基于单片机的教室节电控制器的设计毕业设计论文(55页).doc

-基于单片机的教室节电控制器的设计毕业设计论文-第 - 45 - 页本科毕业设计(论文)题目：基于单片机的教室节电控制器的设计 院 （系）： 光电工程学院 专 业： 光信息科学和技术 班 级： 110111 学 生： 孟凡超 学 号： 110111112 指导教师： 杜玉军 2015年 6月毕业设计（论文）任务书系 别 专业 班 姓名 学号 1.毕业设计（论文）题目： 基于单片机的教室节电控制器的设计 2.题目背景和意义： 随着社会经济和科学技术的发展，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。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。 3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）： 该系统采用遥控模式，由遥控器和教室节电控制器两个部分组成。遥控器主要实现以下功能:(1) 通过键盘完成对教室节电控制器的密码、初始化时间、照度人数阈值和工作时间等的设定任务。(2) 对教室节电控制器的参数设定完成后，通过LCD 显示当前工作状态和工作模式。教室节能控制器的主要功能如下:(1) 把无线数传模块发送过来的系统设置参数存储在EEPROM存储器内；(2) 通过红外热释电传感器和光电传感器实时采集人体存在信号、模糊人数，通过光强传感器采集照度信号，将数据采集主控制器；(3) 依据设置的控制模式和采集到的数据对灯组进行开关控制。需要完成的任务：（1）方案选择：设计系统的实现方案，选择合适的红外热释电传感器、单片机和系统需要的外围模块；（2）硬件设计：根据设计的系统方案，设计系统的硬件原理图，用Altium Designer绘制电路原理图和PCB板图，焊接电路，并调试通过；（3）软件设计：分析系统的功能要求，采用C51语言在Keil开发环境上设计系统的软件，并在焊接的电路板上调试通过。 需要实现的技术指标：摇控距离3m，人体探测距离2m。 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）： 2015年3月10日前，完成资料查询；学习相关知识。 2015年3月20日前，完成课题的原理方案设计和方案的论证，完成开题报告。 2015年4月30 日前，完成外文文献翻译，建立系统的硬件设计、焊接和调试，完成中期检查报告 。 2015年5月15日前，完成软件的编制和调试。 2015年6月01日前， 完成毕业论文的撰写。 5.毕业设计（论文）的工作量要求 实验（时数）*或实习（天数）： 图纸（幅面和张数）*： 其他要求： 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 系主任审批： 年 月 日说明：1本表一式二份，一份由学生装订入册，一份教师自留。2 带*项可根据学科特点选填。基于单片机的教室节电控制器的设计摘要基于单片机的教室节电控制器的设计主要是通过控制教室内光强和人数，达到教室节电的目的。本课题是通过研究国内外节电模式以及各高校教室节电系统，设计出了一款更加实用的教室节电系统，该系统主要是通过单片机控制教室灯组，设计出教室节能系统的硬件和软件。本系统是通过STC12C5A60S2单片机作为主要控制装置，并采用人体传感器和红外热释电传感器检测人的存在并计数，采用光强传感器检测教室内光的强度。通过对教室内人数和光强的检测，完成对教室内灯组的控制，是否达到开灯要求。设计后期，还对设计出的硬件设施进行调试和编程，最终呈现出理想的效果。设计出的系统体积小，安全，控制简单，可以大规模用在教室灯组上，具有良好的节电效果。关键词；单片机；人体传感器；红外热释电传感器；光强传感器；节电The Design of Controller about Saving Electricity in Classroom with MicrocontrollerAbstractThe Design mostly through control the light intensity and human to achieve the saving electricity in classroom. This discussion through the mode of saving electricity in