基于单片机的智能灯光控制新版系统.doc

毕业设计（论文）

题 目： 基于单片机高校节能
灯光控制系统设计

学 院： 信息与控制学院

摘 要
当前大学，由于学校开放型管理模式，加之学生节能意识淡薄，学校诸多教室在白天室内照度很高状况下，依然存在开灯现象；或者夜间许多教室，虽然仅有几种学生在教室自习，但教室内照明所有启动。长明灯处处都是，人离开不熄灯现象处处可见。这种故意和无意挥霍，不但是挥霍了国家资源，并且给学校带来了沉重承担。
本文设计了基于单片机室内灯光控制系统及其原理，提出了有效节能控制办法。本系统以AT89S52单片机为主控制器，实现了控制与警告提示等功能。该系统采用了当今比较成熟传感技术和计算机控制技术，运用多参数来实现对学校教室室内照明控制，从而达到节能目。

核心词：灯光控制系统；AT89S52；热释电；节能；AD采集电路

Abstract
Nowdays，due to the open management style and students’ weak energy-saving awareness in high school，lights in many classrooms are kept on at the day time with the high brightness，and also，lights are all on in a room with only a few students studying at night. We can find the ever-burning lamps everywhere. Those conscious and unconscious waste lead to the squandering national resources，meanwhile，it brings colleges a tremendous burden.
This passage displays an efficient energy control method based on the principles of SCM indoor lighting control system. This system achieved the control and alert function with AT89S52 SCM as its main controller. It adopted the advanced technology of ripe sensing and computer control method，based on the characters to control the lighting condition of classroom so as to save energy.

Keywords： Lighting control system； AT89S52； Pyroelectric； Energy saving； AD acquisition circuit 目 录
绪 论 1
1 教室灯光控制器简介及控制方案分析 3
1.1 教室灯光控制器简介 3
1.2 系统控制方案分析 3
1.2.1 硬件方案论证 3
1.2.2 微解决器选取 3
1.2.3 传感器选取 4
2 系统控制模块硬件设计 5
2.1 控制模块硬件构成 5
2.2 控制系统重要硬件电路 5
2.2.1 AT89S52单片机 5
2.2.2 光线强度检测模块 10
2.2.3 单片机对ADC0832控制 13
2.2.4 热释电红外人体检测模块电路 14
2.2.5 按键管理模块电路 17
2.2.6 超时报警电路 17
2.2.7 系统其她模块 18
3 控制模块软件设计与开发 21
3.1 系统监控主程序模块 21
3.1.1 系统自检初始化 22
3.1.2 定期中断解决 22
3.1.3 ADC0832数据读取程序流程 23
3.2 数据采集实现 24
3.3 系统键功能 25
3.4 系统显示功能 26
3.7 看门狗模块 27
3.8 超时报警系统 28
结 论 30
致 谢 31
参照文献 32
附录A 系统电路原理图 33
附录B 系统源程序…………………………………………………………………... 34
附录C 硬件实物图 45

