基于单片机的社区照明控制系统毕业设计方案

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题 目 基于单片机的社区照明

控制系统的设计 学 院 信息科学与工程学院 专 业 通信工程 班 级 通信1103 学 生 徐永芳 学 号 20111221321 指导教师 袁华

二〇一五 年 三 月 十 日

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学院 信息科学与工程学院 专业 通信工程 学生 徐永芳 学号 20111221321 设计题目 基于单片机的社区照明控制系统的设计 一、选题背景与意义

1. 选题的背景、目的、意义

随着社会的快速发展，能源消耗量逐年上升，照明用电水平也逐年提高，对日益增长的用电负荷和电量的需求，如不采取照明节电措施，势必会造成相当大的用电缺口，因此，建筑照明节能势在必行。我们从最初只提供亮度的基本功能到现在产生了多方面的需求：除了提供适宜的环境亮度以外，还要营造优雅舒适的氛围；用户方要求控制方式灵活方便，能实现按需配置，同时实现节能、降低运行费用；施工方面要求安装简单、维护方便；设计方要求系统能提供满足用户多样性要求的各种技术手段。需求的变化导致控制方式的改进；从传统的机械式开关演变为电子技术的智能照明系统。

能源短缺一直都是我们所面临的重大问题。在寻找新的能源之外，节约能源，提高效益也就成为了我们研究的方向。所以如何来节省电力能源也成为了一个迫切需要解决的问题。从节约资源、对社会贡献。节省部门经费支出等多方面考虑，办公室、高校等公共场所照明的节电问题不得不提到重要的议事日程上来。目前常用的节电方式为手工控制，声控型，太阳能灯等。手工方式操作起来不灵活，费时费力。声控型往往判断不准确，不需要的时候也会经常亮。太阳能设备投资比较大，且容易受光照强度的影响。因此市场上迫切需要一种造作方便、价格低廉、便于大面积推广的新型节能方案。采用智能照明控制系统后，用户可以根据不同场合、不同的人流量，对时间段和工作模式进行划分，把不必要的照明灯具关掉，在需要时自动开启；同时，系统还能充分利用自然光，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命。虽然智能照明系统最基本的功能是开关作用，与传统的照明系统似乎并无差异，但前者以自动控制为主、人工控制为辅，在一般的情况下，不需要用户的参与，照明系统自动实现开关功能大大减少了人们的管理工作。智能照明控制系统减少了灯具使用时间，能有效节约能源，由于我国以前的粗放型经济增长方式已经导致资源匮乏，这种一味的靠资源和牺牲环境来换取GDP的增长的外延扩展方式已经走到尽头，所以调整产业结构。在照明行业推广智能照明系统具有重要的意义。

2. 国内外研究现状、水平及存在的问题

智能控制技术发展方向主要有基于人工智能技术的智能控制方向、智能控制的模糊控制

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方向和智能控制的人工神经网络控制方向，在智能控制的人工神经网络控制方向上，基于人工神经网络和模糊逻辑有机结合的神经模糊技术，已成为近年来的一个热门课题。以下是几种新型照明控制系统：

（1）基于射频技术的无线网络智能照明控制系统

系统采用了分几组网的方式，由有线和无线通信两种网络组成。整个系统由PC、Atmega8单片机、无线射频模块RF905以及照明控制模块组成。使用有线网络来直接连接上位机与下位机。附近的下位机和分机则采用无线信道通信，这样不但可以减少物理线路的连接，而且还可以增加通信的可靠性。

（2）基于红外技术的智能照明控制系统

系统由AT89S51单片机、热释电红外传感器检测模块、光电检测模块、执行控制模块（继电器、手动开关）等组成。通过光电检测模块和热释电红外传感器检测模块采集室内光照强度、人数分布等信息，并送至单片机，通过单片机来实现智能化。此系统能根据实际需要来控制照明灯的开关，可大幅度降低电能的浪费，而且成本低廉，达到了环保节能的目的。