domestic and foreign, and system of saving electricity in other collage to design a system more usefully of saving electricity in classroom. The system mostly control lamp of classroom by the microcontroller, and on this basis, developed the hardware device of classroom energy-saving intelligent control system and the corresponding software.The system use STC12C5A60S2 as the intelligent part of the control device, pyroelectric infrared sensor to detect the presence of human body, using light intensity sensor probe environment light intensity. According the testing about light intensity and human ,complet the control of classroom lighting loop, avoid large amount of waste. Finally, the system is debugged, the experiment proved that the system can satisfy the control command of the classroom's light device.This system had many advantages. For example, he physical volume was small，the system was safety, the credibility was high , the operational approach was easy .It had good effect in saving electricity and it can use in the classroom. Keywords：Microcontroller; Human detection; Pyroelectric infrared sensor; Light intensity sensor; Saving electricity目录摘要IAbstractII1 绪论- 1 -1.1 本课题的背景及意义- 1 -1.2 国内外相关研究情况- 1 -1.2.1 国内外节电现状- 1 -1.2.2 热释电红外传感器的研究现状- 2 -1.2.3 光强传感器研究现状- 3 -1.3 本课题研究的内容- 3 -1.3.1 遥控器部分主要内容- 3 -1.3.2 教室节电控制器部分主要内容- 3 -2 系统方案综述- 5 -2.1 光照因素- 6 -2.2 人体红外探测- 6 -2.3 人为控制开关- 7 -3 系统硬件- 8 -3.1 单片机最小系统- 8 -3.1.1 电源模块- 8 -3.1.2 复位电路- 9 -3.1.3 晶振电路- 10 -3.2 光强检测电路- 11 -3.3 热释电红外人体检测电路- 12 -3.4 人体计数电路- 13 -3.5 无线遥控电路- 14 -3.5.1 遥控发射电路- 14 -3.5.2 遥控接收电路- 15 -3.6 继电器驱动电路设计- 15 -3.7 LCD显示电路设计- 16 -4 系统软件设计与开发184.1 系统监控主程序模块184.2 遥控发射接收的软件实现- 19 -4.2.1 遥控器发射主程序流程图- 19 -4.2.2 键扫描程序流程图- 20 -4.2.3 遥控接收器主程序流程图- 20 -4.3 LCD显示模块- 21 -5 调试与结果分析- 23 -5.1 单片机最小系统测试- 24 -5.2 遥控器发射和接收模块调试- 24 -5.3 光强检测模块调试- 25 -5.4 人体红外调试- 25 -5.5 继电器调试- 25 -5.6 人体计数模块调试- 27 -5.7 LCD12864显示模块调试- 27 -6 总结与展望- 28 -致谢- 29 -参考文献- 30 -毕业设计（论文）知识产权声明- 32 -毕业设计（论文）独创性声明- 33 -附录- 34 -附录1 系统Altium Designer电路原理图- 34 -附录2 系统实物图- 35 -附录3 系统测试代码- 36 -附录4 外文翻译原文及中文- 54 -1 绪论1.1 本课题的背景及意义随着科学技术和社会经济的发展，人类社会的进步已经越来越依赖于资源的利用和开发，但是有限的资源数量和与日俱增的能源需求已经形成了巨大的矛盾。