基于AT89S51单片机节能灯的设计
第27卷第3期
2009年05月
佳木斯大学学报(自然科学版)
Journal of Jiamusi University(Natural Science Edition)
V01．27 No．3
Mav 2009
文章编号：1008一laoz(m09103—0346一04
基于AT89S5 1单片机节能灯的设计
吴国义1，周群2，耿玉容3
(1．大庆油田有限责任公司采油九厂。黑龙江大庆163853；2．大庆石油学院，黑龙江大庆163318；3．中石油大庆炼化公司。黑龙江大庆
163000)
摘要： 教室节能灯智能控制系统以AT89S51单片机作为控制装置的智能部件，采用热释电红
夕l-z．体传感器检测人体的存在，采用光敏电阻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．
关键词：热释电红外传感器；单片机；节能灯；DSl302
中图分类号：TM923．01 文献标识码：A
高校教学楼照明用电的管理存在着不同程度
的电能浪费现象，对教学楼照明管理的要求是在充
分保证教室照度的前提下，尽可能地节约电能．本
文设计了一种基于单片机的教室灯光智能控制系
统，该系统以AT89S51单片机主控单元为核心，通
过相关电路的驱动，完成对系统设备(电灯)的控
制，实现了对教室灯光的自动开灯、关灯控制，从而
避免电能的浪费． ．
系统供电 灯光驱动
模块 模块
j l
卜臀器H?z H搿
1 f
硬件时钟 数码显示
模块 模块
图1系统麒理框图
1教室灯光控制器的设计
教室灯光控制分为自动控制和强制控制两种
状态，系统结构框图如图1所示．环境光模块用于
采集教室内的光照度，环境光较强时不开灯，环境
光较弱时，有人存在控制器自动打开电灯；人体传
感器模块采用两路同时工作，分别装在教室门的内
外两侧，用于统计教室内学生人数，有人时开灯，无
人时灯灭；时钟模块按作息时间来控制，夜晚超过
10点，若还有人存在，则关闭自动控制器的运行，
改用遥控器或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．
2系统控制模块的硬件设计
2．1 系统供电电路设计
供电系统将220V交流电变压到9V，经过二极
管全波整流、电解电容C1滤波，再经一只正输出稳
压器LM7805，为了缓冲负载突变，改善瞬态响应，
输出端还采用了电容C2，最后得到+5V的直流工
作电源，用于给单片机系统及其它外围电路的Vcc
端供电．同时，该系统中用到了集成运放，其供电方
式为+5V和一5V。在LM7805的输出端接上
LM7905，便可得到一5V的直流工作电源，供电系统
如图2所示．
图2系统供电电路图
2．2人体传感器电路设计
系统采用双探测元热释电红外传感器，当人体
辐射的红外线照射在热释电红外传感器的探测元
上时，电路中的传感器将输出电压信号，由于输出
①收稿日期：2009—03—23
作者简介：尖国义(1969一)，男，黑龙江明水人，大庆油田有限责任公司采油九厂，研究方向：供配电技术．
万方数据
第3期 吴国义，等：基于AT89S51单片机节能灯的设计 347
的电压信号十分微弱(通常仅有hnV左右)，故采
用集成运算放大器LM324构成的仪用放大器来进
行放大，放大后的电压信号送给窗口比较器，若信
号幅度超过窗口比较器的上限(通常设定为3．
8V)，系统将输出高电平信号；无异常情况时则输
出低电平信号?．经反相器，将这个高低电平变化
的信号(下跳沿信号)作为单稳电路555的触发信
号，并让其输出一个脉宽大约为ls的高电平信号．
通知单片机采取相应的动作，达到统计学生人数的
目的．人体传感器原理如图3所示．
图3人体传感器原理图
2．3光检测电路设计
系统选用光敏电阻来检测教室的光照强度，其
电路原理如图4所示．当教室光照度达到一定强度
时，光敏电阻呈现低阻状态(≤1K)，输入比较器的
电压小于U1B的阀值，输出高电平；当光照度减弱
到一定程度，光敏电阻呈现高阻状态(>5M)，此时
光敏电阻的分压增加，输入电压大于UIA的阀值
电压，使UIA输出高电平；正常情况下，两路比较
器均输出低电平．如果把以上两路信号接到中断口
上，当单片机检测到电平变化时，就可以按预定算
法对教室灯光完成自动控制．
2．4系统实时时钟电路设计
根据教室灯光使用特点，该系统时钟控制芯片
选用美国DAIIAS公司推出的串行时钟芯片
DSl302．DSl302具有涓流充电功能，内含有一个实
时时钟，日历和31字节静态RAM，通过简单的串行
接口与单片机进行通信皿J．实时时钟，日历电路提
供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和
闰年的天数可自动调整；时钟操作可通过AM／PM
指示决定采用24或12小时格式．DSl302与单片机
之间能简单地采用同步串行的方式进行通信．
2．5数码显示电路设计
系统选用共阴极数码管LED，并采用动态显示