绪 论
随着科学技术和社会经济发展，人们生活水平在不断提高，导致用电量加剧，又由于世界性能源危机，能源缺少已成为世界所面临重大问题。而此问题对国内来说更加严重。随着各类高等院校扩招，教室扩建，教室照明需求也越来越大，而教室照明管理不严格，往往导致电能巨大挥霍，在这种状况下，提高教室用电效率便成为首要考虑问题。
国内能源储量位居世界前列，中华人民共和国是世界第二大能源生产国，同步也是第二大能源消费国。
国内一次能源资源总储备估为4万亿吨原则煤左右。但是，人均能源资源占有量却远远低于世界平均水平。二十世纪九十年代,中华人民共和国人均探明煤储备量147吨，为世界平均水平41.4%；人均探明石油储备量2.9吨，为世界平均水平11%；人均探明天然气为世界平均水平4%；人均探明可开发水能资源也低于世界人均水平。从人均能源消费角度看，1994年世界平均水平为1433公斤油当量，发达国家和地区为5066公斤油当量，国内预计为670公斤油当量。1997年国内人均占有电力装机容量0.21千瓦、人均用电量为900kWh，仅是世界平均水平1/3。
“十二五”期间，国内将投资5900亿元推广九大重点节能工程，节能装备产业规模年均增长15%以上，，规模以上工业增长值能耗比下降21%左右。
随着各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室用电量不断加剧，教室用电管理不善，导致电能挥霍与学校经济损失，这种挥霍状况与当今节约能源理念相违背。另一方面，随着计算机技术发展，当代自动化限度不断提高，灯光管理也在朝着智能化和自动化方向发展。例如，楼道灯光自动控制等等。国内外已经开始采用对灯光智能控制，但是对教室灯光控制，特别是国内，教室灯光智能控制更为缺少和不完善，依然是老式式人工管理。由此可见，教室灯光控制也应当向着智能化方向发展。
在国内各大院校中，由于同窗们节能意识薄弱，在光线足够强时依然开灯，下课后离开教室灯还亮着现象普遍存在。并且，节能规划极为缺少，教室灯光控制由管理人员手工执行。由于教室极多，管理人员不能及时关闭电源,就导致不必要电能挥霍和经济损失。基于以上因素，提高教室用电效率就成为学校节能重要办法之一。由此，教室节能灯光自动控制系统研发便成为一项重要课题。因而，开发简便和实用教室灯光自动控制系统便具备重大现实意义[1]。
本课题研究内容有如下几点：
(1) 使用自动或者手动控制灯光技术办法；
(2) 灯光控制器电源问题，理解教室照明光强原则 ;
(3) 教室灯光照明需求，环境光强弱与开、关灯关系；
(4) 控制器参数值设定，规定及方案；
(5) 学习人体传感器关于参数；
(6) 人体存在探测技术，理解探测范畴与角度；
(7) 传感器在教室分布与安放问题，是一灯一传感器还是多灯公用传感器；
(8) 与既有教室照明互相兼容，容易代替，不易被偷盗、仿制，易于维护和维修控制技术；
(9) 报警等附加功能。
本课题拟通过实验研究教室灯光控制方案解决如下核心问题：
(1) 人体传感器参数输入与采集问题：
(2) 环境光采集与参数输入问题
(3) 教室灯与传感器合理安装问题；
(4) 开、关灯自动与手动相兼容办法；
(5) 照明回路控制回路和控制器自身存在节能问题；
设计教室灯光控制系统可以对既有教室照明系统进行改造，以实现对照明系统智能化及人性化管理，提高用电效率；实现自动和手动灯光控制互相兼容，减少成本；通过重复实验和研究，最后达到可靠性大、实用性强、推广性较好目的。
1 灯光控制器简介及控制方案分析
1.1 灯光控制器简介
