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目? 录
摘要--------------------------------------------------- I
ABSTRACT---------------------------------------------- II
1? 引言------------------------------------------------ 1
1.1? 课题研究背景---------------------------------- 1
1.2? 课题研究的目的与意义---------------------------------------- 1
1.3? 研究内容及任务---------------------------------------------- 2
1.3.1? 研究内容---------------------------------------------- 2
1.3.2? 研究任务---------------------------------------------- 2
2? 系统方案选择---------------------------------------- 4
2.1 ?单片机方案选择---------------------------------------------- 4
2.2? 光敏方案选择------------------------------------------------ 5
3? 系统硬件设计---------------------------------------- 7
3.1 ?系统硬件总述------------------------------------------------ 7
3.2? 单片机模块-------------------------------------------------- 7
3.2.1? 单片机功能介绍---------------------------------------- 7
3.2.2? 引脚分布图及其功能------------------------------------ 7
3.3? 单片机最小系统---------------------------------------------- 9
3.3.1? 晶振电路---------------------------------------------- 9
3.3.2? 复位电路---------------------------------------------- 9
3.4 ?DS1302时钟模块-------------------------------------------- 10
3.4.1? DS1302的特性介绍------------------------------------ 10
3.4.2? DS1302控制字符的介绍-------------------------------- 10
3.4.3? DS1302与单片机的接口电路---------------------------- 12
3.5? 光敏模块--------------------------------------------------- 12
3.6? 调光模块--------------------------------------------------- 13
3.7? 显示模块--------------------------------------------------- 14
3.8? 红外检测模块----------------------------------------------- 16
3.9? 按键模块--------------------------------------------------- 18
4? 系统软件设计--------------------------------------- 19
4.1 ?系统软件主程序流程图--------------------------------------- 19
4.2? DS1302时钟模块子程序流程图-------------------------------- 21
4.3? 显示模块子程序流程图--------------------------------------- 21
5? 系统调试------------------------------------------- 23
5.1? 软件调试--------------------------------------------------- 23
5.1.1? Proteus介绍----------------------------------------- 23
5.1.2? 仿真运行--------------------------------------------- 23
5.2? 硬件调试--------------------------------------------------- 28
6? 总结与展望----------------------------------------- 33
6.1? 总结------------------------------------------------------- 33
6.2? 展望------------------------------------------------------- 33
参考文献---------------------------------------------- 34
摘? 要
随着现代计算机网络、通讯、控制器等技术的进步和发展，智能化建筑的应用也越来越广泛。特别是近年来，建筑物内部使用计算机或者网络工作的个体比例有所提高，对于视觉需求不一样的工作量和其复杂性也大幅度地提高。智能照明系统的自动调整与手动控制相结合就变得越来越必要。
本课题设计了基于单片机的智能教室控制系统的设计。此系统包含：单片机模块、DS1302时钟模块、光敏模块、调光模块、显示模块、红外检测模块和按键模块。单片机模块选用STC89C52单片机。DS1302时钟模块可以显示当前日期和时间，该模块有单独电源独立供电可以在主电源断电后仍继续计时避免时间因断电导致不再继续计时。光敏模块可以来检测周围亮度变化来进行导通。调光模块可以根据光敏二极管导通情况以及红外检测感应情况来智能调节亮度。显示模块可以显示时钟和当前教室人数并可以显示设置页面。红外检测模块可以检测教室内人员进出情况。按键电路可对当前时钟和定时开关时间进行设置，同时具有手动自动调节功能，以及在手动模式下进行手动对灯光亮度调节的功能。这个设计的可供选择的模式有自动和手动两种模式，成本较低，最重要的是可以使用的时限比较长，给人们的生活带走了不必要的麻烦，简便了生活，照亮了生活。
关键词：? 单片机? 传感器? 照明控制? 节能
ABSTRACT
With the progress and development of modern computer network, communication and controller technology, intelligent architecture is becoming more and more widely used. Especially in recent years, the proportion of individuals working using computers or networks in buildings has increased, and the workload and complexity of different visual requirements have also been greatly increased. The automatic adjustment of intelligent lighting system and manual control becomes increasingly necessary.
