1、基于 2051 单片机的教室照明自控系统设计摘要：教室照明自控系统以 AT89C2051 单片机为控制核心，利用热释电红外人体传感器对教室内的人数进行统计，利用光敏电阻对教室环境光进行对比控制。根据教室内的环境及人数情况对教室照明进行自动控制，以起到节约用电效果。 关键词：2051 单片机热释电红外传感器教室照明自动控制 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 对学校的教室照明进行合理有效的管理，可以节约用电，提高资源利用率。在对教室的照明进行智能控制的研究上，许多学者专家都在积极探索，也设计出了许多的产品，但是在实用性和简易性上，都或多或少存在一些不足。本文主要是以 AT89C20
2、51 单片机和热释电红外人体传感器 P2288 及其专用电路芯片 TDH98072 为核心，以直流控交流继电器SSR-10DA 为控制执行单元，设计了一款简单实用的教室照明自控系统。 一、教室照明自控系统 教室照明自控系统主要由传感器电路、单片机电路、灯管驱动电路三部分组成。 考虑到系统的电源是+5V 直流电，所以使用了两个 3V 的纽扣锂电池作为电源给系统供电，这样便大大简化了系统电路。系统利用传感器电路中的光敏电阻对教室的光照环境进行判断，当光照强度达到足够亮时，抑制传感器输出，从而强制关闭教室所有照明灯。利用两个热释电红外人体传感器对进出教室的人进行信号记录，单片机处理数据统计，并根据教
3、室内的人数情况做出响应，对教室照明灯进行自动控制。系统组成结构框图如图 1 所示。 图 1 系统组成结构框图 二、教室照明自控系统硬件电路设计 （一）传感器电路 主要由热释电红外人体传感器专用电路芯片 TDH98072，热释电红外人体传感器 P2288 和 CDS 光敏电阻组成，电路原理如图 2 所示。TDH98072 是一款新型的热释电红外人体传感器专用电路器件，在控制电路中具有电路结构简单、易于调试、可靠性能好等优点。经内部基准稳压源产生+3.3V 电压给热释电红外人体传感器 P2288 的探头，当探头检测到有人经过时，传感器就将人体所发出的红外信号送到 TDH98072 的 2 脚，经内
4、部整流放大后从输出端输出一个控制信号。10 脚输出端输出电流能达到 15mA，输出电平为低电平，可以作为可控硅的控制输出端；11 脚输出端输出电流为 5mA，输出电平为高电平，可以作为继电器的控制输出端。该系统采用的是 10 脚作为控制信号输出端。将传感器检测到的信号输出到单片机进行处理。9 脚为白天抑制输出脚，接光敏电阻 CDS，通过电位器 RP1 调整，在环境光照度足够时，关闭传感器输出，从而对教室照明灯强制关闭。6脚和 8 脚是输出信号的延时控制时钟，通过调节 RP2，使 10 脚的信号输出时间大致为 25ms，为单片机稳定接收低电平信号提供保证。系统应用两个传感器电路，安装在教室门顶的
5、内外两侧，以检测进出教室的人数。图 2 传感器电路 （二）单片机电路 单片机电路采用 AT89C2951 单片机。P3.2 口作为传感器信号的接收端口，低电平有效。单片机的 P3.2 口接收到信号后，经过程序处理，从P1.2-P1.7 口输出控制码，控制灯管驱动电路。该电路简单，易于硬件实现，主要是利用 51 单片机语言程序处理相关信号。电路使用的是 12MHz的系统时钟晶振，处理速度比较快。电路中还设置了复位电路，便于系统调试及必要时复位。系统只设计了 6 盏照明灯管的控制电路，在实际的应用中如果需要增加控制数量，可以利用 P3 口除了 P3.2、P3.3 外其他 IO 端口来实现。图 3
6、是单片机电路原理图。 图 3 单片机控制电路 （三）灯管驱动电路 灯管驱动电路主要是通过对单片机的输出控制信号进行放大，驱动继电器，再由继电器动作，控制照明灯的开关。另外还是增加了外部手控开关 SK，便于外部手动控制。继电器使用的是固态继电器 SSR-10DA，是一款直流控制交流的低能耗电压继电器。继电器的使用，很好的解决了系统电源问题，使得驱动电路更为简单实用。图 4 所示电路中，只是给出了 1 组灯管的驱动电路，其他 5 组原理一致，分别接的 2-6 端口。P01 与单片机电路的 P1 相连接，从单片机取得控制码。相应的输出端口控制码为“1” ，即高电平时，驱动对应的三极管导通，继电器线圈
7、得电，对应灯管亮；同理，输出端口控制码为“0” ，三极管处于截止状态，灯管不亮。 图 4 灯管驱动电路 三、教室照明自控系统软件设计 系统的软件设计部分主要包括：主程序、教室内的实时人数统计子程序、控制子程序。 （一）主程序 主程序主要是系统的初始化，环境光强的判断及处理，根据传感器检测到的外部中断请求信号，判断与比较，进而转去执行相应的子程序。图 5 是系统程序流程图。 图 5 系统主程序流程图 （二）教室实时人数值统计子程序 该子程序利用外部中断及查询方式，判断处理安装在教室门内外两侧的两路传感器信号，确定是进还是出，执行人数加 1 或减 1 指令。系统根据加 1 或减 1 标志位，对教室
8、内的人数进行统计，实时更新数据。图 6 是教室实时人数值统计子程序流程图。 图 6 实时人数统计子程序流程图 （三）灯管驱动控制子程序 该子程序主要是比较教室内人数的当前值，然后根据比较结果，输出相应的控制信号，自动控制驱动照明灯管的开或关。图 7 是灯管驱动控制子程序流程图。 图 7 灯管驱动子程序流程图 四、结论 系统通过传感器对教室内的环境光强或人数数量统计，由单片机输出控制码，对教室照明灯进行自动控制。经过实践验证证明，系统的稳定性良好，系统电路结构简单，易于安装调试，适用于学校的教室照明管理，具有很好的应用和推广价值。 参考文献：1李清生.热释电红外传感器 J.电气时代.20042秦志强.现代传感器技术及应用M.北京.电子工业出版社.2010 3吴国义. 基于 AT89S51 单片机节能灯的设计J.佳木斯大学学报（自然科学版）.2009 4王煜东.传感器技及应用M.北京.机械工业出版社.2003