教室灯光控制器可实现教室灯光智能化控制。其重要输入参数是人体存在信号和环境光信号等外界因素，环境光强度达到一定值时灯关闭,环境光强度在一定阀值如下并且有人存在时灯启动，理论和实验证明用这种办法来对教室灯光进行智能控制可以实现上述目的。
教室灯光控制器应安装在教室内电灯直射不到位置，且人体传感器安顿时要使人体活动方向与人体传感器中热释电元连线方向垂直，如此可使人体存在信号采集更加敏捷、可靠，同步还应当尽量避免外界风直接吹向人体传感器。
1.2 系统控制方案分析
所设计控制器以环境光强度和人体存在当作控制器重要输入参数。可以实现手动与自动控制互相兼容。在环境光较弱时，有人存在，且超过一定期间，控制器会自动打开电灯，等到人离开后再延时一定期间后灯关闭；在环境光线足够强时，无论人与否存在，都不开灯。同步，还要按照作息时间控制，若夜晚超过12点，尚有人存在，那么自动控制器关闭，改用机械开关或遥控器来手动控制，以解决特殊状况下，非人性化自动控制器运营问题。
本文所设计教室灯光控制器重要是由硬件与软件两大某些构成。硬件某些是基本,是整个系统执行前提,它重要为软件提供程序运营平台。而软件某些，是对硬件端口所体现信号，加以采集、分析、解决，最后实现控制器所要实现各项功能，达到控制器自动与手动相结合教室灯光智能控制。
1.2.1 硬件方案论证
对于灯光智能控制系统来说，硬件系统是它最基本框架，是系统所有功能基本。系统设计成功与否很大限度上是由硬件系统设计决定，硬件选取和所选硬件性能对于系统功能实现以及系统精准度均有直接影响。本系统硬件方案论证涉及灯光控制系统传感器、单片机、通信方式、总线接口和显示电路选取。
1.2.2 微解决器选取
方案一：
8031芯片内部无ROM，需要外扩程序存储器，因而导致电路焊接困难，况且使用8031还需要此外购买其她芯片，如A/D转换及定期/计数器（PWM）等芯片，这样导致成本较高，性价比较低。
方案二：
ATMEL公司MCS-51系列单片机中AT89S52芯片，它是低压高性能CMOS 8位微解决器，带有4k字节可重复擦写Flash只读程序存储器，128字节内部随机存取数据存储器（RAM），32个I／O口线，两个16位定期／计数器，一种5向量两级中断构造及一种全双工串行通信口。依照本设计规定，AT89S52芯片完全可以满足灯光自动控制系统所需要解决器条件。故本设计采用AT89S52芯片。
1.2.3 传感器选取
依照本设计规定，该控制系统需要两种传感器：一种是人体信号采集传感器，另一种是光线信号强度采集传感器。用于人体信号采集传感器和光线信号强度采集传感器有诸多，这里依照设计规定采用了下列传感器：
（1）热释电红外传感器
热释电红外传感器是一种采用热电效应原理热电型红外传感器，它是上世纪80年代末期浮现一种新型传感器件，当前已经得到越来越广泛应用。热释电红外传感器由敏感单元、阻抗变换器及滤光窗等某些构成。
（2） 光敏电阻
光敏电阻可以感应光照强度变化，自己电阻阻值随着光强度增长而减小，从而通过电阻上电压变化来反映光照强度变化。传感器输出变化电压信号给控制器，控制器依照接受到信号变化来拟定下一步将要执行动作。光敏电阻是一种惯用光电元件,它可以十分精确反映出光照变化，应用电路也十分简朴、实用。 2 系统控制模块硬件设计
考虑到影响本系统环境因素有诸多，并且教室控制设备中人体存在传感器等设备经常会随环境情形变化而变化，因此在设计过程中，要充分考虑到线路布置、电子元器件选用和设备安放抗干扰问题。
2.1 控制模块硬件构成
以单片机主控模块作为系统控制单元核心，其他外围电路重要涉及：系统供电模块、环境光模块、人体存在热释电传感器模块、看门狗模块、按键及超时报警模块，其构造框图如图2.1所示。
人体热释电传感器模块
电源模块
AD模块
光敏电阻

