打开文本图片集
摘 要： 本文主要介绍了一种AT89S52单片机为核心的教室灯光自动控制系统，针对学校商场等室内灯光的控制现状以及大量浪费能源浪费问题详述了系统的硬件设计和软件设计思路。重点研究了热释红外传感器如何检测人体的存在和光敏三极管构成的电路如何检测环境光的强度。根据教室里的自然条件，系统会通过对人体信号的检测和光照强度的信号识别自动加以判断，构成对教室照明回路的智能控制。该系统控制方便可靠，节约成本性价比高，适用于各种教室商场等室内灯光控制。可以极大程度上节约电力资源的消耗，低碳环保。
关键词： AT89C52;灯光自动控制;热释红外传感器;光敏电阻
【Abstract】： This study mainly introduces a kind of AT89S52 single chip microcomputer as the core of the classroom light automatic control system， according to current situation of school shopping malls and other indoor lighting control and waste a lot of energy waste problem described the hardware design and software design of the system. Pyroelectric infrared sensor is mainly studied how to detect the existence of the human and the photosensitive triode circuit how to detect the strength of the ambient light. According to the natural conditions in the classroom， the system can through the human body signal detection and light intensity signal automatic recognition of judgments， constitute the intelligent control of the classroom lighting circuit. High performance/price ratio， and the system is convenient and reliable control， cost saving， suitable for all kinds of shopping malls and other indoor lighting control of the classroom. Can largely save the consumption of power resources， low carbon environmental protection
【Key words】： AT89C52; Automatic light control; Heat release infrared sensor; Photoresistance
0 引言
在如今的社會，人们更多地倡导低碳经济，所以电力资源的合理使用越来越受到人们的关注。随着我国不断的发展，现代化进程加快，我国照明所使用的电量逐年上升，共约占总发电量的10%。所以设计出更加方便且节约的智能化照明系统迫在眉睫[1-2]。目前，许多学校商场等室内照明都是需要开关人工开启。但是在目前存在着在室内人数较少时，仍然开启多个电灯造成的能源浪费问题，或者在室内无人时并没有关灯导致用电浪费问题。另外，还存在着明明室内自然照明条件良好却也乱开灯的问题，甚至在公共区域，24小时亮灯的现象随处可见，十分浪费资源。针对这些实际的问题，设计智能照明系统既可以为人们带来方便，又可以节约能源，无论是节能效益还是经济效益都是十分可观的[3]。
本文研究的目的是在智能照明系统设计中，使用单片机作为主控制器[4-5]，通过温度传感模块来检测室内是否有人，再通过光敏传感电路模块来完成对教室当前光线明暗程度的判定，决定是否开灯。另外，还可以自由切换自动控制和手动控制，从而达到智能控制和节能减排的目标。
1 系统的总体架构
本系统包括中央总控制电路模块、系统电源供电电路、教室可见光检测模块、热释红外探测传感器组件模块和按键控制电路模块等[6]。热释红外人体传感器组件模块用来感应人体信号，教室可见光检测模块主要通过光敏三极管构成，以此来分别检测人体的存在和环境光的强度，并把这些外界因素作为主要的输入参数，最后完成对教室照明回路的智能控制。
本着方便和节能的想法，本电路可以自由切换两种控制方式：一种是可以通过程序自身判断是否开灯的自动控制状态和只能经过人工操作的强制执行状态。另外本电路还具有实时监测、鉴定和分析的功能，并且能够通过反馈的信息对教室的照明情况进行实时的控制。
