1、教室智能节能防盗控制系统课程设计方案山东大学控制科学与工程学院课程设计报告书课程设计名称：教室节能防盗控制系统班级：测控二班学号：201800171姓名：时间：2018.11.08教室节能控制系统一、摘要：基于AT89S52 单片机设计的一个教室节能系统。该系统有三种工作模式，夜间防盗、自习模式和上课模式。系统日光灯受光线强度以及是否有人员在教室里的控制。三种模式转换自如，每个模块交替工作，保证了整个系统的节能，延长了设备的使用寿命。Abstract：AT89S52 microcontroller based design of a classroom saving system. The s
2、ystem has three operating modes, night security, study mode and go to school mode. System fluorescent lamp with light intensity and whether have personnel control in the classroom. Three kinds of mode conversion, each module work alternately, ensures the energy conservation of the whole system, exte
3、nd the service life of the equipment.二、关键词：AT89S52；热释电红外传感器；照度探测器；节能Keyword：AT89S52；Pyroelectric infrared sensor；Illumination detector。Energy conservation三、背景随着经济社会的发展，能源问题日益突出。中国是个能源消费大国，随着工业化进程的加快，对能源的依赖性也越来越大，从而导致能源的缺口也随之增大。因此，在开发清洁环保的新能源的同时，节能也同时引起了人们的重视。教室作为高等院校主要教案和学习交流场所，为了便于学生间进行知识学习的相互动态交流，
4、通常采用分时段开放式自由管理模式，也就是说教室资源没有像高中、初中等学校那样将其特定到某个班级，这样教室资源的调配、卫生、以及治安维护等工作均由教室管理人员进行静态的管理。教室资源的开放式管理虽然给学生进行学习交流提供了便捷的场所，但由于缺乏对应的高效调配管理自动化系统，很多教室能源浪费十分严重，经常出现一两个人，甚至无人情况下，教室照明灯具、风扇等长期处于运行状态；或者在光线强度、温湿度等条件满足学习要求时，照明、风扇等耗能电器依然处于额定运行工况，从而造成大量的电能资源浪费。按照教室等公共区域的照明设计规范可知，教室照明功率密度通常按照10W/m2 进行设，也就是说如果一个标准教室按照96
5、m2 进行设计，则按照其照明系统从早晨8 点到晚上9 点正常运行13 个小时，每个教室每个教案年度按160kw h，整个学校共有210 间教室进行计算，如果采用相关先进控制技术手段将其照明系统的节电能力提高30%，则全年大约可以节约电能资源2.28105kw h，如果按照单位电能0.5 元进行计算，则全年可以节约电费额为12 万元左右，而且上述估算分析中还没有考虑教室照明系统的线损、灯具使用寿命等因素，因此，对教室照明系统等进行节能技术升级改造，其所获得的经济效益十分可观，是学校教室建筑节能降耗研究的一个重要内容。四、系统功能概述系统有三种工作模式：夜间防盗、自习模式和上课模式。1、防盗模式：
6、每天23:00次日7:00自动启动。在此模式下系统分支模块自动启动热释电红外传感模块和红外报警装置，达到对整个教室的安全状况的监控。别的模块相应自动关闭，不但减少了能耗，也延长了设备的试用寿命。热释电红外传感器一旦检测到有人进入教室，警报器会自动启动报警，保证教室财产安全。2、上课模式： 上课模式的启动由导入的教室课程表决定。课程表有课的时候，启动上课模式，上课模式启动时，只有光照度检测模块启动，当光强低于设定值后，启动电灯。3、自习模式：其他时间段启动。在此模式下人体检测模块、光照度感器、温度传感器工作，此时我们将对教室中是否有人以及光强进行检测，并根据检测结果对电灯实施控制，起到节能的作用
7、。五、系统组成整个系统以AT89S52 为控制中心，加上温度、光强检测模块、红外传感模块、报警模块、控制模块等组成。具体如图1 所示。 220V图1 系统结构框图1、主控芯片采用atmel 公司的AT89S52，其功能特性为：8k 字节Flash，256 字节RAM，32位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/ 计数器，一个6 向量2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。可选择节电模式和掉电模式。另外，支持ISP 功能，这给调试系统带来极大的便利。温度传感器可采用美国DALLAS 公司的数字温度传感器DS18B20。它采用的独特的1-wire 结构，它与单片