This paper designed the design of intelligent classroom control system based on MCchip. This system includes: single-chip computer module, DS1302 clock module, photosensitive module, dimming module, display module, infrared detection module, and key button module. The MCmodule uses STC89C52 as the core controller, including reset circuit and crystal circuit. The DS1302 clock module can display the current date and time and has a separate power supply to continue time after the main power is powered off to avoid time due to power failure. The photosensitivity module leads on via the photosensitive diode to detect the surrounding luminance changes. The dimming module can intelligently adjust the brightness according to the photosensitive diode conduction situation and the infrared detection and sensing situation. The display module displays the clocks and the current number of classrooms and displays the settings page. The infrared detection module can only detect personnel in and out of the classroom. The key circuit can set the current clock and timing switch time, along with manual automatic adjustment function and manual light brightness adjustment in manual mode. The optional mode of this design has two automatic and manual modes, low cost, most importantly, the time limit is long, gives people's life away unnecessary trouble, simple life, illuminates life.
Keywords:? microcontroller? ensor? lighting-control? energy-saving
1? 引言
1.1? 课题研究背景
随着科技的发展和时代的进步，人们对生活质量的要求越来越高，尤其是在需要光照的环境当中。对此，照明系统的应用就显得格外重要。这种需求不仅是在国内，在国外也是占有重要的比例。据研究表明，在当今国内外光控应用的发展中，......。
在这次校园化建设热潮中,高等院校及其建造者已经充分地意识到了智能照明的存在重要性。因此控制好教室的照明质量是保证环境节能的一个关键。......。
1.2? 课题研究的目的与意义
节能环保是照明控制系统最显著的优点。建筑物的公共部门传统的照明和工作方法模式下，一般都只能做到白天熄灯，晚上才能开灯。......。
良好的工作学习生活环境是进一步提升管理工作学习效果的必然要求。这个设计可以根据人们在不同的时间利用情况和对于人们不同的需求进行自动调整照明[3]。
智能照明控制管理系统主要指的是以人工成本控制为主,采用自动化成本管理为辅。在一般情况下,不必再需要任何个别人的配合,......
对智能照明进行自动化控制信息系统可以实现节能与减少灯具可供使用的成本,并且有效地节省了电费和管理成本等费用支出。
1.3? 研究内容及任务
1.3.1? 研究内容
此系统具体完成了根据时间和人数来智能管理教室内的灯光的开启与关闭，以及根据人数的增减或减少来智能管理灯光的强弱变化。该系统将STC89C52单品机做为核心控制元器件，将多模块集合与单片机上来进行连接工作。该系统具有：时钟显示功能，人......
1.3.2? 研究任务
本研究将通过5个章节来讲述：
第一章为引言章节，包括研究背景，研究目的及意义，明确本研究中的研究内容和研究任务。
第二章为系统方案选择，包括将AT89C51和STC89C51进行对比，选择合适的型号。将光敏二极管和光敏电阻进行比较，来选择出合适的元器件。
第三章为系统硬件设计，明确系统框架，知道有那几个模块组成。模块包括：单片机模块，DS1302时钟模块，光敏模块，调光模块，显示模块，红外检测模块以及按键模块。
第四章为系统软件设计，写明主程序流程图，DS1302时钟模块子程序流程图和显示模块子程序流程图。
第五章为系统调试，由软件调试和硬件调试两部分组成。
第六章为总结与展望，总结在此系统研究中做的工作，发现自己此系统中仍需完善的部分做出展望。
2? 系统方案选择
2.1? 单片机方案选择
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，......。
方案二：STC89C52。
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、........。
两者的区别：
（1）AT89S52单片机是8K字节程序存储空间、......
（2）STC 都是ISP的，就是在线用串口编程的，......
（3）STC的内带EEPROM，可以断电后保存资料，比如温度告警的上下限等功能，......
（4）STC带ADC的可以直接接模拟的温度探头，AT还要外置ADC。
（5）STC下载程序会麻烦点,有冷启动过程及专用的下载器，.AT89C52下载方便些。
因考虑两者性能差异优缺点，所以选择方案二：STC89C51。
2.2? 光敏方案选择
方案一：光敏二极管。
光敏二极管，又叫光电二极管（英语：photodiode ）是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。管芯常使用一个具有光敏特征的PN结，.....
