN結(jié)面積盡量做的大一些,電極面積盡量小些,而且 PN結(jié)的結(jié)深很淺,一般小于1徴米。 光電二極管 (也稱光敏二極管) 是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時,反向電流很小(一般小于 0.1uA),稱為暗電流。當有光照時,攜帶能量的光子進入 PN 結(jié)后,把能量傳給共價鍵上的束縛電子,使部分電子掙脫共價鍵,從而產(chǎn)生電子空穴對,稱為光生載流子它們在反向電壓作用下參加漂移運動,使反向電流明顯変大,光的強度越大,反向電流也越大這種特性稱為“光電一號 。光電二極管在一般照度的光線照射下所產(chǎn)生的電流叫光電流如果在外電路上接上負載，負載就獲得了電信號,而且這個電信號隨著光的變化而相應(yīng)變化,其外形電路圖形符號如圖3ll所示。 圖3. 11光敏二極管 3.4,TLC549的接口設(shè)計 TlC549是美國德州電器公司生產(chǎn)的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器芯片,可與通用微處理器、控制器通過CLK、CS、DATA、out三條口線進行串行接口。具有4MHz系統(tǒng)時鐘和軟、硬件控制電路,轉(zhuǎn)換時間最長l7us,TLC549為40000次/s?？偸д{(diào)誤差最大為0.5LSB,典型功耗值為6MW。采用差分參考電圧高阻輸入,抗干擾,可按比例量程校準轉(zhuǎn)換范圍,VREF-接地,VREF+-VREF≥1V,可用于較小信號的采樣。 TLC549有片內(nèi)系統(tǒng)時鐘,該時鐘與I/0CLOCK是獨立工作的,無須特殊的速度或相位匹配。TLC549可方便地與具有串行外圍接口(SPI)的單片機或微處理器配合使用,也可與51系列通用單片機相連接使用。其工作時序如圖3. 12所示。 圖3l2 TLC549工作時序圖 當 CS為高時,數(shù)據(jù)輸出(DATA OUT)端處于高阻狀態(tài),此時I/0CLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時使用多片TLC549時,共用I/0CLOCK,以減少多路(片)A/D并用時的I/0控制端口。 3. 5電磁繼電器電路 如圖313所示是電磁繼電器驅(qū)動電路原理圖,三極管Q1的基極B接到單片機的 P2.0,三極管的發(fā)射極E接到繼電器線圈的一端,線圏的另一端接到+5V電源 VCC上,繼電器線圈兩端并接一個二極管1N4l48,用于吸收釋放繼電器線圈斷電時產(chǎn)生的反向電動勢,防止反向電動勢擊穿三極管Q1及干擾其他電路, R17和發(fā)光二極管Ds3組成一個繼電器狀態(tài)指示電路,當繼電器吸合的時候, DS3點亮,這樣就可以直觀地看到繼電器狀態(tài)了。 圖3.13電磁繼電器驅(qū)動電路原理圖 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件部分的主要任務(wù)是完成對光照檢測電路和熱釋傳感器信號處理電路的輸出信號進行處理。系統(tǒng)首先對人體存在情況進行檢測,當在可檢測范圍沒有檢測到人體存在時情況進行檢測，當可檢測范圍對人體存在情況進行檢測,當檢測到人體存在時,然后對環(huán)境光情況進行檢測,當光照較強時,繼續(xù)對環(huán)境光情況進行檢測, 當檢測到環(huán)境光較弱時,延時10S 后返回,再次對人體存在情況和環(huán)境光情況進行檢測,當檢測到有人體存在且光照度較弱時點亮相應(yīng)的照明設(shè)備。 4l系統(tǒng)主程序設(shè)計 如圖41所示 開始 系系統(tǒng)初始化統(tǒng)初始化 是否有人？ N Y 光照檢測 強 弱 延時十秒 N 是否有人？ Y 光照檢測 強 弱 亮燈 圖4. 1系統(tǒng)主相序流稅圖 4. 