教室灯光控制系统

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图2 最小单片机系统
2.2系统供电电路
要取得+5V电压,若选用12V的变压器,整流滤波后输出往往大于12V,会使稳压器功耗大,自身温度较高。故不选用输出电压为12V的变压器,而选用输出电压为9V的变压器。系统接通220V交流电源后,将220V交流电变压到9V,然后经过电容C1和一个正输出稳压器LM7805,为了缓冲负载突变,改善瞬态响应,输出端再接一个C2,最后得到+5V电压。由于电路中耗电功率比较大,怕一路电源功率不够,因此采用了两路电源供电。
3.忙标志:BF
BF标志提供内部工作情况。BF=1表示模块在内部操作,此时模块不接受外部指令和数据。BF=0时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据。
利用STATUS READ指令,可以将BF读到DB7总线,从检验模块之工作状态。
4.显示控制触发器DFF
此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。DFF=1为开显示(DISPLAY OFF),DDRAM的内容就显示在屏幕上,DFF=0为关显示(DISPLAY OFF)。
1. 指令寄存器(IR)
IR是用于寄存指令码,与数据寄存器数据相对应。当D/I=0时,在E信 号下降沿的作用下,指令码写入IR。
2.数据寄存器(DR)
DR是用于寄存数据的,与指令寄存器寄存指令相对应。当D/I=1时,在下降沿作用下,图形显示数据写入DR,或在E信号高电平作用下由DR读到DB7∽DB0数据总线。DR和DDRAM之间的数据传输是模块内部自动执行的。
STC89C52芯片参数:
1. 增强型8051单片机,6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择,指令代码完全兼容传统8051.
2. 工作电压:5.5V~3.3V(5V单片机)/3.8V~2.0V(3V 单片机)
3.工作频率范围:0~40MHz,相当于普通8051 的0~80MHz,实际工作 频率可达48MHz
4. 用户应用程序空间为8K字节
5. 片上集成512 字节RAM
6. 通用I/O 口(32 个),复位后为:P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉, P0 口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为 I/O 口用时,需加上拉电阻。
7. ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器,无 需专用仿真器,可通过串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下载用户程 序,数秒即可完成一片
指导教师评定成绩:
审定成绩:
重 庆 邮 电 大 学
自动化学院
综合设计报告
设计题目:教室灯光控制系统
单位(二级学院):自动化学院
学 生 姓 名:
专 业:自动化
班 级:
学 号:
指 导 教 师:
设计时间:2014年10月
重庆邮电大学自动化学院制
摘要
本次课程设计,所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提,是整个系统执行的基础,它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分,是对硬件端口所体现的信号,加以采集、分析、处理,最终实现控制器所要实现的各项功能,达到控制器自动的教室照明智能控制。
BHБайду номын сангаас750中的关键元器件为光敏电阻。
光敏电阻,又称光敏电阻器,或光导管,常用的制作材料为硫化镉,另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下,其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电,在外加电场的作用下作漂移运动,电子奔向电源的正极,空穴奔向电源的负极,从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
该系统基本节能功能已实现,可以运用到生活中去。
关键词:检测、传感器、调节、控制
任务书
设计题目
设计一个电路系统,在规定时间内,通过红外传感器和声音传感器检测是否存在人在教室,通过光电传感器检测教室亮度,用于控制是否开灯,如果超出该时间时间段如果检测有人,则认为是异常,进行报警和闪灯。
设计目的
(1)掌握检测控制系统设计方法。
(1)12864显示原理
图7 12864显示原理
如上图所示这样8个页和128个列,把屏幕分为1024个字节,字节是高位在上,低位在下.12864有命令可以实现上下颠倒和左右反转,有的12864分为左半屏和右半屏,分别由两个引脚控制.
向某个地方写一个字节可以分为三步:确定某页,确定某列,写一个字节 :
(2)掌握A/D转换和单片机的接口连线。
(3)掌握数据采集电路设计方法。
(4)掌握LED显示和键盘设计方法。
设计
(1
(2
(3
第一章 控制对象的分析
1.1教室灯光控制方案的分析
在自然环境光较强光线足够时,无论人是否存在,都不开灯;在自然环境光较弱时,有人存在且超过一定时间,控制器自动打开电灯,直到人离开后再延时一定时间后关灯。同时,还要按作息时间来控制,夜晚11到早上7点,若还有人存在,则实行报警。本文所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提,是整个系统执行的基础,它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分,是对硬件端口所体现的信号,加以采集、分析、处理,最终实现控制器所要实现的各项功能,达到控制器自动的教室照明智能控制。
DDF的状态是指令DISPLAY ON/OFF和RST信号控制的。
5.XY地址计数器
XY地址计数器是一个9位计数器。高3位是X地址计数器,低6位为Y地址计数器,XY地址计数器实际上是作为DDRAM的地址指针,X地址计数器为DDRAM的页指针,Y地址计数器为DDRAM的Y地址指针。
16K 位半宽字型 ROM(HCGROM),总共提供 126 个西文字型(16×8 点阵)
64×16 位字符产生 RAM(CGRAM)
2、软件特性:
文字与图形混合显示功能
画面清除功能 光标归位功能 显示开/关功能
光标显示/隐藏功能
显示字体闪烁功能 光标移位功能
显示移位功能
(3)内部功能器件及相关功能
为了简化系统的设计,在本次设计中,考虑到BH1750仅需要输出两个比较的单一的结果,其一为“光线足(输出低电平)”,其二为“光线不足(输出高电平)”,因此并未采用ICC的标准时序来控制BH1750的数据传输,仅使用SDA端口输出开关量(0或1)即可。