方式，采用74LS245作为驱动数码管的段码芯片，
采用74LSl38来驱动数码管的位选．LED不同位显
示的时间间隔应根据实际情况而定．发光二极管从
导通到发光有一定的延时，导通时间太短，则发光
太弱，人眼无法看清；但也不能太长，因为要受限于
临界闪烁频率，而且此时问越长，占用CPU时间也
就越多，将影响系统的正常运行．
图4系统光采集电路
2．6灯光驱动电路
灯光驱动电路如图5所示，系统设自动控制和
强制控制状态，强制控制状态可以强制关闭所有灯
管和手动点亮指定灯管，自动状态利用三极管的开
关特性来实现．当系统工作于自动控制状态时，控
制码数据通过Po口送出，与LED显示分时复用，
送出的控制码经74LS273锁存而不受LED段码的
干扰．当对应的I／O为高电平时，三极管处于深度
饱和导通，对应的发光二极管回路被接通。灯亮．当
输出低电平时，三极管处于截止状态，发光二极管
不能被点亮．这样，就利用单片机完成了灯光的智
能控制．
万方数据
348 佳木斯大学学报(自然科学版) 2009年
2．7 1％5—232串口通信电路
!
MCS一5l内部的串行口，大大扩展了MCS一51
应用范围r3】．利用串行口可以实现MCS一5l之间
的点对点的串行通信、多机通信以及MCS一51与
Pc机间的单机或多机通信．MCS一51串行口的输
入、输出均为吼电平，这种以吼电平串行传输
数据的方式，抗干扰性能差，传输距离短．为了提高
串行通信的可靠性，增大串行通信的距离，一般都
采用标准串行接口，如RS一232．1％5—232定义了数
据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间的串
行接口标准，其标准的信号传输的最大电缆长度为
30m，最高数据传输速率为20Kb／s．由于吼电平
和RS一232电平互不兼容，所以两者对接时，必须
进行电平转换，常用的芯片如blAX232．它是RS一
232双工发送器，接收器接口电路芯片．Rs一232电
平转换接口电路，如图6所示．
图5灯光驱动电路
图6 Rs一232电平转换接口电路图
计数器Tl中断服务入口(光减弱)
圣断学生人壅二芦＼／
l有人
点亮相应灯管， I l关闭所有灯管，
置光标志位为强|l置光标志位为弱
退出中断服务程序
图7光减弱服务程序流程图
I 外部中断l中断服务程序入口(光增强)
I
l 关闭所有灯组，置光标志位为强
I
I 退出中断服务程序
图8光增强服务程序流程图 ’
3系统软件设计
3．1系统主程序设计
主程序是整个控制系统的核心部分，接受和执
行命令，把控制转到相应的处理子程序的入口，起
引导作用．本系统中主程序模块主要包括对系统各
功能寄存器及外围器件的初始化，读取实时时钟并
显示时间值．
一
外部中断O中断服务入口1
伶渤N
l置加1标f1人数减l，清11人数加1，清 l惹l!奄lI志位为l|l减l标志位 lI加l标志位
I送LED显示当前人数，并查询I
I灯光标志位决定是否点亮灯管I
l
退出中断服务程序
图9学生人数统计程序漉程图
控制系统软件模块主要包括：系统主程序模
3·2数据采集软件设计
块、时钟模块、数据采集模块、显示驱动模块． 3．2．1光照度采集程序
万方数据
第3期 吴国义，等：基于AT89S51单片机节能灯的设计 349
当环境光发生变化时(减弱或增强到一定程
度)，光照度采集硬件电路输出低电平或下跳沿向
单片机申请中断，单片机响应中断进入相应的中断
服务程序，判断学生人数，根据人数点亮相应的灯
管；若无人则关闭所有灯，同时置光照度标志位为
弱，然后退出中断服务程序．程序流程图如图7和
图8所示．
3．2．2学生人数统计程序
系统采用外部中断结合查询的方法来统计学
生人数，安装时在教室门内外两侧各装一路传感器
(命名为in和out，分别对应加1和减l标志位)，当
学生进出教室时。这两路传感器会先后输出有效信
号，请求单片机中断，单片机处理中断服务程序时，
查询这两路信号的先后顺序来确定时人数加l还
是减I，程序流程表示为图9所示．
4结 论
节能灯控制系统以棚9s5l单片机主控单元
为核心，通过相关电路的驱动，实现对教室灯光的
智能控制．经实验证实：系统具有很好的稳定性，提
高了电能资源的利用率．本控制系统的设计对于学
校教室灯光管理具有重要的意义，也适用于各类办
公室的灯光控制．
参考文献：
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Design of the Energy—-saving Lamp Base on MCS AT89S5 1
WU Guo一一‘，ZHOU彻2，GENG Yu—ton93
(1。'Ihe91hPmducticaFactory，Daqir电Oilfidd Co．Lid．，n嶂嗥163853．Chhm；2．璜q．鸣h缸岫lllalttl妇，n嶂嚷163318，Cilia；3
D斛liI唱RdIn吨＆Chemical Compeny，D啦!63000，Ctina)
