教室照明智能控制論文范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了教室照明智能控制論文參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由三部分構(gòu)成。上位機(jī)系統(tǒng)、下位機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)。其中主控制器（主機(jī)）與分控制器（從機(jī)）進(jìn)行信息交換，利用分控制器采集信息數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，去控制燈具的照明燈開關(guān)狀態(tài)。每個(gè)教室分控制器是以單片機(jī)AT89C51為核心的數(shù)據(jù)采集和處理裝置，它直接與各種I/O設(shè)備（如光敏傳感器、繼電器）紅外傳感器、溫度傳感器、蜂鳴器等）相連，通過這些I/O接口，MCU實(shí)時(shí)采集它們發(fā)送的數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算并保存在內(nèi)部存儲(chǔ)器；主控制器具有RS485接口，它讀取各個(gè)教室分控制器中所采集的教室的信息進(jìn)行處理判斷，并通過RS485接口對教室分控制器發(fā)出指令，以控制教室照明設(shè)備的開或關(guān)。

1.通信系統(tǒng)。此通信系統(tǒng)是多機(jī)通信，采用RS485半雙工主從式。從機(jī)用中斷的方式接收主機(jī)發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)并做出響應(yīng)，其任務(wù)是負(fù)責(zé)對分布的照明燈具進(jìn)行開關(guān)控制；主機(jī)發(fā)送命令或數(shù)據(jù)到從機(jī)。

2.上位機(jī)系統(tǒng)。上位機(jī)系統(tǒng)由主控制器、串行總線、顯示及控制軟件等組成。其控制命令或數(shù)據(jù)由總線發(fā)送給分控制器。可將信息進(jìn)行數(shù)碼顯示、看門狗電路對運(yùn)行程序進(jìn)行監(jiān)視、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路對照明燈具進(jìn)行定時(shí)開關(guān)控制。

3.下位機(jī)系統(tǒng)。下位機(jī)系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心部件及外圍電路組成，在單片機(jī)的控制之下，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、顯示，利用執(zhí)行電路控制照明燈具開關(guān)狀態(tài)。教室內(nèi)燈光控制根據(jù)自然光的變化、有無人活動(dòng)、作息時(shí)間等實(shí)際情況進(jìn)行自動(dòng)模糊控制。做到光線暗時(shí)開燈、光線亮?xí)r關(guān)燈、有人時(shí)開燈、無人時(shí)關(guān)燈、工作時(shí)間開燈、休息時(shí)間關(guān)燈合理的工作狀態(tài)，達(dá)到節(jié)約用電。

二、硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件電路系統(tǒng)以單片機(jī)為核心器件以及各種接口電路組成，它的特點(diǎn)是：功能強(qiáng)大、運(yùn)算速度快、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛。主要由單片機(jī)（AT89C51）、信息采集電路（人體信號(hào)、光信號(hào)）、時(shí)鐘電路（DS12887）、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)電路、定時(shí)顯示電路構(gòu)成。如圖2所示。

單片機(jī)作為主控制器芯片，通過串口與從機(jī)通信。從機(jī)進(jìn)行信息采集、傳送接收主控制器指令，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。1.主控制器的核心器件是單片機(jī)，外圍電路由鍵盤電路、看門狗電路、通信接口電路、數(shù)碼顯示電路及驅(qū)動(dòng)電路等組成。如圖3所示。單片機(jī)采用AT89C51，是一種高效微控制器，在嵌入式控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多的一種靈活性高且經(jīng)濟(jì)的控制器。2.從機(jī)系統(tǒng)由單片機(jī)、光信號(hào)采樣、人體探測器、通信接口和驅(qū)動(dòng)電路組成。單片機(jī)采用低檔型的AT89C2051單片機(jī)作為處理器，利用驅(qū)動(dòng)電路去控制電源開啟和照明燈具開關(guān)狀態(tài)。如圖4所示。AT89C2051是AT89C51它的一種精簡版本，是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。在集散控制系統(tǒng)中，用單片機(jī)作為從機(jī)，主機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。由于主控制器與從機(jī)制器構(gòu)成的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集通信距離較遠(yuǎn)，為了保證下位機(jī)的數(shù)據(jù)高速、安全的傳到上位機(jī)，采用總線RS485串行通信比較合理。主機(jī)和從機(jī)之間可點(diǎn)對點(diǎn)通信，也可點(diǎn)對多通信。但從機(jī)之間不能直接通信，只能通過主機(jī)傳遞數(shù)據(jù)。如圖5所示。光信號(hào)采樣電路由光信號(hào)采集電路和A/D轉(zhuǎn)換電路組成。利用光敏電阻完成光信號(hào)采集，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路、調(diào)理電路、單片機(jī)處理后，作為控制信號(hào)。