按键模块
看门狗模块
51系统模块

LED强弱调节显示

超时报警模块

图2.1 构造框框图
2.2 控制系统重要硬件电路
2.2.1 AT89S52单片机
功能特性描述
AT89S52是一种高性能、低功耗CMOS8位微控制器，有8K在系统可编程Flash存储器。片上Flash容许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上，拥有在系统可编程Flash和机灵8位CPU，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效解决方案。AT89S52具备如下原则功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定期器，2个数据指针，三个16位定期器/计数器，一种6向量2级中断构造，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。此外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选取节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，容许RAM、定期器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一种中断或硬件复位为止。
VCC：电源
GND：地
P3口：P3口是一种具备内部上拉电阻8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。作为输入使用时，被外部拉低引脚由于内部电阻因素，将输出电流（IIL）。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
P2口：P2口是一种具备内部上拉电阻8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。作为输入使用时，被外部拉低引脚由于内部电阻因素，将输出电流（IIL）。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
P1口：P1口是一种具备内部上拉电阻8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。作为输入使用时，被外部拉低引脚由于内部电阻因素，将输出电流（IIL）。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
P0口：P0口是一种8位漏极开路双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。在flash编程时，P0口也用来接受指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具备内部上拉电阻。
RST：复位输入。当晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平会使单片机复位。看门狗计时完毕后，RST脚输出96个晶振周期高电平。
ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。
在普通状况下，ALE输出脉冲为晶振六分之一固定频率，可用来作为时钟或外部定期器使用。
PSEN：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。
EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH外部程序存储器读取指令，EA必要接GND。为了执行内部程序指令，EA应当接VCC。
XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路输入端。
XTAL2：振荡器反相放大器输出端。
WDT（看门狗定期器）是一种需要软件控制复位方式。WDT由13位计数器和特殊功能寄存器中看门狗定期器复位存储器（WDTRST）构成。WDT在默认状况下无法工作； 为了激活WDT，顾客必要向WDTRST寄存器（地址为0A6HSFR）写入0E1H和0E1H。当WDT激活后，顾客必要向WDTRST写入01EH和0E1H喂狗来防止WDT溢出。当计数达到8191(1FFFH)时，13位计数器将会溢出，这将会复位器件。晶振正常工作、WDT激活后，每一种机器周期WDT都会增长。为了复位WDT，顾客必要向WDTRST写入01EH和0E1H（WDTRST是只读寄存器）。WDT计数器不能读或写。当WDT计数器溢出时，将给RST引脚产生一种复位脉冲输出，这个复位脉冲持续96个晶振周（TOSC），其中TOSC=1/FOSC。为了较好地使用WDT，以避免WDT复位，应当在一定期间内周期性写入那某些代码。
在掉电模式下，晶振会停止工作，这阐明WDT也停止了运营。在这种方式下，顾客不必喂狗。离开掉电模式有两种方式：一是硬件复位，二是通过一种激活外部中断。由硬件复位方式退出掉电模式后，顾客就应当给WDT喂狗，就犹如普通AT89S52复位同样。由中断退出掉电模式情形与硬件复位有很大不同，中断应当持续拉低非常长一段时间，使得晶振工作稳定。在中断拉高后来，将执行中断服务程序。为了防止在中断保持低电平时候WDT复位器件，WDT在中断拉低后才开始工作。这就阐明WDT应当在中断服务程序中复位。
在进入待机模式之前，特殊寄存器AUXRWDIDLE位用来决定WDT与否继续计数。在默认状态下，待机模式，当WDIDLE＝0，WDT继续计数。为了防止WDT在待机模式下复位AT89S52，顾客应创立一种定期器，定期离开待机模式，喂狗后，再重新进入待机模式。为了保证在离开掉电模式最初几种状态时，WDT不被溢出，在进入掉电模式前，最佳就复位WDT。
如图2.2所示为AT89S52单片机有一种用于构成内部振荡器反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放大器输入、输出端。陶瓷谐振器与石英晶体都可以用来一起构成自激振荡器。若外部时钟源驱动器件话，从XTAL1接入，而XTAL2可以不接，如图2.3所示。由于外部时钟信号通过二分频触发后作为外部时钟电路输入，因此对外部时钟信号占空比没有其他规定，至少高电平持续时间与最长低电平持续时间等还是要符合规定。

