教室灯光自动控制系统
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1 教室灯光自动控制整体描述
1.1 灯光控制总体思想
该系统以AT89S52单片机[8]作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对教室照明回路的智能控制。整体系统由人体传感器感应信号，再送入单片机进行处理，再由单片机控制控制教室灯光。同时将环境亮度检测、人工控制、报警控制等功能加入到系统中。
系统设计流程图如下：
系统方案分析器件分析选择软件设计硬件设计仿真设计调试整体综合图1 设计方案流程图
1.2 灯光控制方案分析
本电路具有对教室内的人数进行统计和对光照情况进行鉴定的功能，并对灯光进行实时控制，达到方便和节约能源的目的。电路有两种控制方式：自动控制状态和强制执行状态。
自动控制状态：电路上点复位后自动处于自动控制状态，当环境光照充足时且教室光照强度大于设定值时，不管有没有人，灯都不亮。若教室光照
强度小于设定值，控制会根据人数多少来确定灯的开关，如果有人进入教室，红外传感器感应到后把信号经过隔离缓冲送到CPU且数码显示电路显示人数为1，同样再有人进出则显示器上数字自动加减1。
强制执行状态：在电路正常工作的情况下，按下强制开关可以通过人对教室灯进行强行控制，再通过按下此按钮也可以恢复到自动控制状态[6]。
系统框图如下：
图2 系统方框设计图
1.3 控制核心模块
本系统采用STC89C52单片机处理芯片[5]，其特点是外围电路简单，价格低廉，虽然此款单片机的工作频率相对较低，但本设计对频率要求不高，能
光敏电阻探测组件热释红外传感器组件隔离缓冲器受控灯系统单片机AT89C52计数电路强制开关组件报警系统够满足本设计的要求。另外此款单片机有32个I/O端口，方便了设计的需要。图10为单片机最小系统。因为51单片机的P0口驱动电流小，因此需要外加上拉电阻。单片机最小系统主要还有晶振电路以、复位电路、及报警电路。由于蜂鸣器需要的驱动电流较大，单片机I/O端口不能直接驱动，所以通过一个三极管进行电流放大。
当教室里面没有人时系统会通过热释电红外感应无人信息，传递给单片机进行处理后使教室里面（即控制区）的灯全部关闭。知道下次有人进来时才点亮。
同时当人出去后蜂鸣器报警然后灯关闭。本报警电路由蜂鸣器、三极管、非门组成。如图所示：
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U1最小系统D0D1D2D3D4D5D6D7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7RST10kP3.0FMP3.2STARTEOCRSWRLCDEN393837363534333221222324252627281011121314151617P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDAT89C52XTAL119X1+5VRP1123456789RESPACK-8C230pXTAL218X2X111.0529MX2X1RST9C330pGNDR21kGNDR3C110uP1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.712345678VCCRESETPSENALEEA293031D0D1D2RSTD3D4D5D6D7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7
图3 单片机最小系统
1.4 教室人数检测模块
1.4.1 热释电红外传感器的原理
热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器[2]的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化，并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式，该电阻阻抗高达104M欧姆，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式(即源极跟随器)来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。
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图4 双探测元热释电红外传感器
图4是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时D 端接电源正极，G端接电源负极，S端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利
用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得
到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。
信号经过热释电红外传感器之后，产生的波形不能为单片机所接受，中间必须有一个信号调节电路。本系统采用BISS0001[1]集成电路可将传感器的信号转换为标准的高低电平。其电路原理图如图5所示。
图5 热释电信号调节电路
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