智能教室照明系统

西北民族大学电气工程学院 马玉凤 韦金玲 梁兰芳

智能教室照明系统

西北民族大学电气工程学院 马玉凤 韦金玲 梁兰芳

随着科学技术的发展，智能化控制已经成为时代的潮流。放眼现在，尤其是当前环境条件每况愈下的形势下，节能、环保越来越得到人们的重视。本文讨论的智能教室照明系统正是本着环保、智能化控制的目的下开发设计的。本设计由主控单元、LCD显示模块、环境明暗检测模块、电源模块，烟雾报警模块等模块组成。通过软件控制，来分别实现定时开关灯，灯开关时间可调，根据环境明暗状况自动开关灯，也可手动开关灯，以及烟雾报警等功能。本文讨论的智能教室照明系统是在西北民族大学电气工程学院“双E”项目资助下进行的。

智能控制；节能环保；定时开关灯；时间可调；烟雾报警

0. 引言

近年来随着科学技术的发展，以及人们对良好生活环境的需求，智能调控系统逐渐进入人们的视线。在大多数高校，教室内人不在而灯全亮或者是长时间的高能用电，无形中造成巨大的能源浪费以及有害气体的大量排放。而本文章所介绍的系统正是本着节能减排，保护环境的目的，开发设计的一个智能化控制系统。通过系统控制或者根据环境的需要，自动调节教室内灯的亮暗。其功能既不影响大自然的魅力，也体现了人与自然的和谐相处。

1. 系统总设计

1.1 系统设计目标

（1）智能教室照明系统有时钟功能，能设定、显示开关灯时间的功能，并能控制整个系统根据室内情况及时开灯和关灯。

（2）智能教室照明系统应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。

（3）智能教室照明系统能分别独立控制每盏灯的开关。

（4）智能教室照明系统能够将手动和自动相结合，根据室内人数的多少控制灯的开关。

（5）当教室里发生火灾等烟雾类紧急情况时，智能教室照明系统就能发出警报，及时向人们传达危险信号。

1.2 系统各模块方案设定

（1）主控芯片：采用Atmel 公司的STC89C52作为控制核心。

（2）显示模块：采用LCD1602液晶显示。

（3）烟雾检测模块：选用烟雾报警器对室内的环境进行检测。

（4）光线检测模块：使用光敏电阻来实现对环境明暗状况的检测。

（5）驱动模块：自制+5V稳压源和300mA恒流源。

2. 系统硬件的设计与实现

2.1 硬件电路设计

本设计设计由主控单元、LCD显示模块、环境明暗检测模块、电源模块，烟雾模块等模块组成。采用STC89C52单片机作为主控单元，控制着两个单元电路。应用独立式按键进行功能选择，通过LCD1602液晶实时显示时间和设定的时间。通过光敏电阻检测环境明暗程度实现自动开灯和关灯功能，并且还可以根据教室的人数来决定是否开灯。当发生火灾等烟雾类紧急情况时，烟雾报警模块发出警报，及时向人们传达危险信号。智能教室照明系统结构框图如图1所示。

图1 智能教室照明系统结构框图

2.2 显示模块设计

显示模块的设计采用点阵式液晶显示器（LCD1602）显示。LCD1602功能强大，可显示各种字体的数字、汉字，还可以自定义显示内容，显示灵活生动。本设计系统应用LCD1602液晶来显示实时时间，当进入到设置定时的开始时间和结束时间的功能模式时，LCD1602液晶显示设置的定时时间。同时LCD1602液晶还显示当前的年月日。

2.3 环境监测单元设计

本单元采用光敏电阻检测环境明暗变化，当光敏电阻感应到光线变化时，将信号传给主控单元进行处理，再由主控单元来控制教室灯的亮灭。

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。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

2.4 烟雾报警单元设计

本设计系统的烟雾报警单元设计采用烟雾传感器和蜂鸣器相结合构成，当发生火灾等烟雾类紧急情况时，烟雾报警单元模块发出警报，向人们传达危险信息，让人们及时逃离危险现场。

2.5 电源单元设计

电压源：该电压源将工频交流电经过变压、整流、滤波、稳压，向系统提供+5V电源。

恒流源：该电流源将工频交流电经过变压、整流、滤波、电阻的分流、分压及三极管的稳流、放大，最后向LED灯提供恒定300mA的电流。

3. 软件系统设计

在单片机控制系统中，大体上可以划分为数据处理、过程控制两种基本类型。数据处理类型包括：数据的采集、数字滤波、标度的变换等。而过程控制主要是使单片机按照一定的方法进行计算，然后再输出，以便于控制生产。为了完成上述的任务，在进行软件系统设计时，通常把整个过程分成若干个部分，每一部分叫做一个模块，这就是所谓的“模块”。“模块”实质上就是所完成一定功能，相对独立的程序段，这种程序设计方法叫模块程序设计法。所以我们的设计软件是由LCD1602液晶显示屏程序模块和烟雾报警程序模块、光敏电阻程序模块以及时钟模块这几大程序模块构成。

4. 总结

总结本文所讨论的智能教室实物已经制作完毕，在设计以及制作的过程中，我们阅读大量资料，进行多方面的学习，感觉受益匪浅。智能化控制是社会发展的一大步，也是人与自然和谐相处的一大步。希望本文所讨论的智能教室照明系统在便捷生活、节约能源、保护自然环境方面提供一个良好的启发。并且本设计系统具有布置简单、成本低及稳定性高等优点，还具有极高的实际应用价值与商业推广价值，也希望本系统在今后的生活中能够广泛应用。

[1]王静霞.单片机应用技术(C语言版)[M].北京:电子工业出版社,2009,5.

[2]陈梓城.实用电子电路设计与调试[M].北京:中国电力出版社,2006,6.

[3]赵负图.传感器集成电路手册(第一版)[M].化学工业出版社,2004.

[4]唐浩强.C程序设计教程[M].ISBN 978-7-302-15157-9:清华大学出版社,2007.

西北民族大学电气工程学院“双E”项目资助。

马玉凤（1995—），宁夏人，大学本科，现就读于 西北民族大学电气工程学院通信工程专业。