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一、系統設計

系統設計主要包括硬件和軟件兩大部分。系統的結構主要由三部分構成。上位機系統、下位機系統、通信系統。其中主控制器（主機）與分控制器（從機）進行信息交換，利用分控制器采集信息數據進行判斷，去控制燈具的照明燈開關狀態。每個教室分控制器是以單片機AT89C51為核心的數據采集和處理裝置，它直接與各種I/O設備（如光敏傳感器、繼電器）紅外傳感器、溫度傳感器、蜂鳴器等）相連，通過這些I/O接口，MCU實時采集它們發送的數據，經計算并保存在內部存儲器；主控制器具有RS485接口，它讀取各個教室分控制器中所采集的教室的信息進行處理判斷，并通過RS485接口對教室分控制器發出指令，以控制教室照明設備的開或關。

1.通信系統。此通信系統是多機通信，采用RS485半雙工主從式。從機用中斷的方式接收主機發來的命令或數據并做出響應，其任務是負責對分布的照明燈具進行開關控制；主機發送命令或數據到從機。

2.上位機系統。上位機系統由主控制器、串行總線、顯示及控制軟件等組成。其控制命令或數據由總線發送給分控制器。可將信息進行數碼顯示、看門狗電路對運行程序進行監視、實時時鐘電路對照明燈具進行定時開關控制。

3.下位機系統。下位機系統是以單片機為核心部件及外圍電路組成，在單片機的控制之下，進行數據通信、顯示，利用執行電路控制照明燈具開關狀態。教室內燈光控制根據自然光的變化、有無人活動、作息時間等實際情況進行自動模糊控制。做到光線暗時開燈、光線亮時關燈、有人時開燈、無人時關燈、工作時間開燈、休息時間關燈合理的工作狀態，達到節約用電。

二、硬件電路系統設計

硬件電路系統以單片機為核心器件以及各種接口電路組成，它的特點是：功能強大、運算速度快、體積小、價格低廉、穩定可靠、應用廣泛。主要由單片機（AT89C51）、信息采集電路（人體信號、光信號）、時鐘電路（DS12887）、執行驅動電路、定時顯示電路構成。如圖2所示。

單片機作為主控制器芯片，通過串口與從機通信。從機進行信息采集、傳送接收主控制器指令，驅動執行機構。1.主控制器的核心器件是單片機，外圍電路由鍵盤電路、看門狗電路、通信接口電路、數碼顯示電路及驅動電路等組成。如圖3所示。單片機采用AT89C51，是一種高效微控制器，在嵌入式控制系統中應用較多的一種靈活性高且經濟的控制器。2.從機系統由單片機、光信號采樣、人體探測器、通信接口和驅動電路組成。單片機采用低檔型的AT89C2051單片機作為處理器，利用驅動電路去控制電源開啟和照明燈具開關狀態。如圖4所示。AT89C2051是AT89C51它的一種精簡版本，是一種帶2K字節閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。在集散控制系統中，用單片機作為從機，主機控制整個系統的運行。由于主控制器與從機制器構成的現場數據采集通信距離較遠，為了保證下位機的數據高速、安全的傳到上位機，采用總線RS485串行通信比較合理。主機和從機之間可點對點通信，也可點對多通信。但從機之間不能直接通信，只能通過主機傳遞數據。如圖5所示。光信號采樣電路由光信號采集電路和A/D轉換電路組成。利用光敏電阻完成光信號采集，再經A/D轉換電路、調理電路、單片機處理后，作為控制信號。

根據現場光信號測量精度確定A/D轉換電路的位，以保證設計精度要求。如圖6所示。設計中采用TLC1549，該芯片是美國德州儀器公司生產的10位串行控制A/D轉換芯片。它具有內在的取樣和保持電路以及片內系統時鐘，輸入阻抗高，有較強的抗干擾性。人體信號采集電路采用的核心器件是人體紅外傳感器，紅外傳感器前級配有菲涅爾透鏡，后級采用帶通放大器和電壓比較器。紅外傳感器配上菲涅爾透鏡后會增大探測距離和探測半徑。帶通放大器的中心頻率取1Hz。比較電路由雙運算放大器組成。

三、系統軟件設計

系統軟件部分由主控制程序、子控制程序和中斷程序組成。由軟件來定義燈具開關、亮度調節、定時控制、人機交換及串行通信等硬件功能。應用結構化方法設計。如圖7所示。

1.照明啟停程序設計啟停教室的照明控制過程是由主控制器向分控制器發出啟停指令，通過串行通信或無線通信來傳輸相應啟停指令，可完成全部啟停和單獨啟停控制。全部啟停控制程序，通過主控制器上設計的開關按鈕來完成照明燈具全部啟停，通過串行通信傳輸全部啟停指令，由P3、P7口輸出高低電平控制全部燈具的啟停。單獨啟停控制程序，啟停某一單獨教室的照明燈具，是由主控制器向某分控制器發出啟停指令，實現單獨啟停照明。主控制器先向分控制器發送地址信息，被叫分控制器回送本控制地址信息，主控制器得到響應后再向被叫分控制器發送數據，執行相應命令。

2.照明定時控制程序設計照明控制系統中的時鐘芯片是DS12887，主機和從機之間采用串口的通信方式進行時鐘設定，從機按設定的時間控制照明燈具的啟停。全部定時控制程序。全部定時控制是由主控制器向所有分控制器發送地址信息，分控制器接收時間數據并寫入存儲器中，再由分控制器發出設定時間命令，控制電路執行定時啟停照明燈具。單獨定時控制程序，單獨定時控制是由主控制器發送某一分控制器地址，被叫分控制器響應主控制器，接收主控制器發送來的時間數據并寫入存儲器，由被叫分控制器發出設定時間命令，驅動電路執行開關照明燈具。

四、結束語

本文通過深入分析高校教室照明特定需求，提出了照明智能控制解決方案，設計了智能控制系統框架、控制系統軟硬組成，能滿足教室照明要求，同時達到節能目的。但在研究中發現，如果在控制模式和算法上能進一步優化和改進，節能效果會更加明顯。

作者：王川徐雪慧單位：武漢職業技術學院電子信息工程學院