智能化节能照明控制器设计

天津大学网络教育学院本科毕业设计（论文）

题目：智能化节能照明控制器设计

完成期限：2016年1月8日至 2016年5月10日

学习中心：选择一项。

专业名称：选择一项。

学生姓名：[此处键入学生姓名]

学生学号：[此处键入学生学号]

指导教师：[此处键入教师姓名]

随着工业化、智能化的发展，单片机已广泛应用于机械、电子、信息等各个领域，作为整个嵌入式控制系统的主体和核心——微型计算机，不断替代传统的电路系统，而“工业4.0”的发展也为智能化节能照明控制器设计奠定基础。

中国是个人口大国，在生活中出现浪费电的现象屡见不鲜。根据保守估计因为浪费而消耗的电能大概占所有耗电的40%。因此，在人们能够正常使用照明装置的前提下，设计出智能化节能照明装置是有必要的。这不仅响应了国家“低碳环保生活”，也为人们节省了开支。

本设计以AT89C51芯片为核心，提出一种双元型热释红外感测元件和光频接收电路相结合的一种新型智能化节能照明控制器的设计，通过对室内光线强弱的收集和人体电传感器的感测，确定熄灯关灯的功能，从而达到智能化节能的功能。。

关键词：AT89C51芯片；双元型热释红外感测元件；光频接收电路；

第一章绪论 (1)

1.1 课题背景 (1)

1.2 国内外研究现状 (1)

1.3 课题的主要工作 (2)

第二章总体设计 (3)

2.1 总体设计方案 (3)

2.2 系统设计流程图 (3)

2.3 功能描述 (3)

2.4 系统硬件电路框图 (4)

第三章系统硬件设计 (5)

3.1 硬件设计方案 (5)

3.2 单片机系统介绍 (5)

3.3 光频接收模块的设计 (8)

3.3.1 光敏三极管功能 (8)

3.3.2 光照强度检测模拟电路的设计 (9)

3.4 人体检测电路的设计 (11)

3.5 灯光控制电路设计 (12)

3.6 灯光强度显示部分的设计 (13)

3.7 蜂鸣器提示模块 (13)

第四章系统软件设计 (15)

4.1 软件设计方案 (15)

4.2 逻辑控制电路 (15)

4.3 软件设计流程图 (15)

第五章系统调试 (17)

5.1 系统调试方案 (17)

5.2 仿真调试结果 (17)

第六章总结 (19)

参考文献 (20)

附录 (21)

致谢 (25)

第一章绪论

在经济高度发达的今天，社会的发达程度与地球上的资源和能源密切相关，然而地球上的资源和能源有限，能源短缺问题在地球上的诸多国家中越演越烈，在口众多的我国也同样面临资源和能源有限的危机。目前，有很多国家正提出“节约资源，保护环境”的口号。那么如何节约资源和能源，将其效率最大化，正是很多工程师和技术人员要攻克的问题。随着工业化的开始，电力产业的发展，衍生出电灯等很多现代化用具，但是传统的照明工具并不节能，必须借助人的主动性，所以也非智能化。智能化节能照明控制系统的设计解决了这些问题，完全脱离人的主动性而实现智能、节能的效果。

1.1 课题背景

最近几年以来，我国的电力发展取得了很大进步。今天我国的电力装机容量已经突破9个亿千瓦,仅落后于美国，已经连续14年排名位于世界第二[1]。但是我国仍然并将长期面临着电力和能源紧缺的问题，而这些也是制约我国GDP发展的重要因素之一。尤其是到了夏天，用电量巨大，我国的电力供应明显有点力不从心。根据某电力专家的估计：珠三角，江苏，上海在电力供应方面分别是“极度缺电”、“严重缺电”、“缺电”三种状态。

节约用电在我国已刻不容缓，因此，国家和地方政府相应的采取一系列措施。在2004年，国务院办公厅发布的紧急通知，该通知主要是关于举办节约资源的活动，强调了认真开展节约资源的活动的重要性，并且提出了要求走“资源节约型、环境友好型、经济效益高”的新型工业化的道路，把节约资源、降低能耗放在重要地位，而且要抓好用电的布浪费兼合理的用电，最终达到提升能源的综合利用率的效果[2]。

现如今，LED灯的广泛使用，不但照明效果好，而且还节省了大量的能源，LED吸引了全世界人的眼球[3]。但是技术虽然在不断的发展提升，毕竟世界人口众多，就仅仅我国就有13亿人口，如果不能从生活中实现节能的效果，这样的浪费也是巨大的[4]。

1.2 国内外研究现状

智能化节能照明控制器的设计是综合计算机、智能楼宇、电子信息通信等方面较先进的技术，实现室内无需人工控制就能进行自动熄灭灯的设计[5]。就目前的技术和手段而言，完全可以实现的一种控制器。

英国的Glasgow市的一个报道曾指出：“Glasgow正在成为一个研究和发展太空时代智能建筑的国际组织的神经中枢。在智能建筑中的智能灯光、供热、空调、通讯及办公设备将全部由电子计算机进行控制与管理”[6]。不仅Glasgow市强调了对人工智能的重视，很多国内外的其他城市也有相关报道。

2002年，德国颁布了促进“供热供电结合”的法规，根据这一法规，政府向实施该措施的能源公司，尤其是小型能源公司提供补助，帮助他们置办相应设备。

中国城市每年用于公共照明的能源支出高达280多亿，节能空间巨大。其中路灯照明能耗占30%以上。发展城市道路照明的同时，路灯以供街道照明以外，还大力兴建了不少景观照明工程，美化城市的夜景，但同时也带来了能耗的极大浪费。据统计2005年，我国全社会的总用电量约为24000 亿kW·h，照明用电量约为3000 亿kW·h，且每年以13% ～ 14%的速度递增，预计到2010 年，照明用电量将超过5000 亿kW·h，新增照明用电2000 亿kW·h[7]。对家庭用电，据测算，其照明耗电占整个区域所有耗电的40% 左右，可见在保证照明质量的前提下，对室内灯光进行自动控制，其节能效益和经济效益都是相当可观的。目前对灯光的智能控制，国内外已经开始采用，但针对室内灯光的控制智能系统还不是很完善，依然是人工管理占主导地位。现在伴随高楼大厦不断的扩建，家庭用电电负荷不断加大，室内用电系统不够不善，造成用电的浪费与经济损失，这种做法显然与当今节约能源的理念相违背。

随着人工智能技术的应用在不断发展壮大着，面对着这一趋势，很多技术人员开发了很多智能灯光的设计。例如：智能楼道灯具布置系统、智能灯具、照明灯光自动化和管理系统，其中大部分的设计都会包括硬件和软件的设计。

1.3 课题的主要工作

本课题主要以AT89C51单片机作为整个控制系统的“头脑”，通过红外感测和光照强度检查电路作为辅助设计，研制一套智能化节能照明控制器设计。其研究目的是通过对室内光线强弱的收集和人体电传感器的感测，确定熄灯关灯的功能，从而达到智能化节能的功能。

课题研究主要包括以下几个方面：

（1）AT89C51单片机的选择；

（2）光频接收模块的设计；

（3）液晶显示器电路的设计；

（4）蜂鸣器提示模块的设计；

（5）驱动电路执行机构的设计；

（6）对双元型热释电红外传感器接收信号的信号处理电路的设计。