图2.2 内部振荡电路连接图

图2.3 外部振荡电路连接图
在掉电模式下，晶振停止工作，激活掉电模式指令是最后一条执行指令。片上RAM和特殊功能寄存器保持原值，直到掉电模式终结。掉电模式可以通过硬件复位和外部中断退出。复位重新定义了SFR值，但不变化片上RAM值。在VCC未恢复到正常工作电压时，硬件复位不能无效，并且应保持足够长时间以使晶振重新工作和初始化[2]。
空闲工作模式下，所有片上外部设备保持激活状态，而CPU处在睡眠状态。可以通过软件产生这种状态。在这种状态下，特殊功能寄存器和片上RAM内容保持不变。空闲模式可以被硬件复位或任一种中断终结。由硬件复位终结空闲模式只需两个机器周期有效复位信号，在这种状况下，片上硬件可以访问端口引脚，而禁止访问内部RAM。硬件复位终结空闲模式后，为了避免预想不到写端口，激活空闲模式指令下一条指令不应是外部存储器或写端口。
单片机最小系统如图2.4所示。

图2.4 单片机最小系统
要使单片机工作起来，最基本电路构成为：
时钟电路：单片机工作时间基准，决定单片机工作速度。时钟电路就是振荡电路，向单片机提供一种正弦波信号作为基准，决定单片机执行速度。时钟电路连接方式如图2.5所示。

图2.5 时钟电路连接图
电源电路：向单片机供电。AT89S52单片机工作电压范畴是4.5V—5.5V，因此普通给单片机外接5V直流电源。连接方式为VCC（40引脚）接电源+5V端，GND（20引脚）接电源地端。
复位电路：拟定单片机工作起始状态，完毕单片机启动过程。如图2.6所示。

图2.6 复位电路连接图
单片机接通电源时，产生复位信号，完毕单片机启动，拟定单片机起始工作状态。手动按键产生复位信号，完毕单片机启动，拟定单片机初始状态。普通在单片机工作浮现混乱或“死机”时，使用手动复位可实现单片机“重启”。
2.2.2 光线强度检测模块
光线强度检测模块把单片机作为控制解决核心，具备价格低、体积小等长处，满足实际需求。传感器选取光敏电阻，用精密电阻与之串联分压得到一电压信号送给A／D如图2.7所示。为了减小模块体积和减少成本，选取低功耗ADC0832作为A／D转换器，其原理如图2.8所示。
ADC0832是8位辨别率；8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 各种封装；双通道A/D转换； 5V电源供电时输入电压在0~5V之间；商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为−40°C to +85°C；工作频率为250KHZ，转换时间为32μS普通功耗仅为15mW；输入输出电平与TTL/CMOS相兼容。芯片接口阐明： CH0 模仿输入通道0，或作为IN+/-使用。CH1模仿输入通道1，或作为IN+/-使用。CS_片选使能，低电平芯片使能。Vcc/REF电源输入及参照电压输入（复用）。DI数据信号输入，选取通道控制。DO数据信号输出，转换数据输出。CLK芯片时钟输入。GND芯片参照0电位（地）。
ADC0832为8位辨别率A/D转换芯片，其最高辨别可达256级，可以适应普通模仿量转换规定。其内部电源输入与参照电压复用，使得芯片模仿电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立芯片使能输入，使多器件挂接和解决器控制变更加以便。通过DI数据输入端，可以容易实现通道功能选取[3]。