2.6温度检测模块
温度检测采用DS18B20,其特性如下:
第二章 控制模块的硬件构成
系统控制单元是以单片机主控模块为核心,其他外围电路包括系统供电模块、人体红外模块、声音检测模块、光强检测模块、温度采集模块、OLED显示模块、声光报警模块、继电器模块、其结构框图如图1所示:
图1硬件结构图
2.1系统主控电路
本系统的主控模块主要采用STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器的STC89C52。
BH1750内部原理图如下所示:
图5 BH1750内部原理图
最左端为光敏电阻,根据环境的光强输出不同的光敏电流,AMP运算放大器再将光敏电阻的电流信号放大并转换至电压信号,电压信号经过ADC模数转换芯片,最后得到转换出的数字信号,最后经过logic和ICC界面与参考数字电压值进行比较,输出“开关量”到SDA内置寄存器。
1、测温范围:-55 -+125 。
2、A/D转换精度:9位-12位。
3、体温分辨率:0.0625
4、通信方式:被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。
5、内部结构:64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL配置寄存器。
图6传感器模块
2.7 OLED显示模块
主控采用AT89C52管脚不足,故显示采用同步串行总线SPI进行通信的12864OLED模块。
本文所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提,是整个系统执行的基础,它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分,是对硬件端口所体现的信号,加以采集、分析、处理,最终实现控制器所要实现的各项功能,达到控制器自动的教室照明智能控制。设计主要是通过红外传感器、温度传感器以及光电传感器来检测教室内的人,然后通过OLED显示出来。通过设定一定的时间段内是否有人来检测并调节教室内的亮度,用于控制是否开灯。如果超出此时间段,一旦检测到有人,系统就会认为异常,进行报警和闪烁。
8. 具有EEPROM 功能
9. 共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2
10.外部中断4 路,下降沿中断或低电平触发电路,Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒
11. 通用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个UART
12. 工作温度范围:-40~+85℃(工业级)/0~75℃(商业级)
//y为列地址的低4位 write_data(byte); }
(2) 芯片介绍
1、硬件特性:
提供 8 位串行接口
自动电源启动复位功能
内部自建振荡源
64×16 位字符显示 RAM(DDRAM 最多 16 字符×4 行,LCD 显示范围 16×2 行)
2M 位中文字型 ROM(CGROM),总共提供 8192 个中文字型(16×16 点阵)
1、尺寸小36mmX16mm;
2、有3mm的安装螺丝孔;
3、可以使用3-5.5V的直流电源供电;
4、有模拟量输出;
5、有阀值翻转电平输出;
6、极柱体麦克风灵敏度高;
7、有电源指示灯。
2.5光电检测模块
BH1750光敏传感器在本次设计中主要负责实时的感测周围环境中的光线强度,通过光敏电阻的光敏特性,改变BH1750数据线SDA的电平,最后直接由单片机读取SDA电平(开关量),从而结合其他模块实现在不同环境下对室内灯光的控制。
2.4声音检测模块
声音检测采用声音检测模块,检测到人声则达到开灯条件之一。
本次设计中,声音检测模块,使用的是高灵敏的电容式极柱体麦克风传感器。
模块有2个输出:
1、AO,模拟量输出,实时输出麦克风的电压信号;
2、DO,当声音强度达到某个阀值时,输出高低电平信号(阀值-灵敏度可以通过电位器调节)。
模块特点:
1.2系统控制模块的硬件设计
系统控制是以单片机最小控制系统为核心,以及其他检测模块、输出模块等组成,如:人体红外模块、声音检测模块、光强检测模块、温度采集模块、OLED显示模块、声光报警模块、继电器模块等。
系统信息传递有3种方式:温度采集模块DS18B20与单片机采用单总线通信协议,OLED显示屏与单片机采用SPI总线传输协议,人体红外感应模块、声音检测模块和光强检测模块与单片机采用开关量。
图3供电原理图
2.3红外检测模块
HR-SR501是基于红外线技术的自动控制模块,如图5所示,采用德国原装进口LHI778探头设计,灵敏度高,可靠性强,超低电压工作模式,广泛应用于各类自动感应电器设备。
图4红外检测模块
HR-SR501热释电传感器模块有以下功能特点:
1、全自动感应
2、两种可选择的触发方式:
{ write_command(0XB0+page);
//在page页写字符的上半部分,写入页地址的指令为0xBx,x为0~7
write_command(0x10+column/0x10);
//写入列地址的指令为连续输入0x1x和0x0y,x为列地址的高4位
write_command(0x00+column%0x10);
1.确定某页:就是向12864写一个命令“0xBx”,x为0~7,比如0xB0就是指定第0页.
2. 确定某列:这要向12864连续写两个字节:0x1x和0x0y,x为列地址的高4位,y为列地址的低4位,比如0x15和0x03,就是指定0x53列。
3.直接写一个字节就行
编程如下:
//显示一个字节
void display_byte(u8 page,u8 column,u8 byte)
a、不可重复触发方式
b、可重复触发方式
3、具有感应封锁时间
4、工作电压范围宽:默认工作电压DC4.5V-20V。
5、微功耗:静态电流<50微安,特别适合干电池供电的自动控制产品。
6、输出高电平信号:可方便与各类电路实现对接。
原理:感应模块采用双元探头,探头的窗口为长方形,双元(A元B元)位于较长方向的两端,当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间、距离有差值,差值越大,感应越灵敏,当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时,双元检测不到红外光谱距离的变化,无差值,因此感应不灵敏或不工作;所以安装感应器时应使探头双元的方向与人体活动最多的方向尽量相平行,保证人体经过时先后被探头双元所感应。为了增加感应角度范围,本模块采用圆形透镜,也使得探头四面都感应,但左右两侧仍然比上下两个方向感应范围大、灵敏度强,安装时仍须尽量按以上要求。
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