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第1章 概述
§1.1课题研究背景
随着社会的发展,对照明系统的需求激增。就建筑的照明系统来说，许多地方的灯经常是从早到晚开着的，不管这些房间或楼道是否有人，也不管有多少人。或者，当自然光照度很好时，灯不能及时关闭；反之，当自然光照度难以满足人的需求时，又不能及时打开灯光。这种照明方式，不仅造成能源的浪费，而且不能满足人对照明的基本需求，同时也给人的视力造成了很大的影响。现代照明除了满足人的基本生活、学习要求之外，将更注重能量的节省和使用上的便利，以及满足人类工程学的个性方面的要求。所以要做到合理、经济、节能，首先应采用先进成熟的技术和产品，如电光源、灯具、照明控制系统。因此，适应不同个人和工作需要，结合自动调节与手动调节的智能化照明系统已经不可或缺。 而在大学校园的建设热潮中，各大高校的建设者也意识到了智能照明的重要性。相对商业楼宇而言，大学校园里的大功率动力和制冷设备比重较少，照明灯具则相对比重更多，所以控制教室照明是节能的关键。使用照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势，而且还能节省开支。
§1.2教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题
目前，我国照明用电约占社会总用电量的12%，采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节电60%到80%。如今，北京正在大力推行绿色照明工程，己推出上百万只绿色照明光源和部分节能电器，据测算年节约用电可达3442万千瓦时，节约电费2519.7万元。政府己经在商厦、学校、医院等更换了24万只节能灯具。在奥运工程的建设上，也大量运用节能技术，北京的奥运厂馆“水立方”，通过采用大量的节能灯具，装备新技术，通过增强透光性白天可节约照明能耗50%。 我们党在2000年10月11日党第十五届中央委员会第五次会议通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划的建议》中明确指出:“加强基础设施建设是今后五年至十年一项十分重要的任务。”其中提到的基础设施建设就
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包括了能源建设。《建议》还强调了能源建设要发挥资源优势，优化能源结构，提高利用效率。面临如此紧迫的能源问题，我们应该把着眼点放在“高效加强环境保”利用“清洁”能源。由此可见，节能照明用电，对节能具有重要的意义。目前国内各类院校中，由于同学们的自觉节能意识薄弱，在光线足够强时也开灯，护洁课上完离开教室后灯还亮着的现象普遍存在;而且，节能规划极为欠缺，教室的灯光控制由管理人员手工代替，教室极多，管理人员忙不过来，这样就造成不必要的电能浪费和经济损失。
基于以上种种原因，提高教室用电效率就成为学校节能的重要且主要的措施之一，因此节能技术的重要手段之一就是教室日光灯自动控制系统的设计无疑就成为其中一项重要课题。
§1.3课题研究的内容与意义
§1.3.1研究内容
本课题的研究内容有如下几点: (1). 了解教室照明光强的标准；
(2). 调研教室灯光照明需求以及环境光强弱与开、关灯的关系； (3). 研究人体存在探测技术，探测角度与范围；
(4). 研究传感器教室分布、安放问题，是否一灯一个传感器或多灯公用传感器等； (5). 研究确定人体传感器的有关参数； (6). 研究灯光控制器电源问题；
(7). 研究控制器参数值设定的要求及方案； (8). 研究人工设置参数、掉电保存参数的问题；
(9). 研究与现有教室照明相兼容，易替代，不易被偷盗、被仿制，易于维护、维修等控制技术；
(10).研究报警等附加功能问题 §1.3.2研究意义
I．良好的节能效果和延长灯具寿命
节能是照明控制系统的最大优势。传统的楼宇公共区域照明工作模式，只能是白天关灯，晚上开灯。而采用了智能照明控制系统后，可以根据不同场合及人
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流量，进行时间段、工作模式的细分，把不必要的照明关掉，在需要时自动开启。同时，系统还能充分利用自然光，自动调节室内照度，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命。 II. 改善工作环境，提高工作效率
良好的工作环境是提高工作效率的一个必要条件。合理地选用光源、灯具及性能优越的照明控制系统，都能提高照明质量。智能照明控制系统具有开关和调光两种控制方法，可以有效地控制各种照明场所的平均照度值，从而提高照度均匀性。同时，系统能根据不同的时间段，人们的不同需要，自动调节照度。 III. 提高管理水平