图2.7 环境光采集电路

图2.8 A/D转换器电路
光敏电阻器是运用半导体光电效应制成一种电阻值随入射光强弱而变化电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
光敏电阻重要参数与特性：
（1）光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定外加电压下，当有光照射时，流过电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，惯用“100LX”表达。
（2）光谱响应。光谱响应又称光谱敏捷度，是指光敏电阻在不同波长单色光照射下敏捷度。若将不同波长下敏捷度画成曲线，就可以得到光谱响应曲线。
（3）暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定外加电压下，当没有光照射时候，流过电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，惯用“0LX”表达。
（4）光照特性。光照特性指光敏电阻输出电信号随光照度而变化特性。从光敏电阻光照特性曲线可以看出，随着光照强度增长，光敏电阻阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数状况下，该特性为非线性。
（5）敏捷度。敏捷度是指光敏电阻不受光照射时电阻值（暗电阻）与受光照射时电阻值（亮电阻）相对变化值。
（6）温度系数。光敏电阻光电效应受温度影响较大，某些光敏电阻在低温下光电敏捷较高，而在高温下敏捷度则较低。
（7）伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻外加电压与光电流关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压增大而增大。
（8）额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所容许消耗功率，当温度升高时，其消耗功率就减少[4]。
2.2.3 单片机对ADC0832控制
正常状况下单片机和ADC0832接口应为4条数据线，分别是CLK 、CS、DI、DO。但由于DI端和DO端在通信时并不是同步有效，并且与单片机接口是双向，因此电路设计时可以将DI与DO并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，CLK和DO/DI电平可任意，此时芯片禁用。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平，并且保持低电平到转换完全结束为止。此时芯片开始转换工作，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选取数据信号，同步由解决器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲。在第1个时钟脉冲下沉之前DI端必要是高电平，表达启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前，DI端应输入2位数据用于选取通道功能，DC0832与单片机接口电路如图2.9所示。

图2.9 ADC0832与单片机接口电路
当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0进行单通道转换。当2位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1作为正输入端IN+进行输入。当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。到第3个脉冲下沉之后DI端输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始运用数据输出DO进行转换数据读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一种脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一种字节数据输出完毕。也正是从此位开始输出下一种相反字节数据，即从第11个字节下沉输出DATA0。随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完毕，也标志着一次A/D转换结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后数据进行解决就可以了。

图2.10 DC0832封装以及各端子
作为单通道模仿信号输入时ADC0832输入电压是0~5V且8位辨别率时电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入输入时，可是将电压值设定在某一种较大范畴之内，从而提高转换宽度。但值得注意是，在进行IN+与IN-输入时，如果IN-电压不不大于IN+电压则转换后数据成果始终为00H[5]。
2.2.4 热释电红外人体检测模块电路
人体存在传感器工作原理：
自然界中各种物体，如石头、人体、火焰、木材、冰等都会发出不同波长红外线，运用红外传感器可对其进行检测。依照工作原理不同，红外传感器可分为量子型和热型两大类，热型红外传感器也称被动红外传感器或热释电红外传感器。与量子型红外传感器相比，价格便宜，响应红外线波长范畴较宽，并且可在常温下工作。量子型规定冷却条件，并且与热型特点相反。本系统采用是热释电红外传感器，人体存在传感器重要采用了红外传感器原理，它是当前在自动电梯、防盗报警、自动门火灾检测、自动照明、自动水龙头等场合，及非接触温度测量等领域应用最为广泛传感器。其原由于：①大气对3-51LM 、2-2.61LM、8-1411M三个被称为“大气窗口”特定光通量红外线吸取很少，很容易被检测；②被测对象自身发射红外线，可不必另设光源；③中、远红外线不受可见光影响，可不分昼夜进行检测。
人体传感器重要特性如下：
(1) 感应为全自动方式，人进入感应范畴时输出高电平(高3.3V），人离开感应范畴则自动延时关闭高电平，输出低电平(低0.3V)，其高低电平利于采集；
(2) 采用可重复触发方式。即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范畴活动，其输出将始终保持高电平，直到人离开后才延时8秒-15秒后将高电平变为低电平；
(3) 人体传感器工作电压宽为DC3V-DC24V；
(4) 工作温度在-15°和+700°之间，适应性强；
(5) 人体传感器制作成锥面形状，感应范畴大，不大于140度锥角，感应距离在7米以内；
(6) 可靠性强，敏捷度高。
(7) 其静态电流不大于50微安，功耗低；
人体存在传感器热释电红外探头特性及工作原理如下：
人体均有恒定温度，普通在37度左右，因此会发出波长10μM左右特定红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射10μM左右特定红外线而进行工作。人体发射10μM左右红外线通过菲泥尔滤光片增强后汇集到红外感应源上。红外感应源采用热释电元件，这种元件在接受到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测解决后就能产生由人体存在信号。
1) 菲泥尔滤光片依照性能规定不同，具备不同焦距（感应距离），从而产生不同监控视场，视场越多，控制越严密。
2) 为了仅仅对人体红外辐射敏感，在它辐射照面覆盖有特殊菲泥尔滤光片，使环境干扰受到明显抑制作用。
3）这种探头是以探测人体辐射为目的，因此热释电元件对波长为10μM左右红外辐射非常敏感。
4) 人体存在探测，其传感器包括两个互相串联热释电元，并且制成两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具备相似作用，使其产生释电效应互相抵消，于是探测器无信号输出。
5) 一旦有人进入探测区域内，人体红外辐射通过某些镜面聚焦。并被人体存在传感器热释电元接受，但是两片热释电元接受到热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号解决而输出有人体存在信号。
人体传感器透镜信号采集敏感区示意图如图2.11所示，当有人进入时，移动人体发出红外线被红外传感器接受，输出 高电平.则人体存在被感应。若人体进入最不敏感移动方向时，则人体传感器有时还会产生误动作，所体现信号就会不抱负。因而，要特别注意人体传感器安装方向。

