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教室照明智能控制论文

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一、系统设计

系统设计主要包括硬件和软件两大部分。系统的结构主要由三部分构成。上位机系统、下位机系统、通信系统。其中主控制器(主机)与分控制器(从机)进行信息交换,利用分控制器采集信息数据进行判断,去控制灯具的照明灯开关状态。每个教室分控制器是以单片机AT89C51为核心的数据采集和处理装置,它直接与各种I/O设备(如光敏传感器、继电器)红外传感器、温度传感器、蜂鸣器等)相连,通过这些I/O接口,MCU实时采集它们发送的数据,经计算并保存在内部存储器;主控制器具有RS485接口,它读取各个教室分控制器中所采集的教室的信息进行处理判断,并通过RS485接口对教室分控制器发出指令,以控制教室照明设备的开或关。

1.通信系统。此通信系统是多机通信,采用RS485半双工主从式。从机用中断的方式接收主机发来的命令或数据并做出响应,其任务是负责对分布的照明灯具进行开关控制;主机发送命令或数据到从机。

2.上位机系统。上位机系统由主控制器、串行总线、显示及控制软件等组成。其控制命令或数据由总线发送给分控制器。可将信息进行数码显示、看门狗电路对运行程序进行监视、实时时钟电路对照明灯具进行定时开关控制。

3.下位机系统。下位机系统是以单片机为核心部件及外围电路组成,在单片机的控制之下,进行数据通信、显示,利用执行电路控制照明灯具开关状态。教室内灯光控制根据自然光的变化、有无人活动、作息时间等实际情况进行自动模糊控制。做到光线暗时开灯、光线亮时关灯、有人时开灯、无人时关灯、工作时间开灯、休息时间关灯合理的工作状态,达到节约用电。

二、硬件电路系统设计

硬件电路系统以单片机为核心器件以及各种接口电路组成,它的特点是:功能强大、运算速度快、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛。主要由单片机(AT89C51)、信息采集电路(人体信号、光信号)、时钟电路(DS12887)、执行驱动电路、定时显示电路构成。如图2所示。

单片机作为主控制器芯片,通过串口与从机通信。从机进行信息采集、传送接收主控制器指令,驱动执行机构。1.主控制器的核心器件是单片机,外围电路由键盘电路、看门狗电路、通信接口电路、数码显示电路及驱动电路等组成。如图3所示。单片机采用AT89C51,是一种高效微控制器,在嵌入式控制系统中应用较多的一种灵活性高且经济的控制器。2.从机系统由单片机、光信号采样、人体探测器、通信接口和驱动电路组成。单片机采用低档型的AT89C2051单片机作为处理器,利用驱动电路去控制电源开启和照明灯具开关状态。如图4所示。AT89C2051是AT89C51它的一种精简版本,是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。在集散控制系统中,用单片机作为从机,主机控制整个系统的运行。由于主控制器与从机制器构成的现场数据采集通信距离较远,为了保证下位机的数据高速、安全的传到上位机,采用总线RS485串行通信比较合理。主机和从机之间可点对点通信,也可点对多通信。但从机之间不能直接通信,只能通过主机传递数据。如图5所示。光信号采样电路由光信号采集电路和A/D转换电路组成。利用光敏电阻完成光信号采集,再经A/D转换电路、调理电路、单片机处理后,作为控制信号。

根据现场光信号测量精度确定A/D转换电路的位,以保证设计精度要求。如图6所示。设计中采用TLC1549,该芯片是美国德州仪器公司生产的10位串行控制A/D转换芯片。它具有内在的取样和保持电路以及片内系统时钟,输入阻抗高,有较强的抗干扰性。人体信号采集电路采用的核心器件是人体红外传感器,红外传感器前级配有菲涅尔透镜,后级采用带通放大器和电压比较器。红外传感器配上菲涅尔透镜后会增大探测距离和探测半径。带通放大器的中心频率取1Hz。比较电路由双运算放大器组成。

三、系统软件设计

系统软件部分由主控制程序、子控制程序和中断程序组成。由软件来定义灯具开关、亮度调节、定时控制、人机交换及串行通信等硬件功能。应用结构化方法设计。如图7所示。

1.照明启停程序设计启停教室的照明控制过程是由主控制器向分控制器发出启停指令,通过串行通信或无线通信来传输相应启停指令,可完成全部启停和单独启停控制。全部启停控制程序,通过主控制器上设计的开关按钮来完成照明灯具全部启停,通过串行通信传输全部启停指令,由P3、P7口输出高低电平控制全部灯具的启停。单独启停控制程序,启停某一单独教室的照明灯具,是由主控制器向某分控制器发出启停指令,实现单独启停照明。主控制器先向分控制器发送地址信息,被叫分控制器回送本控制地址信息,主控制器得到响应后再向被叫分控制器发送数据,执行相应命令。

2.照明定时控制程序设计照明控制系统中的时钟芯片是DS12887,主机和从机之间采用串口的通信方式进行时钟设定,从机按设定的时间控制照明灯具的启停。全部定时控制程序。全部定时控制是由主控制器向所有分控制器发送地址信息,分控制器接收时间数据并写入存储器中,再由分控制器发出设定时间命令,控制电路执行定时启停照明灯具。单独定时控制程序,单独定时控制是由主控制器发送某一分控制器地址,被叫分控制器响应主控制器,接收主控制器发送来的时间数据并写入存储器,由被叫分控制器发出设定时间命令,驱动电路执行开关照明灯具。

四、结束语

本文通过深入分析高校教室照明特定需求,提出了照明智能控制解决方案,设计了智能控制系统框架、控制系统软硬组成,能满足教室照明要求,同时达到节能目的。但在研究中发现,如果在控制模式和算法上能进一步优化和改进,节能效果会更加明显。

作者:王川徐雪慧单位:武汉职业技术学院电子信息工程学院

教室照明智能控制论文责任编辑:杨雪    阅读:人次