2 A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計 A/D轉(zhuǎn)換時,首先進通TLC549,內(nèi)部電路在測得CS下降沿后,在等待兩個內(nèi)部時鐘上升沿和一個下降沿后再確認認這一變化最后自動將前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(D7)位輸出到OUT端傳送給標志位C,然后左移一位傳送給 A然后循環(huán)讀取剩下七位數(shù),直到八位傳送完。 圖4.2 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖 4.3系統(tǒng)軟件各部分設(shè)計說明 4.3.1環(huán)境光和人體存在檢測程序 本系統(tǒng)考慮到?jīng)]有人時,無論是否光照強弱都不應(yīng)開燈,而有人體存在時,只有環(huán)境光照度低于某一設(shè)定值才開燈。本系統(tǒng)邏輯定義為環(huán)境光亮時為二進制的“1”(符合光采集電路輸出信號狀態(tài)) ,暗時為“0人體存在為“l(fā)”人體不存在為“0”開燈為“0關(guān)燈為“1”。 室內(nèi)有人且光照弱的軟件程序如下: PERSON: JNB P3.0, PERSONl PERSON: JNB P3.1, GUANG SJMP PERSON GUANG: ACALL RET JB P3.2, L00P SJMP GUANG 系統(tǒng)首先對人體檢測電路的輸出狀態(tài)進行檢測, 根掘比較電路的輸出狀態(tài)表, 若輸出信號滿足不符合系統(tǒng)有人存在的判斷條件則系統(tǒng)繼續(xù)対人體檢測電路的輸出狀態(tài)進行檢測。如果輸出信號満足系統(tǒng)有人存在的判斷條件,則系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到GUANG。GUANG的第一條指令,可完成對光照強度檢測電路的輸出狀態(tài)進行檢測。若輸出為高電平,說明光線弱,順序執(zhí)行下面的指令,延時10s后,跳轉(zhuǎn)PERSON1再次檢測信號輸入狀態(tài)若輸入狀態(tài)與延時前相同,則系統(tǒng)控制P2.0為低電平,照明設(shè)備點亮。 4. 3. 2 10S延時程序 10S延時程序如下: DELAY10S: MOV R4,#lOH DEL: MOV R7,#l0 DEL1: MOV R6,#0FFH DEL2: MOV R5,#80H KONC: NOP DJNZ R5,$ DJNZ R6,DEL2 DJNZ R7,DEL1 DJN:Z R4, DEL RET 這是一段延時10S的程序,系統(tǒng)通過不斷執(zhí)行循環(huán)程序消耗時鐘周期,進而實現(xiàn)延時操作 。 43. 3 A/D轉(zhuǎn)換程序 READ: SETBPl.2 NOP NOP CLR P1.2 NOP NOP MOV C,P3.0 RLC A MOV R5，#7 RE： SETB P1.0 NOP NOP CLR P1.0 NOP NOP MOV C，P3.0 RLC A DJNZ R5 ，RE SETB P1.0 NOP NOP SETB P1.2 CLR C MOV 34H ，A RET 以上是一段A/D轉(zhuǎn)換程序,系統(tǒng)首先進行將Cs管置低，內(nèi)部電路在測得與 CS下降沿后,在等特兩個內(nèi)部時鐘上升沿和一個下降沿后 再確認這一變化最后自動將前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(D7)位輸出OUT端傳送給標志位C,然后左移一位傳送給A然后循環(huán)剩下七位數(shù),直到八位傳送完,停止轉(zhuǎn)換最終把轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)放到34H中。 第五章 圖書館照明控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 5. 1熱釋紅外傳感器的安裝分析 圖書館照明控制系統(tǒng)用于對現(xiàn)有圖書館進行改造。