高校集教学、科研和生活于一体，已成为重要的用电大户，其照明用电量已占总用电量的30%-40%以上，数目相当可观，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。依照国家民用建筑照明设计标准规定，教室照明的功率密度为10W/左右，教室白天照度不低于200LUX，晚上不低于150LUX1。再根据高校教室面积，学生在校天数，每天教室照明时间，节电率等参数，可以计算出节电度数和节约金额数。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96m2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，每个教室每个教学年度按 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2.28×105kw·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【2】。但是以目前形势来看，对于高校节电，还处于粗放的一种状态，什么时候开灯，多少人开灯，开多少灯，都没有明确的规划【4】。单的人力是很难控制的。所以，在此我设计了基于单片机的教室节电控制器，主要针对的就是不需过多人力，便可以实现教室节电，很大程度上解决了高校用电紧张的问题。1.2 国内外相关研究情况1.2.1 国内外节电现状纵观世界发达国家的节电动态,其目的在于千方百计地节省电力、节省开支、提高电力公司的经济效益和社会效益。主要节电内容有如下几方面:1、提高用电的效率。美国一家电力公司为用户安装一个18瓦的灯泡,其节电成本可以达到15美元(成本=批发价+其他费用)。该灯泡大约可使用9000小时,在此期间只需耗电162千瓦时,而相对于一般的75瓦白炽灯则要用电675干瓦时。把省下的513千瓦时电分摊在15美元投资上,每节约1千瓦时电花2.92美分【8】。2、采用新型技术。美国加州自从2007年以来一直面临着电力危机，因此政府格外重视节能措施的研发。最近加州一些大城市正进行为红绿灯换“心”的工作，用新型的发光二极管灯泡取代老式白炽灯泡。此举一出，每年便可节省数百万美元的电费。其实发光二极管早在10年前就已经发明，它的优点是比传统的白炽灯泡更亮更省电。不过，普通的二极管灯泡过去只能用红灯中，因为它发出的红光会很强烈，而绿光就很微弱。但科学家已研制出了新产品，一种氮化铟镓的新材料，能购使二极管发出强烈的绿光和黄光，这样便可将二极管灯泡用于交通信号灯中【6】。3、推销新产品。位于美国东北部的电力公司向用户推销 “荧光材料灯”,其耗电量只是普通灯泡的五分之一。此外,还有新颖的电子灯泡等新灯泡。新电池的使用则具有价格较便宜或效率较高的特点。主要有多晶体电池、微型透镜电池等新电池【8】。 在我国，2012年的各大照明类的产品展会上，众多企业推出了自己研发的新型智能照明产品。与前几年相比，智能灯具的亮相频率得到了极大提高，科技含量也越来越高。目前，政府也逐渐认识到智能照明产品的技术优势，并决定开始在社会上推广。在奥运科技前景论坛上，智能照明被提上议程。上海市有关部门决定，在夏季用电高峰时，上海市中心主要景观道路上的路灯要安装智能控制系统。而随着电子技术的发展，人们对建筑内照明舒适度的要求越来越高，人们都希望照明系统既省电又能提供合适的照度环境。目前市场对智能灯光控制系统的需求量也越来越大，因此这类产品的发展也非常迅速。生产这些产品的技术变得愈发成熟，产品的功能逐渐接近人们的需要，而且价格也是越来越合理。目前市面上已经出现了大量的智能灯光控制系统，系统构造越来越复杂，灯具之间有媒介联系，方便管理和操作，智能化水平越来越高。1.2.2 热释电红外传感器的研究现状国内，对热释电红外传感器的研究已有20几年之久，但大多都无法兼顾探测的准确性和灵敏度，在干扰情况下，信号识别率有所下降，误报率相对较高。