1、学士学位论文（设计）开题报告 学生姓名 刘寒 所在院系 机电与控制工程学院 所在班级 1303 指导教师 刘金华 学生学号 2013118020318 专业方向 自动化 开题时间 2017.2.27 导师职称 教授 论文题目 基于单片机的 教室节能控制系统的设计 文献综述： 前言 伴随着全球经济技术和大环境的发展，人类社会的进步越来越依赖于资源的开发与利用，然而与日俱增的能源需求和有限的资源数量形成了巨大的矛盾 ,能源短缺问题日益突出，成为一个国家经济发展的“瓶颈”。在寻找替代品、提高能源利用率和节约能源等几种缓解能源危机的途径中，节能无疑是符合可持续发展要求。英国城市大型彻夜灯光照明现象很少
2、见，无论公司和政府部门，都没有虚浮华丽的所谓“照明工程”。夜晚漫步在伦敦街头，看不到大面积光华淌泻与楼体通明的景观，所有照明都基本以不影响人们的正常生活节奏为准。许多店铺橱窗的灯光在打烊后会全部关 闭，有些店铺还采用定时关灯装置。在政府住宅楼和公寓楼内，楼道里的公用灯也大多采用自动断电装置。作为提高能源使用效率最重要的途径之一，德国政府努力推动能源公司实施“供热供电结合”，鼓励能源公司将发电的余热尽可能用于供暖。 2002 年，德国颁布了促进“供热供电结合”的法规，根据这一法规，政府向实施该措施的能源公司，尤其是小型能源公司提供补助，帮助他们置办相应设备。中国城市每年用于公共照明的能源支出高达
3、 280多亿，节能空间巨大。其中路灯照明能耗占 30%以上。发展城市道路照明的同时，路灯以供街道照明以外，还大力兴建了 不少景观照明工程，美化城市的夜景，但同时也带来了能耗的极大浪费。据统计 2005 年，我国全社会的总用电量约为 24000 亿 kW h，照明用电量约为 3000 亿 kW h，且每年以 13% 14%的速度递增，预计到 2010 年，照明用电量将超过 5000 亿 kW h，新增照明用电 2000 亿kW h。对高等院校，据测算，其照明耗电占本单位所有耗电的 40% 左右，可见在保证照明质量的前提下，对教室灯光进行自动控制，其节能效益和经济效益都是相当可观的。目前对灯光的智
4、能控制，国内外已经开始采用，但针对教室灯光的控制智能 系统还不是很完善，依然是人工管理占主导地位。现在伴随各类大、中专院校的扩招，教学楼不断扩建，教室用电负荷不断加大，教室用电系统管理不善，造成学校资源的浪费与经济损失，这种做法显然与当今节约能源的理念相违背。 主题 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
5、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。所研制的控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数。可以实现自动与手动控制相兼容。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，夜晚超过 12点，若还有人存在，则关闭自动控制器的运行，改用机械开关来手动控制，以解决因特殊情 况下，自动控制器的不人性化运行。 总结 本研究针对教室灯光的控制方法，尤其是教室灯光的智能控制方面的发展现状，分析了
6、教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机的教室灯光智能控制系统的设计思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件装置和相应软件。该系统以 AT89C52 单片机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，避免了教室用电的大量 浪费。系统还具有多种报警功能 ;同时还采用了软 /硬件的“看门狗”技术等抗干扰措施。单片机软件采用汇编语言编制，采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。该系统具有体积小，控制方便，
7、可靠性高，专用性强，性价比合理等优点，可以满足各类大、中专院校教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。 参考文献 1 张自友 , 杨济豪 . 教室节能控制系统研究 J. 黑龙江科技信息 , 2009, 8(5): 42-45. 2 楼然苗 , 李光飞 . MCS-51 系列单片机设计实例 J. 单片机与嵌入式系统应用 , 2003, 9(2): 84-86. 3 姜涛 , 王浩 . 高校教室节能照明改造与设计 J. 照明工程学报 , 2014, 4(15): 40-45. 4 安鹤男 , 贾进滢 , 张雷 . 一种新颖的教室节能控制系统设计 J. 桂林电子科技 术 , 2014, 6(1)