方案二：光敏电阻。
光敏电阻是用硫化镉或硒化镉等半导体材料制成的特殊电阻器，其工作原理是基于内光电效应。光照愈强，阻值就愈低，随着光照强度的升高，电阻值迅速降低，亮电阻值可小至1KΩ以下。光敏电阻对光线十分敏感，其在无光照时，呈高阻状态，暗电阻一般可达1.5MΩ。......
两者的区别：
（1）电阻方面不同。和光敏二极管不同，......
（2）光电效应不同。光敏电阻和光敏二极管相比，光敏电阻内部的光电效应和电极无关，.....
（3）温度影响不同。光敏电阻受温度影响较大，响应速度不快，在ms到s之间，......
（4）功能不同。光敏二极管，是利用半导体材料的光特性实现二极管的开关功能；......
（5）材料不同。虽然有些时候两者用同样的材料如硅，砷化镓，......
（6）功能的不同也决定了二者的主要参数不同。光敏二极管的参数为最高工作电压，暗电流，光电流，光电灵敏度、响应时间、结电容和正向压降等。
由于光敏电阻属于纯阻性器件，所以选择方案一：光敏二极管。
3? 系统硬件设计
3.1? 系统硬件总述
该控制系统以一台用于单片微型通用计算机上的软件芯片为设计基础,并且又再次以多种不同接口控制电路的组合形式进行组成,总共可以包括六个重要的部分:STC89C52芯片、......WM控制LED灯,如框图如图3-1所示。
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3.2? 单片机模块
3.2.1? 单片机功能介绍
8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，.....
3.2.2? 引脚分布图及其功能
图3-2? STC89C52引脚分布图
STC89C52引脚具体介绍如下：
VCC(Pin40)：电源输入，接+5V电源
GND(Pin20)：接地线
XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端
XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端
RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号
PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号
EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
PO口(Pin39～Pin32)：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7 P1口(Pin1～Pin8)：......
3.3? 单片机最小系统
单片机最小系统就是单片机能够正常运行程序。单片机最小系统由三部分组成，包括单片机，晶振电路，复位电路[8]。
3.3.1? 晶振电路
晶振电路是最小系统中的时钟电路，给单片机提供时间基准。单片机在工作时，......电路连接图如图3-3所示。
图3-3? 晶振电路
3.3.2? 复位电路
51复位就是在满足51最小系统其他工作条件下，让RST管脚保持高电平维持至少两个机器时钟，以引导单片机复位，之后RST管脚恢复为低电平。本系统采用的是上电复位方式，......如图3-4所示。
图3-2? 系统硬件电路图
3.4? DS1302时钟模块
3.4.1? DS1302的特性介绍
由美国DALLAS公司推出。它主要采用的技术是一种能够具有一个高性能、低驱动功耗的新型实时数字计算机和数字时钟驱动控制电路。DS1302可以针对年份和月日时分秒等信息进行自动计时,并带有闰年自动补偿的功能。DS1302的工作电压宽达2.55到5V。同时还提供了对后备工作电源的引脚。DS1302存在着对于时钟的精确性要求不高,容易受到周围的环境因素影响,出现了时钟混沌等缺陷。
3.4.2? DS1302控制字符的介绍
位7:每个逻辑控制单元中的数据单位最高有效位必须是指的一个逻辑1，如果有效值的位为0，则不大能可以将所有的控制数据都直接写进逻辑DS1302。位6：.....如表3-1所示。
表3-1? DS1302控制字符表
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| 1 | RAM | A4 | A3 | A2 | A2 | A0 | RD |
| CK | WR |
读取数据：在控制单元SCLK的下降线之后再次读取DS1302上的数据。......