根據(jù)現(xiàn)場光信號(hào)測量精度確定A/D轉(zhuǎn)換電路的位，以保證設(shè)計(jì)精度要求。如圖6所示。設(shè)計(jì)中采用TLC1549，該芯片是美國德州儀器公司生產(chǎn)的10位串行控制A/D轉(zhuǎn)換芯片。它具有內(nèi)在的取樣和保持電路以及片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，輸入阻抗高，有較強(qiáng)的抗干擾性。人體信號(hào)采集電路采用的核心器件是人體紅外傳感器，紅外傳感器前級(jí)配有菲涅爾透鏡，后級(jí)采用帶通放大器和電壓比較器。紅外傳感器配上菲涅爾透鏡后會(huì)增大探測距離和探測半徑。帶通放大器的中心頻率取1Hz。比較電路由雙運(yùn)算放大器組成。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件部分由主控制程序、子控制程序和中斷程序組成。由軟件來定義燈具開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、定時(shí)控制、人機(jī)交換及串行通信等硬件功能。應(yīng)用結(jié)構(gòu)化方法設(shè)計(jì)。如圖7所示。

1.照明啟停程序設(shè)計(jì)啟停教室的照明控制過程是由主控制器向分控制器發(fā)出啟停指令，通過串行通信或無線通信來傳輸相應(yīng)啟停指令，可完成全部啟停和單獨(dú)啟停控制。全部啟停控制程序，通過主控制器上設(shè)計(jì)的開關(guān)按鈕來完成照明燈具全部啟停，通過串行通信傳輸全部啟停指令，由P3、P7口輸出高低電平控制全部燈具的啟停。單獨(dú)啟停控制程序，啟停某一單獨(dú)教室的照明燈具，是由主控制器向某分控制器發(fā)出啟停指令，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)啟停照明。主控制器先向分控制器發(fā)送地址信息，被叫分控制器回送本控制地址信息，主控制器得到響應(yīng)后再向被叫分控制器發(fā)送數(shù)據(jù)，執(zhí)行相應(yīng)命令。

2.照明定時(shí)控制程序設(shè)計(jì)照明控制系統(tǒng)中的時(shí)鐘芯片是DS12887，主機(jī)和從機(jī)之間采用串口的通信方式進(jìn)行時(shí)鐘設(shè)定，從機(jī)按設(shè)定的時(shí)間控制照明燈具的啟停。全部定時(shí)控制程序。全部定時(shí)控制是由主控制器向所有分控制器發(fā)送地址信息，分控制器接收時(shí)間數(shù)據(jù)并寫入存儲(chǔ)器中，再由分控制器發(fā)出設(shè)定時(shí)間命令，控制電路執(zhí)行定時(shí)啟停照明燈具。單獨(dú)定時(shí)控制程序，單獨(dú)定時(shí)控制是由主控制器發(fā)送某一分控制器地址，被叫分控制器響應(yīng)主控制器，接收主控制器發(fā)送來的時(shí)間數(shù)據(jù)并寫入存儲(chǔ)器，由被叫分控制器發(fā)出設(shè)定時(shí)間命令，驅(qū)動(dòng)電路執(zhí)行開關(guān)照明燈具。

四、結(jié)束語

本文通過深入分析高校教室照明特定需求，提出了照明智能控制解決方案，設(shè)計(jì)了智能控制系統(tǒng)框架、控制系統(tǒng)軟硬組成，能滿足教室照明要求，同時(shí)達(dá)到節(jié)能目的。但在研究中發(fā)現(xiàn)，如果在控制模式和算法上能進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)，節(jié)能效果會(huì)更加明顯。

作者：王川徐雪慧單位：武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院