8、:11-15. 5 张云莉 , 周晓平 , 朱双霞 . 基于单片机的教室节能控制系统设计研究 J. 制造业自动化 , 2012, 34(4): 103-105. 6 徐爱华 . 单片机应用技术教程 M. 北京 : 清 华大学出版社 , 2003: 45-80. 7 周瑶 . 高校教室灯光节能控制系统的设计 D. 郑州大学 硕士学位论文 , 2010, 15-17. 8 肖雅静 , 孟国营 , 王海峰 . 教室日光灯节能控制系统的开发 J. 仪器仪表用户 , 2008, 15(5): 34-35. 9 孔谋夫 , 潘银松 . 选用单片机的教室节能控制器的设计与实现 J. 电子技术 , 2007,
9、 34(1): 27-29. 10 钟家洪 , 赖敏 . 高校教室灯光节能控制系统的设计 J. 赣南医学院学报 , 2012, 32(5): 85-86. 11 王军敏 , 卫亚博 . 基于 AT89S51 和 RE200B 的教室照明节能控制系统设计 J. 平顶山学院学报 , 2013, 28(2): 36-38. 12 刘龙 , 李钟慎 . 教学楼智能化节能控制系统设计 J. 电子测量与仪器 , 2015, 7(12): 18-20. 13 刘智旸 , 陈华丽 . 教室照明节能控制系统的智能化和可视化设计 J. 智能计算机与应用 , 2014, 12(2): 102-105. 14 尹小龙
10、 , 李财龙 , 尹晓海 . 教室照明节能 控制系统 J. 山西电子技术 , 2012, 6(1): 39-40. 开题报告： 一、 选题背景和意义 1. 课题来源 当今国家提倡节能减排，节能减排有广义和狭义定义之分，广义而言，节能减排是指节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有害物（包括三废和噪声等）排放；狭义而言，节能减排是指节约能源和减少环境有害物排放。为响应国家号召，我们开展中国课题，希望通过单片机自动化控制来达到节约电能的效果。 2. 国内外研究现状 : 当前能源危机日益严峻，全球都在倡导环保型的低碳生活方式。与此同时，“绿色发展、建设资源节约型、环境友好型社会”则是国家在“十二五
11、”规划中的重要战略部署。然而，随着各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，经济损失严重，这种的浪费与当今的节约能源理念相违背。我们发现学校教学楼的灯光管理存在这样的问题：有的教室在自习时间空无一人却开着“长明灯”，寥寥三五人却将整个教室的日光灯全部开启，造成巨大的浪费。以河北科大公教楼为例，全楼有 120 间教室，每个教室 8组 16盏灯具，共 1920 盏 40W的日光灯，经调查统计日常的自习时间上座率最高仅达到 50%（一般的自习室远达不到这样的上座率），可得出全年教室自习时间消耗电能为： 消耗电能 =日光灯数 *单盏电灯功率 *
12、5 小时（每天平均自习时间） *275 天（学生在校时间）=105600KWh 。 以每度电 0.52 元计算，仅公教楼全年花费电力资金就高达 54912 元。 为此我们设计并发明了“教室智能灯光控制系统”。如果推广该系统在全校使用，仅科大一所高校，全年可以节约电能约 23.8万 Kwh, 节约电能资金 =全年花费电力资金 *（ 1-自习上 座率）约为 10万余元。按照每度电排放大约 0.785 千克的二氧化碳计算，全年可以减少二氧化碳排放 187 吨。倘若此项目进行多所高校推广，产生的经济效益将更为可观。 该系统简单易用，针对性强，主要功能是通过统计在教室中的学生人数，由单片机控制教室内开启
13、的日光灯的数目，达到按需求供给电力资源，减少无谓的浪费，符合国家节能减排的号召，有利于建设集约型社会，帮助青年大学生树立环保的意识，培养对社会的责任感。 系统主要分为教室灯光控制系统和远程管理两部分。 系统白天进入手动工作状态，由教师或学生根据天气等实际情况决定灯光 是否开启。系统在进入晚自习阶段后开始进入自动管理工作状态，自习的学生刷卡进入教室，系统自动记录、统计进入教室的学生人数，并根据教室内学生人数自动决定开启的灯光数量，杜绝教室内人很少而灯光全部打开，或者无论是否有人全部长明灯的情况，以此来实现降低能耗，节约学校运行成本的目的。 3. 课题意义 高校教室灯光能源浪费的问题越来越受到大家
14、的关注，为了能达到预期的想法，可以设想如果一个教室大概有 8 个灯，一栋教学楼 60个教室，就是 480 个灯，拿学校为例，一个院至少需要 300 个灯，每天不上课的时间加上忘记 关上的灯合计起来每一所高校关于灯光节能就是个大问题，如果对各个高校照明系统进行合理改造，每年就可以在此上节约大量的能源，尤其是这几年，国家正在积极探索节能减排，各个地区政府，各地企业都开始关注这个问题，就是在这种大环境产生了这个课题，这即使大家关注的民声也是未来发展的趋势，为了解决这个问题，本文设计了这样的一款低廉，设计简单的教室灯光控制系统，希望能为学校在节能减排上完善设施。 4.应解决的主要问题 在高校灯光能源浪