数据的串行写入：例如当一个SCLK的单词控制器将单词写入到了一个新的小段后，......DS1302时钟电路模块如图3-3所示。
图3-3? DS1302时钟电路模块实物图
3.4.3? DS1302与单片机的接口电路
图3-4? DS1302与单片机连接图
3.5? 光敏模块
当外部环境的光线较强时,光敏电阻R13的电阻较小,且A点的电平较低。当光在外部环境条件中的反射光线比较弱时,光敏兼容电阻大于R13的光敏电阻较大,而光敏兼容电阻小于R13的光敏电阻较大,则点A的电平较高，将此电平送到单片机,程序控制是否实现照明。光敏模块实物图如图3-5所示，电路连接图如图3-6所示。
图3-5? 光敏模块实物图
图3-6? 光敏电路连接图
3.6? 调光模块
工作原理:首先我们采用1K电阻R4对电平进行了限制,只有在这种情况下当一个单片机给DJ一个高电平的情况下(8050是高电平导通)8050三极管才被导通。
10k电阻仅在此处用作上拉电阻(如果未连接vcc电流,则可以打开8050,并且无法对其进行控制)。8050此时可以正常工作,然后......调光模块电路连接图如图3-7所示。
图3-7? 调光模块电路连接图
3.7? 显示模块
本次设计选用了LCD1602液晶屏幕显示。它主要采用的技术是一款全方位自动化的新型工业式自动字符型显示液晶，可以同时一次进行自动显示两行字符数据,......
该显示模块可以用来显示当前日期与时间，以及红外检测模块检测到的目前教室内剩余的人数。在按下设置按键后可进入时钟设置页面。......显示模块实物图如图3-8所示。
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图3-8? 显示模块实物图
LCD1602有16个引脚,引脚分布图如图3-9所示：
图3-7? LCD1602引脚分布图
LCD1602的引脚功能介绍如表3-2：
表3-2? LCD1602引脚功能介绍
| 引脚号 | 引脚名称 | 引脚功能 |
| 1 | GND | 电源接地端 |
| 2 | VCC | 5V电源正极 |
| 3 | VL | 调节显示器对比度 |
| 4 | RS | 寄存器选择端 |
| 5 | RW | 读写信号线 |
| 6 | E | 使能端口 |
| 7~14 | D0~D7 | 双向数据端口 |
| 15 | BL+ | 背光正极 |
| 16 | BL- | 背光负极 |
LCD1602工作在3.5v到5v的正常工作电压下,它内部还安装了具有自动复位的电路,能够对光标转换、清幕等操作。该显示器的亮度可由外部联络电位器来调整。....
LCD1602有16个引脚，其中位于RS和RW的数据输出输入值主要......RS和RW工作状态介绍表如表3-3所示。
表3-3? LCD工作状态介绍
| RS | RW | 操作命令 |
| 0 | 0 | 写入指令寄存器（清清屏等） |
| 0 | 1 | 读busy(DB7)，以及读取位址计数器（DB0—DB6）的值 |
| 1 | 0 | 写入数据寄存器（显示各字符等） |
| 1 | 1 | 从数据寄存器读取数据 |
LCD1602：LCD显示系统在执行应用程序指令之前,......
3.8? 红外检测模块
该传感器模块对环境光线适应能力强，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，.....
模块参数说明：
（1）当模块检测到前方障碍物信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平，......
（2）传感器主动红外线反射探测,因此目标的反射率和形状是探测距离的关键。......
（3）传感器模块输出端口OUT可直接与单片机I/O口连接即可，......
（4）比较器采用LM393，工作稳定。
（5）可采用3-5V直流电源对模块进行供电。当电源接通时，红色电源指示灯点亮。
（6）具有3mm的螺丝孔，便于固定、安装。电路板尺寸：3.2CM×1.4CM。
每个模块在发货已经将阈值比较电压通过电位器调节好，非特殊情况，.....红外检测模块实物图如图3-8所示，电路连接图如图3-9所示。
图3-8? 红外检测模块实物图
图3-9? 红外检测模块电路连接图
3.9? 按键模块
按键模块实物图如图3-10所示，按键功能顺序从左到右依次是：......
