教室节能照明智能控制系统硬件设计系统方案论证

教室节能照明智能控制系统硬件设计系统方案论证
1.1节能照明实现方式方案论证
在设计最初需要一个整体的思路来确定设计的框架。

首先根据设计任务来确定所需的功能模块；然后按照一定的作用顺序把各个功能模块连接起来。

本系统需要两个传感器来分别检测人体红外信号和自然光强信号，需要按键电路来强制灯的开关，还需要指示电路来指示系统的工作状态，等等[7]。

如图1.1，为该照明系统总体框图。

图1.1 系统总体框图
该照明系统总体框图，包括：系统核心AT89C51单片机，输入为两个传感器电路即人体红外检测电路和自然光检
测电路，强制开关的按键电路。

输出是LED指示电路以及继电器执行电路。

最后由继电器电路来控制照明电路的通断，从而实现照明的自动控制。

这里的流程图是方案流程图，是提出来的思路流程图。

可以提出好几种方案，来进行比较，评价，最终确定一种比较合理的方案，如下是本人提出的三种方案。

1.1.1系统最基本的实现方案
如图1.2是一种系统最基本的实现方案的流程图。

控制方案的流程图，流程经过初始化以后，先判断有无按键按下，如果有则执行相应按键处理程序。

如果没有，继续判断红外检测电路有无探测到有人，无人时，灭灯并返回继续判断有无按键按下。

如果探测到有人，就接着判断当前照度是否满足设定要求。

若照度满足要求，继续返回灭灯程序；若不满足，就给继电器一个动作信号，使其动作，从而开启照明电路[9]。

图1.2系统最基本的实现方案流程图
在设计系统流程时，是先判断光照还是先检测是否有人是，本人遵循的原则是“以人为本，人使用灯”。

如果没有人，
开关灯就无意义，所以应先判断是否有人，而不是先判断光照情况。

本方案是智能照明系统的一种最简单的流程图，表现在什么地方呢，就是它只控制灯的亮与灭，没有调光功能。

后面的方案将体现方案一的这点不足。

1.1.2 教室照度可调方案
如图1.3为照明系统调节照度方案的流程图。

图1.3教室照度可调方案流程图
如果设计的照明控制系统能够调节照度，那么照明效果
和节能效果将会更好。

如图1.3具有两个照明调节等级的方案。

按键判断与有没有人的判断与方案一相同，可见光照度判断与方案一不同，其工作方式为：设照度X2>X1>0,当环境照度E>X2时，不需要人工照明：当X1<E<X2时，开一半的灯，即可满足照明需求；当E<X1时，灯全部打开。

这样在傍晚，阴天的时候，就可以比方案一节约不少电能。

1.1.3系统设定调光电路工作的方案
如图1.4为照明控制系统设定调光电路工作方案的流程图。

图1.4 调光电路流程图
此方案的特别之处也在于它的可见光检测电路和调光电路。

它能够监测当前照度值E1，与设定值E0作比较，当E1<E0时，启动调光电路进行照明补偿，维持照度不低于设定值E0。

方案三的可见光检测电路精度要高于前两种方案，因为它的调光需要一个精确的反馈值来设定调光电路的工作。

这种方案对于教室，图书馆等场所，这种需要一个恒定照度的场合是非常合适的，如果希望荧光灯能实现照度调节，需要配合数字整流器。

1.1.4方案的比较与选择
对于方案一流程经过初始化以后，先判断有无按键按下，如果有则执行相应按键处理程序。

如果没有，继续判断红外检测电路有无探测到有人，无人时，灭灯并返回继续判断有无按键按下。

如果探测到有人，就接着判断当前照度是否满足设定要求。

若照度满足要求，继续返回灭灯程序；若不满足，就给继电器一个动作信号，使其动作，从而开启照明电路。

方案二按键判断与有没有人的判断与方案一相同，可见光照度判断与方案一不同，其工作方式为：设照度X2>X1>0,当环境照度E>X2时，不需要人工照明：当X1<E<X2时，开一半的灯，即可满足照明需求；当E<X1时，灯全部打开。

这样在傍晚，阴天的时候，就可以比方案一节约不少电能。

第三种方案它够监测当前照度值E1，与设定值E0作比较，当E1<E0时，启动调光电路进行照明补偿，维持照度不低于设定值E0。

方案三的可见光检测电路精度要高于前两种方案，因为它的调光需要一个精确的反馈值来设定调光电路的工作。

尽管方案一是最简单，最基本的方案，却也体现了智能照明的基本思路。

方案二实现两种等级的控制，方案三实现一种连续的控制是比较难的。

这次设计本人就以第一种方案来设计该照明系统。

1.2可见光检测电路方案论证
可见光检测电路中的感光器件有两种：一种为光敏电阻，另一种为光敏二极管。

1.1.1光敏电阻检测方案
如图1.5光敏电阻电路图，该方案的感光器件为光敏电阻R25，R19-为精密电阻。

光敏电阻R25一端接+5V电源，另一端与R19电阻分压。

图1.5 光敏电阻电路图
该方案的感光器件为光敏电阻R25，R19为精密电阻。

光敏电阻R25一端接+5V电源，另一端与R19的电阻分压。

当有光照射时，光敏电阻阻值下降，三级管VT进入饱和状态，输出为低电平；当无光照时，三极管VT截止，输出为
高电平。

经电压比较器与反向器整形后直接与单片机I/O口连接。

1.1.2光敏二极管检测方案
如图1.6光电二极管电路图。

图1.6 光电二极管电路图
使用一个光敏二极管D2，电压比较器U3为电压比较器集成芯片LM339的一个单元，电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。

1.1.3方案的比较与选择
方案一使用一个光敏电阻作为光线传感器检测环境的光照度,光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，
入射光弱，电阻增大。

同时利用相反器和电压比较器作为放大倍数接近“无穷大”的运算放大器，利用可调电阻用来设定与所要设定照度值对应的比较电位。

方案二使用一个光敏二极管D2作为光线传感器检测环境的光照度，方案一和方案二相比较，方案一在应用中更加灵敏，效果更好，因此在本次设计中选则方案一来实现可见光检测。