探测器产生误报的主要原因是因为缺乏对PIR传感器输出的红外信号进行充分有效的分析，对信号中所含有的特征信息没有进行有效的数据挖掘，不利于产品在实际应用中的推广。国外，很多国家也越来越重视这方面的研究开发。2006年，韩国釜山国立大学研发了基于热释电红外传感器（PIR）阵列的室内位置检测系统，ADEMCO International、德国西门子安防、加拿大PARADOX SUCURITY SYSTEMS LTD等公司推出了智能PIR入侵探测器。1.2.3 光强传感器研究现状在目前的光强检测的现行方案中，人们大都采用光敏电阻、光敏二极管或三极管来实现将光信号与电信号的转换，并通过光电流的大小作为判断依据来衡量光照强度的大小。但这种测量方法也只能说是模糊的给出光强是大是小的概念，完全建立在个人经验或者说个人习惯上，而在国家最新颁布的建筑照明设计标准GB 50034-2004规定教室、阅览室等大面积公共照明场所内照度值不得低于3001x。所以说依靠光敏二极管或三极管想要给出一个量化出来的照度值是相当困难的。因此，光的强度依靠个人经验来定强弱，并作为开关灯的依据是不够合理的。1.3 本课题研究的内容 该系统采用遥控模式，由遥控器和教室节电控制器两个部分组成。1.3.1 遥控器部分主要内容 遥控器主要实现以下功能:1、 通过键盘完成对教室节电控制器的密码、初始化时间、照度人数阈值和工作时间等的设定任务。2、对教室节电控制器的参数设定完成后，通过LCD 显示当前工作状态和工作模式。1.3.2 教室节电控制器部分主要内容 教室节能控制器的主要功能如下:1、 把无线数传模块发送过来的系统设置参数存储在EEPROM存储器内；2、 通过红外热释电传感器和光电传感器实时采集人体存在信号、模糊人数，通过光强传感器采集照度信号，将数据采集主控制器；3、 依据设置的控制模式和采集到的数据对灯组进行开关控制。 需要完成的任务：1、方案选择：设计系统的实现方案，选择合适的红外热释电传感器、单片机和系统需要的外围模块；2、硬件设计：根据设计的系统方案，设计系统的硬件原理图，用Altium Designer绘制电路原理图和PCB板图，焊接电路，并调试通过；3、软件设计：分析系统的功能要求，采用C51语言在Keil开发环境上设计系统的软件，并在焊接的电路板上调试通过。主要内容可总结为以下几点： （1）现有照明系统的特性及其相关情况； （2）遥控器控制节电控制器的方法； （3）人体存在信号和光照强度信号的采集与处理； （4）光强阈值和人数阈值的确定； （5）传感器在教室的分布、安放问题； （6）人为控制与自动控制的结合。2 系统方案综述该系统采用遥控模式，由遥控器和教室节电控制器两个部分组成。教室节电控制器的主要功能是把无线数传模块发送过来的系统设置参数存储在EEPROM存储器内；再通过红外热释电传感器和光电传感器实时采集人体存在信号、模糊人数。通过光强传感器采集照度信号，将数据采集主控制器；最后依据设置的控制模式和采集到的数据对灯组进行开关控制。这里，我们在单片机的选择上是以STC12C5A60S2单片机主控模块为核心；光电传感器的核心选择为光敏电阻；在红外热释电传感器的选择上，利用传感器LHI778检测人的存在；继电器选择的型号为G5LA-14 5V直流双通电磁继电器,并由PNP型号的S8550三极管来驱动三极管继电器【5】；系统看门狗电路系统采用芯片 X5045。X5045 芯片能够实现：看门狗定时器功能、复位控制功能和存储功能；如图2.1所示。图2.1 整体设计图 本系统主要由光强传感器、激光传感器热释红外块组成。系统产生信号，将信号输入到单片机，并结合遥控器设定出相应的光照强度阈值、人数阈值和工作时间等参数，单片机经过判断输出信号，通过控制继电器进而控制日光灯的亮灭。 在教室内部，将激光传感器模块和热释红外电模块放置在教室门两侧，用来检测人数和模糊人数，将光强检测传感器放置在教室内部，用来检测教室光强。当教室光强高于设定阈值时，自动关闭教室灯组，即使打开电源开关，教室灯组也不会亮当。当教室光强低于设定阈值时，比通过激光传感器模块和热释红外电模块计算人数，会依次打开部分教室灯组。单片机的前置信号输入端主要有，光照因素、人体红外探测以及人为控制端。2.1 光照因素全世界有很多国家对建筑照明有明确的规范。中华人民共和国在2004年12月1日也颁布了建筑照明设计标滩GB50034-2004对我国的照明用电加以规范，该文件规定教室、阅览室等公共学习场所的照度不得低于3001x。