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1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)外圍控制電路，構(gòu)成控制系統(tǒng)。除單片機(jī)外，系統(tǒng)還包括紅外檢測模塊，光照檢測模塊，報(bào)警聲光模塊，以及照明設(shè)備控制模塊。將教室劃分4個(gè)區(qū)域，分別由4個(gè)熱釋紅外線傳感器模塊監(jiān)測，為單片機(jī)提供每個(gè)區(qū)域是否有人作業(yè)的信息。當(dāng)探測到某個(gè)區(qū)域有人作業(yè)時(shí)，啟動(dòng)光照強(qiáng)度檢測，以判斷是否開啟照明設(shè)備，若需開起照明設(shè)備，在根據(jù)光照強(qiáng)弱來調(diào)節(jié)燈照亮度，提高教室的照明。

2硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)

硬件包括電源，單片機(jī)AT89C51，熱釋紅外線傳感器模塊，光照檢測電路，照明設(shè)備控制電路，警示電路六個(gè)部分。

2.1單片機(jī)選型與基本電路ATMEL公司的AT89C51芯片指令集和芯片引腳與Intel公司的8051兼容；具有4KB片內(nèi)在系統(tǒng)可編程Flash程序存儲器，128字節(jié)片內(nèi)隨機(jī)讀寫存儲器（RAM）；4個(gè)準(zhǔn)通用輸入輸出口；2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源，2級優(yōu)先級；1個(gè)全雙工串行通信接口；時(shí)鐘頻率可達(dá)33MHz。上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)的RST復(fù)位引腳是高電平有效的，高電平有效的持續(xù)時(shí)間應(yīng)為24個(gè)振蕩周期以上。

2.2紅外檢測模塊熱釋紅外線傳感器通過檢測人體輻射的紅外能量，而感應(yīng)人體，它具有靈敏度高，體積小，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此迅速得到了廣泛的應(yīng)用。它由敏感單元，阻抗變換和濾光窗三個(gè)部分組成。熱釋電紅外人體傳感器的結(jié)構(gòu)決定了它只對溫度變化敏感，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，做在同一硅晶片上的兩個(gè)溫度敏感單元所產(chǎn)生的及形象感，能量相等的光電流在內(nèi)部回路中相互抵消，傳感器無信號輸出。HR-SR501是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)頭設(shè)計(jì)，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，超低電壓工作模式。當(dāng)人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。

2.3光照檢測電路光敏電阻是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的，在光的作用下，其電阻值一般隨光照增強(qiáng)而減小。隨光照減弱而增大。利用光敏電阻的這一特性，可以制作各種光控開關(guān)等電子電路。RP和R2組成分壓器，當(dāng)RP隨著光照的變化而改變阻值時(shí)，其分壓器輸出的電壓也隨之改變，然后將這個(gè)變化的電壓送到ADC0832進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，用以確定自然光照的強(qiáng)度來作為照明設(shè)備強(qiáng)弱調(diào)節(jié)的依據(jù)。

2.4照明設(shè)備控制電路該電路的功能是依據(jù)單片機(jī)發(fā)出的指令完成對照明設(shè)備的控制。由于該電路是利用單片機(jī)的弱電信號控制市電，需要將強(qiáng)弱電隔離，避免強(qiáng)電串入弱電而損壞單片機(jī)及外圍電路。采用光耦和可控硅配合控制照明設(shè)備，能夠有效解決電壓隔離的問題。MOC3041內(nèi)部含有過零檢測電路，當(dāng)輸入引腳1輸入15mA的電流，輸出端6引腳、4引腳之間的電壓稍過零時(shí)，內(nèi)部雙向晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)外部晶閘管導(dǎo)通，當(dāng)MOC3041輸入引腳輸入電流為0時(shí)，內(nèi)部雙向晶閘管關(guān)斷，從而外部晶閘管也關(guān)斷，其調(diào)光控制電路如圖5所示：

2.5聲光報(bào)警電路聲光報(bào)警模塊的功能是發(fā)出響亮的報(bào)警聲和引人注意的燈光提示。一般簡單的蜂鳴器即可完成聲音報(bào)警功能，通過單片機(jī)控制蜂鳴器每次鳴叫時(shí)間，發(fā)出短促的報(bào)警聲，引起有關(guān)人員注意。燈光報(bào)警電路應(yīng)產(chǎn)生閃爍的有顏色的燈光，這樣的電路對環(huán)境產(chǎn)生明顯的影響才可以引起注意。

3軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)啟動(dòng)后首先進(jìn)行一些必要的初始化，接著通過熱釋紅外線傳感器檢測實(shí)驗(yàn)室是否有人員在作業(yè)，如果有人則檢測自然光的光照強(qiáng)度，檢測教室光照是否足夠，若足夠則關(guān)閉燈光，否則調(diào)用燈光控制子程序。

作者：周永強(qiáng)單位：四川師范大學(xué)成都學(xué)院