高校教室灯光节能控制

在发送端TXD将串行口的 TTL电平信号转换成差分 信号A，B两路输出，经传 输后在接收端RXD将差分
信号还原成TTL电平信号。
为避免信号的反射和回波， 在总线电缆末端并接电阻， 阻值为120欧姆。
4.4时钟模块
• 时钟模块: 采用DS1302芯片，芯片内含实时时钟/日历 和31字节静态RAM；
X1,X2外接32.768KHZ的晶振，SCLK串行时钟
输入端口，I/O口，RST复位口分别与主控芯片 的P1.0，P1.1，P1.2连接。通过时钟电路给液 晶屏实时显示时间
4.5其他模块
上位机中使用的还有EEPROM模块，液晶模块，按键模块以及强制开关
外部储存EEPROM模块采用AT24C16，用于储存系统密码，设置参数等。
5.3液晶显示屏
总界面
密码进入界面
设置界面
正常运行界面
强制界面
密码界面
时钟初始化
参数设置
强制运行界面
照度设置
人员设置
时间设置
5.3液晶显示屏
液晶显示屏采用深圳拓扑微科技开发公司生产的中文显示模块LM3033。液 晶显示屏的流程实现由可视界面和按键共同完成。 系统在初始化之后，可通过由一个外部中断扩展的四个按键进行界面转换 以及参数设置。在不同界面，按键的作用不同，用户可根据界面的提示完成 具体操作。 系统的内部参数的设置，例如不同模式下光照强度的设置以及人员的阈值 设置均是通过软件编程实现。在用户使用时按下对应的模式环境即可完成相 应的灯光控制。
VCC
C11
R13 1M
R9 10K
R10 1M
VO
C10
9
10
11 1 2
VC IB
VDD
源自文库
VDR
8 7
6
VSS
R15
RR2 RC2
12 13 14
5
4
2 OUT
2IN IN+
RC1
R14
RR1
3
R11 2M
3 R16 2 1
C14
15
INOUT
V0
PIR
R7 47K
16
A
C12 10PpF
C15
(T1)P3.5
4
5 6 7 8 9 10
17
16 15 14 13 12 11
P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P3.7
GND
AT89C2051
2 系统设计
•
上位机的组成：5V稳压电源模块，微控制器AT89S52，485通讯模块，数
据存储模块，液晶显示模块；
• 主要实现的功能：设置照度和人数阈值，设置工作时间；接收下位机数
字信号的形式输出电压比较结果， 实现A/D转换，也能减少单片机的
误判比例。
4 主控模块和基本电路图
• 4.1 电源电路： 220V交流电经变压器T1降压，得到9V交流电，再经过桥式整流电路整流， 电容C4滤波，稳压芯片7805稳压及电容C6再次滤波，得到稳定的5V直流电压。 可以作为单片机的电路的电源。
• 该系统采用主从结构，由上位机和下位机两部分组成。
•
•
下位机的组成：AT89C2051单片机，5V稳压电源模块，环境光照度检
测模块，红外检测模块，RS485通讯模块； 主要实现的功能：通过红外热释电传感器和光敏传感器实时采集人体
存在信号和照度信号，将采集到的数据发送给上位机，根据上位机的指令 对灯组进行控制；
2 系统设计
5V电源 工作指示灯
I/O
热释电传 感器
信号处理 模块
T1 AT89C2051
串行口
RS485通讯模 块
环境光检测 信号
T0
I/O
功率器件
灯组
2 系统设计
PDIP/SOIC
RST/VPP
1 2 3
20 19 18
VCC P1.7 P1.6
P1.5
(RXD)P3.0 (TXD)P3.1 XTAL2 XTAL1 (INT0)P3.2 (INT1)P3.3 (T0)P3.4
2017
高校教室灯光节能控制
目
01
设计总体思想及主 流程图
2 0 1 7
录
02
系统设计
CONTENTS
03
元器件和芯片的选择
04
基本模块和电路图 的设计
05
各模式的控制及实 现
1 设计总体思想
时间、光照度和人员分布构成了系统控制依据的三大要素。利
用时间控制模块，红外传感器以及教室的明暗分布，人流量，教室
C3 10pF
R12 47K
BISS0001
R8 1M C10 47pF
热释红外信号电路图
•
比较电路组成：由两个运算放
大器组成，输入信号为红外传感信 号处理电路的输出。当被动红外探 头在有效范围内感应到人体信号后， 运算放大器的6脚和1脚电压为3V； 当没有感应到人体时，6脚和1脚电
压为1V。通过比较电路，可以以数