关于光信号的采集，如常见的声光控延时开关采用的是光敏元件（光敏电阻），利用元器件对光强的响应特性来设计电路。而这些器件一般在光照度不同的情况下响应有一定的离散性（光敏电阻在同样光照度下阻值可能不同），效果不甚理想。难以准确的确定光照度。故而本系统采用光强传感器可以将光照度转化为数字信号，具有很高的精度。随着电子技术的发展，这类芯片的集成度和精度也是愈来愈高。当系统判断如果光强大于3001x时不会开灯，而如果小于3001x时，则会进行是否有人的判断9。2.2 人体红外探测系统判断是否需要开灯还有一个重要因素，那就是教室内是否有人，而判断人体是否存在，则是利用热释电红外传感器监控人体发出的红外射线来实现的。红外探测技术主要分为主动式和被动式，在本系统中采用被动式热释电传感器。热释电红外传感器是一种被动式调制型温度敏感器件，利用热释电效应工作，它是通过目标与背景的温差来探测目标的。它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽，灵敏度与波长无关，容易使用。这种探测器，灵敏度高，探测面广，是一种可靠性很强的探测器。因此广泛应用于各类入侵报警器，自动开关、非接触测温、火焰报警器等，目前生产有单元、双元、四元、180°等传感器和带有PCB控制电路的传感器。本系统采用双元探头热释电红外传感器，而在搭建电路时应该注意其灵敏度和探测距离的选择，灵敏度过高可能出现误操作，过于迟钝也不行。另外人体红外辐射波长在910m，所以需要选择适合的滤波片，同时加上菲涅耳透镜可适当提高探测器的灵敏度。2.3 人为控制开关由于高校教室使用要求变化较多，但有较强的规律可循，所以可通过软件和人为控制开关结合的方法来设计系统。这样既可以大大减少人工控制也可以满足教室使用要求的多变性。3 系统硬件3.1 单片机最小系统单片机最小工作系统由复位电路、电源、晶振电路组成。本系统单片机选择是STC12C5A60S2，引脚图如图3.1所示。图3.1 STC12C5A60S2引脚图STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点的新一代8051单片机，指令代码能够完全兼容传统的8051，但速度比8051要快8-12倍。内部集成有MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。3.1.1 电源模块 单片机工作电压需要5V，而我们日常用电则是220V，所以我们需要变压器进行转换。系统接通220V交流电源后，我们选择9V变压器将220V交流电变压到9V，先经过二极管全波整流、再通过电解电容C19、C21滤波，最后经LM7805稳压芯片得到稳定的+5V电源。为了使缓冲负载突变，输出端还需要电容C20、C22，最后得到+5V的直流工作电源。电源模块原理图如图3.2所示。图3.2电源模块原理图3.1.2 复位电路在单片机工作的过程中，会因为外界的干扰而产生程序跑飞、死机、甚至说整机瘫痪等情况，这种情况会时有发生，为了使单片机能够正常的工作，就必须采用复位的方法。所以，需要在硬件中设计看门狗电路，防止单片机发生状况。这样单片机如果发生死机，看门狗就会产生一个复位信号，能够使单片机复位，这样的话就可以重新执行程序。本次设计会使用芯片是X5045。其特点如下：1、 可编程的看门狗定时器；2、 低电压检测和复位信号提供；3、5种标准复位端电压；4、使用特殊编程序列可重复对低VCC复位电压编程；5、低功耗。看门狗定时器的预置时间是由X5045的状态寄存器的相应位决定的。X5045共有6位，其中的WD1、WD0两项和看门狗电路有关，其余位和EEPROM的设置有关。如表3.1所示。表3.1 X5045状态寄存器7654321000WD1WD0BL1BL0WELWIPWD0=0，WD1=0，预置时间为1.4S；WD0=1，WD1=0，预置时间为0.6S；WD0=0，WD1=1，预置时间为0.2S；WD0=1，WD1=1，禁止看门狗工作。看门狗复位电路图如图3.3所示。图3.3 看门狗复位电路为了使复位可以更加可靠，在其复位输出端外接了一个10K的上拉电阻，并与STC12C5A60S2单片机的复位端相连。看门狗可以在电源上电、掉电的期间产生一个复位信号。X5045芯片还带着一个1.4秒的看门狗定时器，这样就可用来监控单片机的工作。