（3）基于CAN总线的智能照明控制系统

该系统的上位机采用了工业控制计算机，主要负责接管系统数据、发送控制命令、实时显示系统工作过程等。下位机是各智能节点，微处理器AT89C52单片机，负责每个照明区域的现场数据检测和工作状态控制等。CAN总线设计思路独特、性能优良、可靠性高。

（4）基于ZigBee和模糊控制的新型室内照明控制系统

整个系统包括ZigBee无线传感器网络、基站和远程监控中心。利用传感器来采集亮度、人员位置信息，并利用ZigBee无线传感器网络输入到基站PC机。基站PC机自动分析处理相关信息，计算所需引入的自然光量以及补充的人工照明量，从而确定照明模式，并通过ZigBee输出结果，从而实现室内照明的自动控制。

二、设计内容

1.设计要求

本设计的内容是利用单片机微型电脑的智能控制，通过多个电路模块与单片机结合，实现对路灯的实时控制。本系统设计包括硬件电路设计与软件设计两大部分。在硬件模块电路设计中，应该包括单片机控制部分、时钟电路模块、复位电路、按键输入模块、显示电路模块等。软件程序是该系统中对功能实现起着非常重要作用的部分。应该包括每个功能模块的子程序实现，包括时钟显示程序，设定开灯和关灯时间程序，动态扫描程序，调时程序等。

2.设计构思

该智能照明控制系统由光照强度检测组件、热释电红外线传感器、单片机控制电路及输出控制部分组成。在信号输入部分，利用光敏电阻感应到得自然光的强度的信号，再利用热释电红外线传感器的热释电效应，感应是否有人体信号，在确定有人的情况下，再将这些信

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息经数模转换传送到控制单片机中心，通过设定的控制程序，对照明线路的用电器进行智能控制。 系统只有在光线暗，同时又有人体存在条件下才启动照明系统。 当检测到两边都无人活动时或者自然光照强度大时，就切断照明电路，到达节能的目的。系统总体结构原理如图 1 所示：

图1 系统总体结构原理

3.预期研究结果

（1）通过计时系统对时间进行有效控制 （2）单片机对路灯信号能够实时控制 （3）输入开关按钮，进行时间控制 （4）显示采用数码管和LED二极管

（5）实现时间设置路灯的开关，对小时和分钟可以进行调整 （6）启动后进入计时显示，每天循环控制。

三、设计方案

本控制系统，利用热释电红外线传感器，当检测到有人，用热释电红外线传感器的信号处理器芯片，转换传至单片机； 同时， 触发光敏传感器检测当前室内光照强度，通过转换芯片转换传至单片机，判断光照强度的强弱，若光照强度低于初始设定值，此时使其单片机给照明控制电路发出控制信号，打开照明灯。

系统设计可分为硬件设计和软件设计两部分。根据我们需要实现的功能，合理选择元器件进行设计。

硬件设计部分，主要涉及到构造原理图，并对原理图用keil软件进行仿真。然后一旦仿真测试出我们想要的结果，就可以进行下一步原理图的绘制，利用prote99 se软件进行原理图的绘制，对各个元器件进行封装，并根据原理图画PCB图，进行调整，最后制作实物电路板。

软件设计部分，应该结合硬件电路所要实现的功能进行设计。主要针对光电检测电路和

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热释电传感器输出信号进行处理。当光强的时候，系统对光照进行检测，产生信号并处理控制灯的开关状态，科学管理灯光的亮与灭，达到节约用电的目的。

三、设计方案

1、硬件系统设计

系统以单片微型计算机AT89C51为核心外加多种接口电路组成，共有四个主要部分：环境亮度检测电路、延时电路、热释电红外传感器及处理电路、输出控制电路。如图2所示：

图2 系统硬件原理图

（1） 环境亮度传感模块

光信号取样电路图如图3所示，主要由光信号采集电路和A/D模数转换电路组成，其中模数转换是电路的核心。信号经过采集送入A/D转换电路，通过单片机处理后，最终作为系统应用程序进行开关灯的判断依据。

图3 光信号取样电路

图3 光信号取样电路

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xajt.html