自动控制状态：系统上电复位的时候，会首先处与自动控制状态，如果教室目前光照的强度大于人工设定的光照强度阈值时，灯将一直处于关闭状态;反之，如果教室目前光照的强度小于人工设定的光照强度阈值时，系统就会判断教室里人的数量来确定开灯的数量。在自动控制状态下如果有人进入教室，红外传感器会在感应到人体后将感应信号通过隔离缓冲送到处理器（CPU）且显示器上人数自动加1，若有人离开教室时则显示器上数字自动减1。
强制执行状态：当按下强制控制按键时，系统进入强制执行状态，此时可以对教室灯光进行强制控制，再次按下该按键则恢复到自动控制状态。
2 硬件电路设计
2.1 控制核心模块
本系统采用电路较为简单且价格较低的STC89C52芯片，本设计对于单片机的工作频率要求不是很大，所以虽然此款单片机工作频率不高，但也适用于本设计。另外此款单片机I/O端口有32个，对于设计来说十分方便。另外为了解决单片机P0口驱动电流过小的问题需外加一个上拉电阻。还需要经过三极管将蜂鸣器所需的驱动电流放大。单片机最小系统主要还有晶振、复位和报警电路[7-9]。
当教室里没有人时系统会通过温度传感电路的热释电红外感应是否有人进出，再把信号上传给单片机进行处理，最后关闭控制区的灯光。
2.2 系统电源供电电路
系统在接入220 V交流电后，经过二极管整流，电容滤波，稳压器LM7805稳压后，给单片机控制系统以及其他电路提供5的直流电压。系统供电电路图如图3所示。
2.3 热释红外探测传感器组件模块
在正常环境下，人体表层温度在36摄氏度到37摄氏度左右，同时人体所辐射的红外光谱波长约为10 mm，不管是人体的温度还是人体的波长都具有着特殊性，因此可以利用红外光学系统和热释电红外传感器加上现代信号处理技术来捕捉人体温度和红外光波信息。首先热释传感器起带通滤波器的作用，可以区分人体与物体，并将红外线热信号转换成电信号实现人体的识别。另外为了保证在不同环境下系统可以正常运行，还匹配了低噪放大器对放大器的增益进行补偿[10]。
2.4 教室可见光检测模块
光敏三极管[11]本身作为一个放大器，具有对外的抗干扰性较差的缺点，所以要想对它的信号进行放大就需要另外一个集成运放电路，通过集成运放电路将信号放大。另外还在电流信号后面接上一个范围在1k到3k之间的电阻，把电流信号转换成电压信号。电压信号再通过AD芯片转换成相对稳定的信号后，与一开始软件设置的阈值比较，从而达到对光信号的检测目的。
本模块由一个ADC0809转换芯片和一个滑动变阻器模拟，滑动变阻器主要来模拟室内光线情况，若将滑动变阻器的阻值调高模拟光线变强的情况，反之则模拟光线变弱的情况。根据滑动变阻器模拟的光强状况通过AD转换芯片转换成单片机可以识别的数字量，然后通过P1端口把信号传递给单片机进行处理。如图4所示。
2.5 按键控制电路
用四个按钮分别表示有人进入教室K1、有人离开教室K2、启动强制控制状态K3、模式切换K4。通过检测端口的电平由高到低的变化确定哪个键被按下。具体功能如下：在自动工作状态下，按下模式切换键K4进入强制执行状态，此时再按下强制控制建K3，室内一半的灯亮，第二次按下强制控制键K3时全部灯亮，第三次按下强制控制键K3时所有灯熄灭;此时再按下模式切换K4按键恢复自动控制状态。
3 系统程序设计
该系统软件设计主要包括键盘的动态扫描，输入数据的处理和结果的输出显示。根据系统运行时设置的工作状态通过温度和光敏传感器反馈的信号来控制教室里的灯光。
系统在启动的初始状态下处于自动控制状态。在自动控制状态下液晶屏上会显示进出教室的人数，并通过系统的处理来判定是否开启灯光。而当切换到强制控制状态时就只能通过人工操作来开关灯光。
4 结束语
照明节能可以推动照明技术发展，还能唤醒公民的节能意识，意义十分重大，智能照明技术拥有着十分宽广的发展前景。本设计是基于单片机控制的教室智能照明系统，可以对室内照明灯进行有效地进行智能控制，最大程度上减少资源浪费提高资源利用率。可用于各种各样的学校商场等室内场所的照明智能控制。同时本系统电路结构较为简单并且工作十分稳定可靠，同时成本较低。
参考文献
[1] 靳达. 单片机应用系统开发实例导航[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2003. 93—97.
[2] 翟娟， 谭公礼， 曹国华. 基于Web Server的消防水泵远程监控系统[J]. 软件， 2017， 38（08）： 59-62.
[3] 李瀚荪. 电路分析基础. （第三版）[M]. 北京： 高等教育出版社. 1999.
[4] 翟娟， 谭公礼， 李文婷. 消防水泵恒壓模糊控制器的设计及仿真[J]. 软件， 2017， 38（09）： 63-67.
[5] 孟立凡､蓝金辉. 传感器原理及应用 [M]. 电子工业出版社， 2007年
[6] 李朝青. 单片机原理及接口技术[M]. 北京： 北京航空航天大学出版社， 2003.
[7] 潘新民， 王燕芳. 微型计算机控制技术[M]. 北京： 电子工业出版社， 2002.
[8] 陈有卿， 张晓东编. 报警集成电路和报警器制作实例[M]. 北京： 北京人民邮电出版社2001.
[9] 梁宗善. 电子技术基础 [M]. 武汉： 华中理工大学出版社， 1995.
[10] 陆郁民， 毛丽民等. 太阳能自动浇花机器人的设计[J]. 常熟理工学院报（自然科学版， 2013， 7： 年， 27（4）.
[11] 孟立凡， 蓝金辉. 传感器原理及应用 [M]. 电子工业出版社， 2007.