15、费的问题上提供一个能够节约成本的方法，响应国家节能减排，设计一个能够解决这个方面的设计。 二研究任务和目的 （ 1）通过复习单片机原理及应用和数字电子技术基础，掌握电路设计等理论基础知识。 （ 2）通过翻阅文献和参考资料，对超声波测距技术有深刻的认识，掌握其基本原理，规划出大致的设计目标。 （ 3）分析电路设计要求，选择合适的单片机芯片，确定电路各个模块的元器件，进而对各个模块进行设计，设计出大致的框图。 （ 4）按照课题的功能要求，实现电路的整体连接，并编写相应的程序。 （ 5）进行电路仿真，软硬件调试，不断修改调试，以达到预定的目的。 （ 6）实物焊接，焊接完成后，进行整机的调试。 三 拟
16、定方案 基于单片机的教室节能智能控制系统，采用光敏电阻来检测当时天色是否到了晚上或者阴雨天需要开启，通过 AT89C51 单片机程序来判断灯光是否打开，这样在教室力无人或者在教室很亮的情况下保证灯光使暗的，当有人或者光线暗淡的时候可以自动开启灯光，在人或者灯光条件不满足前提条件的情况下，这个系统能够再亮着 1 分钟，以此就可以达到期望的结果。根据我们的设想能够使用 PLC 来控制整个过程，跟传统灯管的更新换代相比，基于单片机的控制系统成本更低，而且还更稳定，可以通过对单片机程序随时更换控制方式，所以根据以上的思路来 看这个设计，包含很多结构 。 四可行性分析 本课题具有很强的操作性和实践性，基
17、于探究和学习的兴趣，有利于发展学生的探究学习能力和实践动手操作能力。在硬件设计部分，软件设计部分 上我们可以参考成功的案例，在以前的基础上，加以优化和完善节能控制系统 的各种功能。 因此，本课题具有较高的可行性。 五 总结与展望 现在可以看到的可取之处，这次设计的电路整体造价低廉，完全可以使用在大规模的教室灯光改造上，相比较各种对教室节能系统的设计来说，这个成本更低，且效果不差，更有市场性，希望能通过这次的课题给大家灵感，在教室节能控 制系统这个课题上探究出更好的答案 。 六、实施计划： 序号 工作任务 起止日期 1 收集、查阅相关文献和资料 2016.11.12-2017.1.14 2 构造
18、整体思路，写任务书 2017.1.15-2017.3.2 3 系统整体方案设计，撰写开题告 2017 3.3-2017.4.11 4 完成设计 2017.4.12- 2017.4.29 5 完成论文的撰写 2017.4.30-2017.5.12 6 打印论文，准备答辩 2017.5.13-2017.5.20 七、参考文献 1 刘付伟 , 栾盈盈 , 李洋 . 基于 PIC 单片机的教室照明系统节能控制器设计 J. 电子技术 , 2013, 11(1): 27-29. 2 武交峰 , 简志雄 . 教室节能智能照明控制系统设计 J. 中国高新技术企业 , 2017, 5(2): 7-9. 3 邹恩
19、 , 张增根 , 霍庆 . 高校教室照明节能自动控制系统设计 J. 科技资讯 , 2015, 13(17): 2-4. 4 吴荣森 . 基于 PIC 16F877 的校园教室照明节能控制器设计与实现 J. 无线互联科技 , 2013, 14(5): 89-90. 5 白二净 , 贾倩 , 李晓岩 ,等 . 基于单片机的教室节能控制器的设计 J. 中国电子商情 , 2013(20): 131-133. 6 伊桂芬 . 基于单片机的教室节能控制器的设计 J. 科技资讯 , 2012, 4(33): 120-123. 7 夏光蔚 . 校园智能照明控制系统的研究 J. 无线互联科技 , 2011, 1
20、5(6): 46-48. 8 梁慧杰 . 高校教室节能控制系统研究 J. 工会博览理论研究 , 2011, 2(7): 16-21. 9 杜天有 , 喇成海 , 刘晓平 . 教室节能管理系统 J. 应用科技 , 2010, 6(2): 64-67. 10 王质朴 . 时段式教室照明节能控制器的设计 J. 深圳 科学技术 , 2011, 10(3): 37-39. 11 阴红 , 李亚 . 教室节能控制器设计 J. 山东煤炭科技 , 2010, 13(4): 83-85. 12 白二净，贾倩 . 基于单片机的教室节能控制器的设计 J. 中国电子商情科技创新 , 2013, 6(20): 80-8
21、2. 13 周燕，覃如贤 . 教室灯光智能控制系统 J. 电子信息技术 ， 2005， 20(1): 70-72. 14 李焱 , 李世春 . 网络型教室智能节能供电系统的设计 J. 大众科技 , 2011, 5(10): 48-49. 15 黄秋情 , 岳宗笛 , 黄俊斌 . 校园教室智能控制系统设计与应用 J. 海峡科学 , 2012, 9(6): 85-86. 16 刘宁宁 . 教室照明智能控制系统的研究与开发 J. 天津 科学技术 , 2015, 9(11): 34-36. 指导教师意见： 签名： 年 月 日 指导小组意见： 组长签名 年 月 日 说明 1学生应在开题报告前，通过调研和资料搜集，在指导教师的指导下，完成开题报告。 2开题报告分两部分，文献综述和报告正文。文献综述要 6 篇以上相关文章阅读量，报告正文（ 2500 字）应包括选题背景、研究目标与任务、拟定方案路线、撰写提纲及实施计划等。 3开题报告一式三份，一份交院系装入毕业论文档案袋，一份交指导教师，一份学生自存。