图3-10? 按键模块实物图
按键模块电路连接图如图3-11所示。K1为设置键，K2、K3分别为加、减键，K4为手动模式和自动模式的切换按键，K5、K6分别为灯光加、减按键。
图3-11? 按键模块电路连接图
4? 系统软件设计
4.1? 系统软件主程序流程图
软件组成部分的主要工作就是完成对照度检查电路的处理及传感器信号的处理。例如,当灯光照明性很强时,系统将继续通过灯光检测来监视灯光检测电路的输入和运行状态。......该系统主流程图如图4-1所示。
图4-1 系统软件流程图
4.2? DS1302时钟模块子程序流程图
图4-2? DS1302子程序流程图
4.3? 显示模块子程序流程图
LCD1602液晶显示在执行程序指令之前要进行模块标志位的忙信号，只有当它的忙标志位为低电平时才表示可以执行指令。LCD1602要显示字符时，.....显示子程序流程如图4-3所示。
图4-3? 显示模块子程序流程图
5? 系统调试
5.1? 软件调试
5.1.1? Proteus介绍
Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，.....
Proteus是英国著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。......
5.1.2? 仿真运行
利用Proteus在实物焊接之前对系统软件及电路连接进行仿真运行测试，如图5-1所示。
图5-1? 系统仿真运行图
在自动模式或者手动模拟控制情况下，先按外按键再按里按键来模拟外部人员通过红外检测装置进入教室，如图5-2所示。
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图5-2? 外部人员进入教室模拟仿真运行图
在自动模式或者手动模拟控制情况下，先按里按键再按外按键来模拟内部人员通过红外检测装置走出教室，如图5-3所示。
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图5-3? 内部人员走出教室模拟仿真运行图
手动控制模式下可通过灯光强弱按键来模拟，人手动控制教室灯光的强弱变化，灯光的强弱变化通过右上角第一条波形高电平长短来表示，高电平越长灯光亮度越亮，图5-4所示。
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图5-4? 手动控制灯光强弱变化
点击设置按键，将设置页面转至定时开关时间设置功能，使当前时间包含在设定时间之间，在自动模式下，光敏二极管需要断开，当教室内人数在0到10人时，灯光亮度为一级；当教室内人数在11到20人时，灯光亮度为二级；当教室内人数在20人以上时，灯光亮度为三级。人数变化及亮度等级如图5-5至5-6所示。
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图5-5? 0至10人教室内灯光亮度仿真运行图
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图5-6? 10至20人教室内灯光亮度仿真运行图
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图5-7? 0至10人教室内灯光亮度仿真运行图
5.2? 硬件调试
在软件调试完毕后，将程序写入单片机呢内部。根据电路原理图焊接，电路原理图如图5-8所示，焊接成品图如图5-9所示。
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图5-8? 系统电路原理图
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图5-9? 焊接实物图
接通电源后，显示模块初始化后，按下SET设置键后进入设置页面对日期和时间进行调整，设置页面如图5-10所示。
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图5-10? 设置页面图
再次按下SET设置可计入定时开启和定时关闭页面。定时开启设置页面如图5-11所示，定时关闭设置页面如图5-12所示。
图5-11? 定时开启设置页面
图5-12? 定时关闭设置页面
时钟设置完毕后，用手穿过红外检测模拟人的进出来观察显示页面数值是否在发生改变计数。页面显示如图5-13所示。如图5-13中框选数值为计数，用来显示教室内剩余的人数。
图5-13? 计数页面显示图
如图5-14中框选按键为手动自动切换按键，当按下手自动切换按键，......
图5-14? 手自动切换效果图
6? 总结与展望
6.1? 总结
通过本次的设计,熟悉了自己要做一个工程设计所需要的几个步骤。本次设计从基础的理论探讨到硬件的原理示意图设计,从元器件的板材选型选料开始到整个板材的设计制造,从整个软件包的编程研发开始到最终的安装调试整个操作过程均由我自己独立动手负责。.....
6.2? 展望
在项目方案的制定、仪表硬件的设计与软件在产品开发等各个环节上都已经进行了充分......
由于受到所研究的时间及本人对于知识基础结构的限制,在进行设计的过程中也不可避免会出现一些疑难点,这些都亟待于今后的不断探索学习、提升.
为方便大家参考学习，整理了如下资料，如有需要请下载。