4.2固态继电器模块
系统中选用的固态继电器为JGX-3F，作为模块的主要组成部分。该模块
的一端与单片机相连，一端接灯组，当下位机接到上位机发出的开灯指令时，
将灯控端口置低，使固态继电器导通，从而达到开灯的目的；当收到关灯指 令时置为高端口，继电器开关断开，灯组灭灯
4.3 通讯模块
• RS485通讯模块：
采用光敏二极管作为光电传感器； 光敏二极管的优缺点：线性好，响应快，灵敏度高，噪声低，但输出电流 小；
光信号 电参量信号
光源
测量头
光学系统
光电原件
电子测量 电路
可用信号
被测量量
3.2环境光照度检测电路
• 由光信号采集电路和A/D转换电路组成。信号经过采集，模数转换，再送给 单片机处理，作为是否开关灯的依据。当光强度>X0时，光敏二极管为低阻， 三极管Q3基极电压升高，Q3导通，集电极输出为低电平；当光强度<X0，相反。 芯片TLC549将模拟信号转换成数字信号，可采用三线串行接口方式与单片机 连起来。
据，发出开关指令；通过LCD显示当前工作状态和工作模式；
2 系统设计
5V电源 EEPROM
液晶显示
I/O
I/O
RS485通讯模 块
时钟芯片
I/O
AT89S52
串行口
模式信号探 测器
I/O
INT0
INT1
2 系统设计
3 元器件和芯片的选择
• 3.1光照检测方式：
光电传感器工作原理:把光强度信号转换为电信号；
板书模式以及自习考试模式。具体流程见下图
1设计总体思想
开始
在工作时间
Y
N
N N
讲台有人
有手动输入
N
有手动输入
有投影信号
N
关闭所有的灯
Y
手动模式 投影模式 讲课模式 自习模式
Y
根据手动信号 控制灯组
结束
根据手动信号 控制灯组
N
有设置信号
Y N
退出强制模式
有设置信号
Y
退出强制模式
关闭所有的灯
结束
2 系统设计
采用RS485组成多机通信模式
完成上下位机间的通讯； RS485的优点：采用差分信号 负逻辑，即逻辑“1”表示电压 差为+（2-6）V，“0”电压差为
-（2-6）V；抗噪声干扰性好，
灵敏度高；传输速率和传输距离 大；有多点互连功能，可同时最 多连接128个收发器
• 通讯电路： • MAX485作为通讯模块的主芯片，将输出信号转换为差分信号进行远距离传输。 485芯片之间采用带屏蔽层的双绞线连接，抵消通电时产生的磁场，并将屏蔽 层作为地线，将上下位机连接起来接入大地。
液晶模块采用的是LM3033 按键模块由四个按键组合。
5 各模式控制
5.1强制模式 管理员将自动/强制开关置为低电平，系统进入强制模式，通过按键控制。 5.2自动模式 5.2.1自习模式 在该模式下，系统检测教室是否有区域亮灯，然后检测光照是否达到300Lx,若超 过则关掉，若小于则探测该区域是否有人，有人且人数大于阈值Y0则开灯，小于则 不开灯。 5.2.2板书模式 在该模式下，照度设置更改为讲台500lx，其余位置与自习模式一样。 5.2.3多媒体模式 在该模式下，照度设置更改为讲台0lx，其余位置与自习模式一样 这些参数的设置均可以在控制面板中可以进行设置
型号RE200B的红外传感器
隔一段时间对人体存在参数信号采集。
3.3红外人体检测电路
• 红外传感器输出信号幅值小（<1mV ）,需要一个信号处理电路；
检测对象 菲涅尔透镜 热释电传感器 信号处理电路
• 采用热释红外处理芯片BISS0001对红外传感器输出信号进行处理；
从红外传感器S极输出信号送至 BISS0001的14脚，经过两级放大后，从2脚 输出信号，送至比较器进行判断。
桌面的亮度要求阈值等参数对教室的灯光进行智能控制。这样设计
不仅考虑到了局部， 而且能从整体上把握提出开关灯方案，进一
步增强了节能效果。
1 设计总体思想
系统在处理由红外热释电传感器采集到的人体信号时，加入模糊人数判断
标准，即区域人数大于阈值Y0才开灯，以解决人数分布过于分散时打开过多
灯的问题。 在照度方面，将要求设置为一个阈值。即开灯的条件为未打开灯时的照度 小于300lx且开灯后的照度小于X0。 系统采用的模式分为强制模式和自动模式。自动模式细分为多媒体模式，
3.2热释红外传感器
热释红外传感器： 由敏感单元，阻抗变换器，滤光窗三部分 组成； 人体发出的红外线使得敏感单元的温度发 生变化，从而导致电信号产生，但传感器的 低频响应（0.1-10HZ）和对特定波长红外线 （5-15um）的响应决定了传感器只对外界的 红外辐射而引起的传感器的温度变化而敏感。 解决办法：程序设计时在人体存在状态后间