如果系统在1.4秒内未检测到其工作，就会判定系统出现故障，看门狗WD1就会处于一个低电平状态，这样可以为系统提供保护，就会避免死机、进入死循环或程序跑飞等意外的发生。3.1.3 晶振电路本系统的时钟信号采用外部时钟方式，只要单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接上晶振即可。时钟模块主要是由两个530pF的负载电容和一个高速石英晶振接地组成。在本设计中，电容选择30pF，振荡晶体选择12MHz，石英晶振的两端可以直接接单片机的时钟输入输出管脚。在设计电路时，电容和晶体应尽可能靠近单片机芯片安装，这样可以减少寄生电容，保证振荡器稳定和可靠地工作。晶振电路如图3.4所示。图3.4 晶振电路结合电源电路、晶振电路、复位电路，单片机最小系统原理图如图3.5所示。图3.5最小系统原理图3.2 光强检测电路教室的环境光强是系统主要参数之一。大量的性能研究成果表明，光敏电阻所产生的光谱响应峰值与人视觉敏感区的光的波长非常接近；而且当外部光强发生减弱的同时，光敏电阻的响应时长也会相应增加。所以，本次设计要选用GM5516光敏电阻作为教室光强的采集和处理单元。图3.6是光强检测电路。图3.6 光强检测电路图中的R5为光敏电阻，AR1是滑线变阻器，其作用是确定光强检测的临界电压。C10、C11的作用是滤除电源杂波，这样就不会影响电源的稳定性；D4是电压为5.1V的稳压二极管，作用是稳定电源。由于单片机STC12C5A60S2内部集成有8路高速的10位A/D转换，所以，光强检测电路可以直接与单片机连接，光照参数在单片机的内部经过A/D转换后就可以通过LCD显示屏显示，最后通过与我们人为设置的光照阈值进行比较，就可以控制灯组的亮灭了。 3.3 热释电红外人体检测电路热释电红外传感器是本系统的人数位置信的号检测器，本系统采用的是德国原装进口LHI778，其特点是灵敏度高，可靠性强，可以广泛的应用于各类自动感应电器设备。在信号处理端我们选用的处理芯片是BISS0001。该芯片具有较强的信号集成处理的能力，其内部集成了电压比较器、电压放大器、延时电路、状态控制器及封锁定时器。热释电红外检测模块如图3.7所示。如果加上菲涅尔透镜后，这样能够探测范围是150度的圆锥，而直线探测的距离是6米左右。图3.7热释电红外检测模块图中，R14是光敏电阻，用来检测环境光强。如果环境比较明亮，R14的电阻值会降低，这样就会使9脚的输入为低电平，从而也就会封锁触发信号。S2 是选择开关，当S2与3端口连通时，芯片就会处于可重复触发的工作方式；当S2与1端口连通时，芯片则会处于不可重复触发的工作方式。图中R13可以调节放大器增益的大小。输出延迟的时间Tx就由外部的R15和C1调整，而触发封锁的时间Ti就由外部的R18和C15的大小调整。VO为输出端，当有人进入检测区域时，传感器就会输出电压信号，反之输出电压为0V。菲涅耳透镜又称螺纹透镜，是根据法国光物理学家Fresnel发明的原理采用电镀模具工艺和PE（聚乙烯）材料压制而成。镜片（0.5mm厚）表面刻录了一圈圈由小到大、向外由浅至深的同心圆，从剖面看似锯齿。当人体进入感应范围，人体释放的红外光就会透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。当人沿敏感方向移动时，移动人体发出的红外线被红外传感器接收，则人体存在被感应并输出高电平；当人沿不敏感方向移动时，则人体传感器所体现的信号就会不理想，有时还会产生误动作。所以在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。图3.8是菲涅尔透镜信号采集敏感区的示意图。图3.8菲涅尔透镜信号采集敏感区3.4 人体计数电路教室内的人数是决定开灯数量的重要因素。为了知道学生是走出教室还是进入教室，我们采用两路对射式激光传感器，可以将一个安装在门外墙壁上，另一个安装在门内墙壁上。这样的话，只要知道哪一个传感器先发出信号，就可知道学生是进还是出。如果门外的先有信号，而门内后接收到信号，则说明是有人进入教室；反之的话，则说明有人走出教室。单片机将接收统计到的人数与遥控器设定好的的人数阈值比较，在光照强度不满足要求的前提下，如果统计的人数小于阈值时，则教室就打开一定数量的灯，如果统计人数大于设定的阈值，则打开更多的灯或是全部的灯。人体计数电路如图3.9所示。图3.9 人体计数电路人体计数电路采用一个激光发射头和激光接收端搭配组成。