8、机之间采用串行数据传送，对DS18B20 进行读写编程时，必须严格的保证读写时序。 2、光照度检测电路利用光照度传感器，将光强大小转换为电压大小，经过一电压比较器交给单片机I/O 口，经过计算，输出相应的结果。教室里平行于窗口的方向有几列电灯就设置几个光照传感器，每个控制一整列，由于靠近窗口的光线好，远离窗口的光线暗，这样就能使得远离窗口的灯在合适的时候点亮，而靠近窗口地方如果光线够强，就不会打开，达到节约能源目的。光照度模块电路3、热释电红外探测器众所周知,人体都有恒定的体温,一般在37 左右会发出特定波长为10m 左右的红外线,而被动式红外探头就是靠探测人体发射的10m 左右的红外线而进行
9、工作的。主要原理是:人体发射的10m 左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上,感应元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,经后续电路检测处理后就能产生探测信号。在热释电红外探测器中有两个关键性的元件:一个是热释电红外传感器( PIR , 它能将波长为812m 之间的红外信号变化转变为电信号,并对自然界中的白光等干扰信号具有抑制作用。另一个是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两个作用:一是聚焦作用,即将热释红外信号折射在PIR 上。二是将探测区内分为若干个明区和暗区,使进入探测区的移动物体(人 能以温度变化的形式在PIR 上产生变化的热释红外信号。红外探测模块电
10、路 这里我们用的是一种可探测静止人体的红外热释感应器，由透镜，感光元件，感光电路，机械部分和机械控制部分组成。通过机械控制部分，带动红外感应部分做微小的左右或圆周运动，移动位置，使感应器和人体之间能形成相对的移动。所以无论人体是移动还是静止，感光元件都可产生极化压差，感光电路发出有人的识别信号，达到探测静止人体的目的。此红外热释感应器可应用于人体感应控制方面，并实现红外防盗和红外控制一体化，扩大了人体红外热释感应器的应用范围。 热释电检测电路组成框图菲涅尔透镜原理4、报警电路可采用一般的语音芯片，如美国ISD 公司出品的ISD1420。该芯片支持语音的录放，结合简单的控制引脚既可实现报警输出。
11、5、温度检测模块，主要是起辅助作用，夏天时，如果室温达到跟人体温度相近，可能会引起热红外探测器的误判，加入温度反馈模块可以降低误判率。DS18B20的测温原理及内部结构6、日光灯驱动可用一般继电器，单片机I/O控制继电器通断，进而控制日光灯的开关。六、软件设计 软件设计是整个系统的灵魂，本系统可在keil 环境下采用c 语言模块化设计，易于维护和功能扩充。主程序流程如图。 图2 系统主程序流程图七、功能展望本系统还未充分发挥主控芯片的全部性能，可根据实际应用需要做进一步的扩充。如加上无线通信模块实现用上位机控制多个教室的信息采集，从而实现一幢教案楼的控制；再如可加上学生身份信息识别系统，从而实
12、现对学生上课，上自习的考勤；可加上视频监控，组成一个更大更完善的系统等。本文只对教室节能控制系统做了介绍，而实际上，智能系统有很广阔的应用领域。如温室智能控制系统，智能家居系统，汽车智能辅助驾驶系统等。科技发展日新月异，智能系统将因其高效节能、方便易用，将逐步走进我们的生活。八、结束语该控制系统在保证了教室照度要求的前提下,利用人体信息与光照信息实现了对教室照明灯具的自动控制,减少了电能的浪费,提高了资源利用率。采用计算机的网络化监控,系统性能稳定,大大降低了管理人员的劳动强度,达到了节能的目的。九、个人体会通过课程设计，我学到了很多。课程设计是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决
13、实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。回首此次课程设计，我感慨颇多，从选题到定稿，从理论到实践，在这些日子里，有苦有乐，但是学到了很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，感概颇深，在以后的学习中需要投入更大的精力。理论应用于实践，才能实现其价值。在查阅资料中收获知识与欢乐，在设计中不断成长，更加明确了今后的方向，这或许就是本次课程设计的最大意义所在。十、参考文献：1现代传感技术，魏永广M.沈阳：东北大学出版社，2001，4.2.8051 单片机实践与应用吴金戌，沈庆阳，郭庭吉M.北京：清华大学出版社，2002.