Abstract：MCS AT89S51 is the major part of the classroom light intelligent control system，the sigaal of human
body is detected by the pyroelectric infrared sensor，and the daylight siva is detected by the photosemitive resistor．
The intelligent control of classroom lighting is realized by identifying the sisnal of human body and the daylight sis,ml，
avoiding waste of electricity．
Key words：pyroelectric infrared sensor；MCS；energy—saving lamp；DSl302
■辜■辜斗辜膏窜斗搴■辜斗拿斗辜膏e■搴}窜斗窜斗搴■窜斗g斗e■e斗e艇f斗e斗辜}搴’辜拍c斗辜斗e■e斗搴膏枣艇c斗e斗皋斗e斗搴艇c艇c艇c艇c斗辜■e斗e斗搴埠辜牛搴
(E接345页)
参考文献： ’
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Research on the Promotion of LED Flux Efficiency with Optimization
Light—-gathering Cavity Parameter
GU Peng—fii，HU T／e—gen
(Key l_ab啪toty ot Optoae-clrOllliC Int'ormalton Technical Sdmee，r,bLm-y ar Education d China，College of Prtds洒Insmmamt and op·to一出曲加妇助giI哪，田蛆iin U柚曲耐|y，砸岬n 300072．oxim)
Abstract： A new method WaS put forward to increase single LED’S flux eglcieney by changing LED light—
gathering cavity’S reflect一删e．Base on the rehted standards of SMT process in semi—conductor field，tracepro
software w鹪used tO simulate the relations between different light—gathering cavities reflect—arIgle and LED’8 flux
efficiency．and the best angle parameter was found．The re湖mh appears that Light—gathering cavity reflect出v,le’s
change can affect LED efficiency greatly．Checked with 3020 type LED in back—lighting field．the LED flux efllcien·
cy Call mise 9．32％．
Key words：flux efficiency；light·—gathering cavity；optimization parameter；tracepro；simulation
万方数据
基于AT89S51单片机节能灯的设计
作者： 吴国义， 周群， 耿玉容， WU Guo-yi， ZHOU Qun， GENG Yu-rong
作者单位： 吴国义,WU Guo-yi(大庆油田有限责任公司采油九厂,黑龙江,大庆,163853)， 周群,ZHOU
Qun(大庆石油学院,黑龙江,大庆,163318)， 耿玉容,GENG Yu-rong(中石油大庆炼化公司,黑
龙江,大庆,163000)
刊名： 佳木斯大学学报（自然科学版）
英文刊名： JOURNAL OF JIAMUSI UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)
年，卷(期)： 2009，27(3)
引用次数： 0次
参考文献(3条)
1.赵玉安 人体热释电红外传感器介绍 2006(8)
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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jmsdxxb200903008.aspx
下载时间：2010年1月3日
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