激光发射头发出的光必须直射在激光接收器上，这样激光接受端的2脚就会产生低电平，此时LED灯D2不亮；当有人通过门，就会遮挡住激光头发出的激光，激光接受端的2脚产生高电平信号供给单片机，此时LED灯D2亮。图中，C1、C6和C7的作用是滤除电源的杂波，目的是不影响电源的稳定性；D3为5.1V的稳 作用是用以稳定电源。在探测时，可能会发生一种情况，就是教室门口会出现人员拥挤或者几个人同时通过探测器的现象，探测器会被几个人同时遮挡，所以探测到的人数是不太准确的，这就称为模糊人数。此模糊人数通过LCD显示屏显示，方便老师对上课人数的统计。3.5 无线遥控电路3.5.1 遥控发射电路在本次设计中，我们采用的是红外遥控。红外线遥控装置的优点是具有结构简单、工作可靠性高、制作方便、抗干扰能力强、成本低廉等。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅可靠而且能有效地隔离电气干扰。同时，红外遥控不会影响到邻近的无线电设备，不会出现遥控信号“串门”的情况，是近距离遥控优选方式。本系统采用WD6122编码芯片的遥控器19，其管脚图和管脚说明分别如图3.10和表3.2所示。图3.10 WD6122编码芯片管脚表3.2 WD6122编码芯片管脚说明管脚号符号输入输出功能描述23、24、16KI0-KI7I键扫描输入端7REMO数据输出管脚（遥控输出）8Vdd1电源正极9SELI选择管脚10OSCOO振荡器管脚（输出）11OSCII振荡器管脚（输入）12Vss2电源正极13LMPO输出LED指示（呈闪烁状态）2114KI/KI/O7I/O键扫描输入/输出管脚22CCSI键扫描输入3.5.2 遥控接收电路 本设计的接收电路使用一体化的集成红外接收器成品，一体化的红外接收装置将红外信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的TTL信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。在本系统中采用的红外一体化接收头HS0038，外接电容。该接收器对外只有三个引脚，分别为电源VCC、地GND和一个脉冲信号输出OUT，脉冲信号输出接CPU的中断输入引脚INT0，采用这种连接方式，软件解码既可以工作于查询方式，也可以工作在中断方式。单片机STC12C5A60S2根据不同的信息码可以对相应的端口进行控制操作。接收电路如图3.11所示。图3.11 遥控器信号接收模块3.6 继电器驱动电路设计本系统中采用直流电磁继电器，型号为G5LA-14 5V直流双通电磁继电器。如图3.12所示，1脚为动触点，3脚为常开触点，4脚为常闭触点，当2到5脚之间有电流通过时线圈会产生磁力从而导通，实现对日光灯的控制。图3.12 继电器底端视图继电器电路如图3.13所示，这里继电器是由PNP型号的S8550三极管来驱动。开机时，单片机初始化P2.5为高电平，三极管会截止，所以当开机后，继电器会处于释放状态；如果P2.5为低电平，就会拉低三极管的基极从而产生足够的基极电流，三极管就会导通，继电器得电吸合，然后驱动负载开灯。继电器的输出端需要并联100的电阻和104电容，目的是防止继电器吸合，避免释放期间产生火花。继电器线圈两端反相并联的二极管D6可以起到吸收反向电动势的功能，保护三极管。图3.13 继电器驱动电路3.7 LCD显示电路设计为了系统能够显示当前的工作模式和状态，以及设定的人数阈值和光强度阈值，我们加入了LCD显示电路，将需要展示的显示出来。本设计选用的是带中文字库的LCD12864。目的是显示当前的工作模式、模糊人数和光照强度等。带中文字库的12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64，内置8192个16×16点汉字和128个16×8点ASCII字符集，利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。其可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示。它还具有低电压低功耗的优点。LCD12864显示电路如图3.14所示图3.14 LCD12864显示电路本系统分为自动控制和手动控制两种工作模式，而这两种工作模式都可以通过LCD12864显示屏来显示。当在自动控制模式的情况下，显示屏显示的内容有工作模式、模糊人数、当前光强和开灯状态一共四个信息，而在在手动控制模