图2.11 信号采集敏感区
人体传感器正视图如图2.12所示。

图2.12 热释电人体感应模块
人体传感器1号引脚为电源信号端，3号引脚为地信号端，2号引脚为采集信号输出端。在电路设计中，为了使人体传感器工作更加可靠，介于人体传感器信号引脚2与地信号引脚3之间加一种6800PF电容，此外人体存在传感器信号引脚2与单片机P3.3引脚相连，P3.3引脚再接一种100KQ上拉电阻，增长人体存在传感器输出信号可靠性。其电路原理图如图2.13所示[6]。

图2.13 人体传感器电路图
2.2.5 按键管理模块电路
按键管理电路采用独立按键通过程序进行控制、通过按键进行电路控制检测是自动检测还是手动检测，然后另有两个按键是控制检测开或者关，电路如图2.14所示。

图2.14 按键模块原理图
2.2.6 超时报警电路
在教室中，如果采用手动控制方式时，一方面由于管理人员及学生疏忽，教室里没有人而灯还开着，导致室内电灯工作超时，挥霍能源，于是本系统采用超时报警电路，用声音方式来提示管理人员与否关闭电源。另一方面由于学生学习紧张，学习期间开灯时间过长，在夜里忘了时间点，导致教室灯工作超时。于是本系统超时报警电路就会发出声音，提示学生必要改用遥控器手动方式来控制灯或该休息了。
蜂鸣器是一种采用直流电压供电，一体化构造电子讯响器。广泛应用于复印机、计算机、报警器打印机、汽车电子设备、电子玩具、定期器、电话机等电子产品中作发声器件。蜂鸣器重要分为电磁式蜂鸣器和压电式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“HA”或“H”（旧原则用“FM”、“LB”、“ JD”等）表达。下面对压电式蜂鸣器工作原理做出详细解释。
压电式蜂鸣器重要由阻抗匹配器、多谐振荡器、共鸣箱、压电蜂鸣片及外壳等构成。有压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片两面镀上银电极，经极化和老化解决后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.5~15V直流工作电压），多谐振荡器起振，输出1.5~2.5kHZ音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。
单片机P0.0端口外加一种10K上拉电阻，再通过限流电阻100欧与三极管9015基极相连。若基极为高电平，即P0.0端口为高电平时，三极管截止，蜂鸣器不工作，教室灯工作正常。当基极为低电平，即P0.0端口为低电平时，三极管导通，驱动蜂鸣发出声音以示教室灯工作超时[7]。超时报警电路如图2.15所示。

图2.15 超时报警电路
2.2.7 系统其她模块
（1）电源模块
依照系统需求，采用+5V电源就可以使系统正常工作。电路原理如图2.16所示，当电源接入后，批示灯亮起，此时表达系统进入工作状态。若批示灯未亮，则表达电源插头未接好，需要重新接通电源。