本設(shè)計所用的系統(tǒng)具有 智能控制,系統(tǒng)所用到的熱釋紅外傳感器所能探測到的范圍有限,具體探測范圍 見圖5. l所示, 根據(jù)現(xiàn)在圖書館自習室的書桌分布情況。和燈具分布情況特提出如下安裝方案,以實現(xiàn)對圖書現(xiàn)有自習室的智能控制。 圖5. 1熱釋紅外傳感器探測范圍 根據(jù)熱釋紅外傳感器的實驗數(shù)據(jù)我們可以知道加上透鏡的傳感器的最大探測距高是7米左右,探測角度是110度左右3至4米的探測長度,而圖書館現(xiàn)有具的懸掛高度大概是2米,自習室墻體的高度大概是3.5米,雖然直接把傳感器安裝在天花板可以有更大范圍的檢測,可是更大的范圍也就意味者更大的浪費,我們不可能在人數(shù)根少的情況仍舊安裝一大片燈,這不符合本系統(tǒng)設(shè)計的初衷,所以本系統(tǒng)根據(jù)實際情況認為探測器應(yīng)該安裝在距離桌面大概2米的距高這樣它在2米的平面上形成的探測半徑是2米左右,但是由于傳感器本身的缺陷,它的有效探測范圍不可能是2米,根據(jù)以往的數(shù)據(jù)記載可以知道有效的探測距高大概是l.5米左右,這個范圍大概是一張桌子的長度這樣就可以把它安裝在兩張桌子的中間即可 。 5. 2環(huán)境光照度檢測電路的安裝分析 我們根據(jù)資料可以知道300Lx的光照度是適合讀書的理想值, 根據(jù)光敏二極管的光電特性我們可以知道在光照強度為300Lx 時光電流大概是0.8mA左右,這時可以通過調(diào)節(jié)連接在基極和發(fā)射極之間的滑動變阻器的阻值改變基扱電壓, 從而控制三極管進入飽和導通狀態(tài), 我們知道三極管有四種工作狀態(tài):截止,放大,飽和導通,過飽和擊穿,.四種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變和基極與發(fā)射極,集電極與基極之間的電壓有關(guān)當基極與發(fā)射極之間的電壓大于0.7v,基極與集電極之間的電壓大于0時基極飽和三極管;進入飽和導通狀態(tài),此時集電極輸出低電平,這時集電極電流幾乎不隨基極電流的變化而變化,經(jīng)過計算可以調(diào)節(jié)基極滑動變阻器阻值大概為9oo歐,當光照強度低于30OLx時基極與發(fā)射極之間的電壓大于0.7伏,基極與集電極之間的電壓小于0,這時三極管進入放大狀態(tài)集電極輸出電流隨基極電流的變化而變化,三極管進入放大狀態(tài),集電極輸出高電平。三極管的輸出特性曲線如圖5. 2所示。 圖5. 2三極管輸出特性曲線 如圖5. 3所示是光敏二極管光電特性曲線, 由圖可以知道在300Lx的分界點時, 光電流大概是 0. 8mA, 、-ii描動變J現(xiàn)器的田値大概在900歐左右時, 三極管飽和導通,所以在調(diào)試的時候應(yīng)該在滑動變阻器最大值上調(diào)試環(huán)境光照度檢測電路。 圖5.3光敏二極管光電特性曲線 5. 3圖書館照明控制系統(tǒng)總體實現(xiàn)方案 本設(shè)計以一個單片機檢測一個熱釋紅外傳感器電路和一個環(huán)境光照度檢測電路,以一個電磁組繼電器控制兩盞燈,本設(shè)計建議采用均勻的燈具:布置方法,并在圖中“ 所示的位置安裝熱釋紅外人體傳感器,檢測室內(nèi)不同位置的人體存在。這樣的控制方式充分體現(xiàn)了節(jié)能,也延長照明燈具的使用壽命。圖書館智能照明控制系統(tǒng)的光敏二極管安裝在室內(nèi)避開電燈直射的位置 ,且熱釋紅外傳感器安裝時應(yīng)使人體活動方向與熱釋紅外傳感器中兩個熱釋電元連線方向垂直, 因此本設(shè)計建議將照明燈安裝在每張桌子的正上方2米處,在兩張桌子的正中間上方安裝熱釋紅外傳感器。關(guān)于系統(tǒng)供電的進擇我們選擇220V交流電直接接到系統(tǒng)的變壓器模塊,并且這是一路獨立的電路,這樣可以方便管理員的管理。根據(jù)上述分析可以繪制圖書館照明控制系統(tǒng)對圖書館自習室改造設(shè)計的原理圖，方案如圖54所示 圖5.4圖書館自習室改造方案圖 結(jié)