智能照明控制系统是以自动控制为主、人工控制为辅的系统。在一般的情况下，不需要有人的参与，照明系统自动实现开关和调光功能，既大大减少了管理人员的数量，也排除了由于人为因素而出现的不定时开关，影响学校的正常教学、生活秩序的情况。 IV. 较好的投资收益效果
智能照明控制系统在节能和节省灯具使用的同时，有效节省了电费与管理费用的支出。根据一般的办公大楼运营的经验来看，节能效果能达到40％以上，一般的商场、酒店、地铁站等节能效果也能达到25％～30％。
§1.4本课题拟解决的关键问题
本课题拟通过试验研究教室灯光的各种控制方案解决如下关键问题: (1). 照明回路的控制回路与控制器本身的节能问题； (2). 传感器与教室灯配合安装的问题； (3). 环境光参数输入采集问题； (4). 人存在传感器参数输入采集问题； (5). 开、关灯的自动与手动兼容措施；
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第2章教室灯光控制器简介及控制方案的分析
§2.1 教室灯光控制器简介
教室灯光控制器可实现有效的教室灯光智能控制。其输入参数主要是人体存在信号和环境光信号等的外界因素，环境光的强度达到一定值时不开灯，环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，理论和实验证明用这种方式来对教室灯进行智能控制可以实现上述目标。
教室灯光控制器一般安装在教室内避开电灯直射的位置，且人体传感器安置时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直，这样可使人体存在信号采集更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感器。
§2.2 系统设计方案选取
§2.2.1系统主控芯片的选取
由于MCS-51单片机在功能和性价比方面均优于其它芯片，故本设计选用STC89C52 单片机STC89C52来实现。 §2.2.2光照检测方式的选择
方案一：采用光敏二极管或三极管等光传感器件把环境亮度转换成相应的数字电平，然后直接接入单片机I/O引脚。
方案二：采用光敏电阻通过AD把环境亮度转换成相应的具体数值，然后将该数值传给单片机。
由于需要采集环境光的具体数值，所以采用方案二。 §2.2.3人体感应方式的选择
方案一：采用红外对管进行检测。红外发送管和红外接收管分别安装在通道两侧。当某一时刻红外接收管如果接收不到信号表示两者之间有遮挡物通过，可以视为有人体进入。
方案二：采用集成电路HC-SR501，该芯片是一款具有较高性能的传感信号处
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理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、蜂鸣器、自动门、电风扇等装置，特别适用于企业、宾馆、商场的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。
方案分析：由于方案一要求红外发送管和接收管必须相对才行，而且两者距
离有限，实现起来较为不便，所以本设计采用方案二。 §2.2.4时钟芯片的选择
传统的时钟芯片，如MC146818, MC68H68T, LM8365等，这些芯片的引脚太多，体积大，占用的口线多。而现在流行的串行时钟芯片很多，如DS1302，DS1305，DS1307，PCF8485等，这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛的使用。考虑到本系统停电时只需对时钟电路提供电源、且不需要占用太多单片机资源，故本系统采用具有充电能力的低功耗1*8的用于临时性存放数据的RAM寄存器的实时时钟芯片DS1302。 §2.2.5照明设备驱动的选择
方案一、采用可控硅控制。可控硅又称晶闸管，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件。其具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。
方案二、采用继电器控制。继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。其具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。根据结构不同，可以将其分为电磁继电器、热敏干簧继电器、固态继电器、磁簧继电器、光继电器等型号。
方案分析：由于电磁继电器简单易用，开关状态极其容易判断，所以本设计采用电磁继电器来控制。 §2.2.6 LED日光灯电压控制的选择
方案一：通过光敏电阻采集到的具体光强数值，来通过pwm调节LED日光灯输入电压的占空比，从而无级调压以达到日光灯亮度等级的控制。
方案二：通过光敏电阻采集到的具体光强数值，分8个等级将LED日光灯输入电压分为8级，从而有级调压以达到日光灯亮度等级的控制。
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