图2.16 电源电路图
（2）系统显示模块
系统采用8个发光二极管作为显示屏，以此来表达灯开闭状况以及不同状况下灯亮个数。电路图如图2.17所示。

图2.17 显示灯电路图
同步，系统还采用两个发光二极管作为手动和自动模式切换显示，此外，还采用三个发光二极管来对外界光线强弱限度进行显示，电路图如图2.18所示。

图2.18 批示灯电路图

3 控制模块软件设计与开发
在单片机硬件系统基本上，再配上相应软件，才干构成一种完整系统。顾客软件开发与系统硬件有着密切关系。在系统硬件及输入输出办法拟定后，程序软件就可以完全独立进行设计、开发。
本控制软件模块重要涉及：系统监控主程序模块、数据采集模块及系统功能键。
3.1 系统监控主程序模块
整个控制系统核心某些就是监控主程序，其外围模块在监控系统中作用普通都需要通过监控模块实现。监控主程序起引导作用，接受和分析来自键盘命令，进而把控制转到相应解决子程序入口。
本系统监控主程序模块涉及看门狗激活，对系统外围器件输入、输出参数初始化自检，实时中断解决，多任务操作模块调用等。其监控主程序流程图如图3.1所示。
开 始

系统初始化

设定定期器，容许定期中断

按键解决任务

环境光解决任务

人体传感器解决任务

定期管理系统

结束

图3.1 监控主程序流程图
3.1.1 系统自检初始化
保证整个控制系统可以正常运营重要条件是系统自检初始化，系统价电复位后，就直接进入自检初始化程序中，完毕系统自检及初始化。初始化过程重要是对某些数据区、控制器及外部芯片进行初始化定义和参数设立。本系统中自检初始化重要指接口芯片检测内部寄存器初始化及芯片内部设定参数初始化。
接口芯片检测重要是检查有无硬件故障，各芯片与否已处在准备工作就绪状态等。如检测环境光是如何影响光采集电路输出信号，检测各位LED与否正常显示系统设立开机时界面等。
系统内部寄存器初始化重要是指，在数据缓冲区内，某些特殊功能寄存器SFR复位初始化及各顾客定义数据变量初始化赋值，单片机复位后，程序状态字寄存器PSW清零，程序计数器PC指向程序存储器入口地址0000单元，堆指针SP指向07H，片内部存储器选取1区工作寄存器，其她定期器、中断容许寄存器IE累加器ACC等皆为00H顾客标志位F0为0状态[8]。
3.1.2 定期中断解决
定期中断时运用单片机内部计数值已满终端或定期器定期时间到，内部定期器计数器可以对从外部引线T0和T1输入外部脉冲或内部时钟进行计数，中断祈求信号是计数器溢出信号，去置位定期器溢出标位，向单片机CPU申请中断。
定期中断是周期中断，每隔一段时间会中断一次。本系统中设定定期中断重要用来构成多任务操作系统，在系统响应中断后，该中断可以启动关于任务就绪，即无需对断点实行现场保护，可以直接进行多任务时间划分工作，使相应操作任务进入就绪状态。该定期中断解决程序框图如图3.2所示。
本系统还采用了外部中断，重要用来判断与否有遥控器信号，若无，则返回到主循环；若有，就采集下来并加以解决。
本系统中数据采集对象为人体存在信号及环境光信号。在程序设计中，对这两个数据采集放置多任务模块中实行定期采集[9]。
定期中断到？
下一步
多任务启动时间划分
N
图3.2定期中断解决程序框图
开始
Y
N

3.1.3 ADC0832数据读取程序流程
为了实现通信高速有效，接口程序采用汇编语言编写。由于ADC0832数据转换时间仅为32μS，因此A/D转换数据采样频率可以不久，从而也保证某些场合对A/D转换数据实时性规定。数据读取程序以子程序调用形式浮现，