實驗室照明設計控制系統(tǒng)論文

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1系統(tǒng)方案設計

系統(tǒng)采用以單片機為核心，設計外圍控制電路，構成控制系統(tǒng)。除單片機外，系統(tǒng)還包括紅外檢測模塊，光照檢測模塊，報警聲光模塊，以及照明設備控制模塊。將教室劃分4個區(qū)域，分別由4個熱釋紅外線傳感器模塊監(jiān)測，為單片機提供每個區(qū)域是否有人作業(yè)的信息。當探測到某個區(qū)域有人作業(yè)時，啟動光照強度檢測，以判斷是否開啟照明設備，若需開起照明設備，在根據(jù)光照強弱來調節(jié)燈照亮度，提高教室的照明。

2硬件設計系統(tǒng)

硬件包括電源，單片機AT89C51，熱釋紅外線傳感器模塊，光照檢測電路，照明設備控制電路，警示電路六個部分。

2.1單片機選型與基本電路ATMEL公司的AT89C51芯片指令集和芯片引腳與Intel公司的8051兼容；具有4KB片內在系統(tǒng)可編程Flash程序存儲器，128字節(jié)片內隨機讀寫存儲器（RAM）；4個準通用輸入輸出口；2個16位定時/計數(shù)器；6個中斷源，2級優(yōu)先級；1個全雙工串行通信接口；時鐘頻率可達33MHz。上電自動復位電路中上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。單片機的RST復位引腳是高電平有效的，高電平有效的持續(xù)時間應為24個振蕩周期以上。

2.2紅外檢測模塊熱釋紅外線傳感器通過檢測人體輻射的紅外能量，而感應人體，它具有靈敏度高，體積小，抗干擾能力強等特點，因此迅速得到了廣泛的應用。它由敏感單元，阻抗變換和濾光窗三個部分組成。熱釋電紅外人體傳感器的結構決定了它只對溫度變化敏感，當環(huán)境溫度變化時，做在同一硅晶片上的兩個溫度敏感單元所產(chǎn)生的及形象感，能量相等的光電流在內部回路中相互抵消，傳感器無信號輸出。HR-SR501是基于紅外線技術的自動頭設計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式。當人進入其感應范圍則輸出高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。

2.3光照檢測電路光敏電阻是利用半導體的光電效應制成的，在光的作用下，其電阻值一般隨光照增強而減小。隨光照減弱而增大。利用光敏電阻的這一特性，可以制作各種光控開關等電子電路。RP和R2組成分壓器，當RP隨著光照的變化而改變阻值時，其分壓器輸出的電壓也隨之改變，然后將這個變化的電壓送到ADC0832進行模數(shù)轉換送到單片機進行數(shù)據(jù)分析和處理，用以確定自然光照的強度來作為照明設備強弱調節(jié)的依據(jù)。

2.4照明設備控制電路該電路的功能是依據(jù)單片機發(fā)出的指令完成對照明設備的控制。由于該電路是利用單片機的弱電信號控制市電，需要將強弱電隔離，避免強電串入弱電而損壞單片機及外圍電路。采用光耦和可控硅配合控制照明設備，能夠有效解決電壓隔離的問題。MOC3041內部含有過零檢測電路，當輸入引腳1輸入15mA的電流，輸出端6引腳、4引腳之間的電壓稍過零時，內部雙向晶閘管導通，觸發(fā)外部晶閘管導通，當MOC3041輸入引腳輸入電流為0時，內部雙向晶閘管關斷，從而外部晶閘管也關斷，其調光控制電路如圖5所示：

2.5聲光報警電路聲光報警模塊的功能是發(fā)出響亮的報警聲和引人注意的燈光提示。一般簡單的蜂鳴器即可完成聲音報警功能，通過單片機控制蜂鳴器每次鳴叫時間，發(fā)出短促的報警聲，引起有關人員注意。燈光報警電路應產(chǎn)生閃爍的有顏色的燈光，這樣的電路對環(huán)境產(chǎn)生明顯的影響才可以引起注意。

3軟件設計

系統(tǒng)啟動后首先進行一些必要的初始化，接著通過熱釋紅外線傳感器檢測實驗室是否有人員在作業(yè)，如果有人則檢測自然光的光照強度，檢測教室光照是否足夠，若足夠則關閉燈光，否則調用燈光控制子程序。

作者：周永強單位：四川師范大學成都學院