教室光环境智能控制系统
设计者：朱万朋，张林泉，李盈盈，杜光磊，赵灵强，
指导教师：梁坤峰
（河南科技大学车辆与动力工程学院制冷092班邮编：471003）
摘要：随着节能和环保要求的日益高涨，校园内教室的电能浪费问题受到重视，以智能化为手段的控制系统开始在教室光环境控制中得到应用。本作品建立教室光环境智能控制系统框架，设计了教室内人员区域定位算法，设置了光敏、投影仪开启和手动控制信号的控制优先级，搭建了简化的教室光环境智能控制系统实物模型，并验证了控制系统的功能。智能控制系统以STC89C52单片机和红外热释电处理芯片BISS0001作为控制装置的核心部件，通过光敏电阻电路检测环境的光强，并给出了教室内开灯的光强阈值，由热释电红外传感器模块检测人员的存在与位置；作品通过对环境光强信号、人体存在和位置信号的识别和智能判断，完成对教室照明回路的智能控制，实现教室内灯源的开关、明暗和区域控制，具有显著的节电效果和智能控制特点。
关键字光环境；红外感应；定位；智能控制；节能减排
作品内容简介
1．研制背景及意义
随着能源危机的不断加深，我国的能源问题越来越受到关注。国家统计局的初步统计数据表明，2011年中国能源消费总量比2010年增长7%。2011年我国能源消费总量34.8亿吨标准煤，是四年来增幅最多的一年，节能减排形势十分严峻。而我国节能灯普及率仍然较低，中小城市居民白炽灯的使用比例一般在50%以上，农村使用白炽灯的比例更大。目前，中国照明用电约占全社会用电总量的12%。随着经济发展和人民生活水平的提高，中国的照明用电量还会进一步增加，尤其是我国以火力发电为主，火电占全国发电总量的83.2%，水电约占14.7%，剩余的2.1%才是以核电，太阳能，风力电为主的新能源。
由于控制技术的飞速发展和广泛应用，智能化已经成为当今时代发展的主流技术，自动控制技术被越来越多的用到节能设备上。近几年我国教育事业得到了快速发展，学校照明耗电越来越大，电能浪费问题也随之日益严重。目前，国内院校基本上采用的还是传统的手动、光控和声控照明方法，其节能减排、抗干扰能力都很有限，造成了电能的大量浪费。因此，开发新的教室光环境智能控制系统，实现省电、节能减排目的，具有重要的现实意义。
目前国内常见的照明控制系统
l、Dynalite智能照明控制系统
该系统主要由调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、编程插口、时钟管理器、手持式编程器和PC监控机等部件组成。采用DyNet网络连接，DyNet是一个分布式智能化网络，使用RS-485通讯协议。
2、C-Bus智能照明控制系统
C-Bus系统是1994年由澳大利亚奇胜电气公司开发的，现已广泛用于很多国家和地区。C —Bus系统是一个二线制的总线型式的智能控制系统，主要用于对照明系统的控制。也可用于
消防等系统中的联动控制。
3、ABB i-bus EIB 智能安装系统
EIB 智能系统由总线、总线电源、智能传感器(光线传感器、模糊开关、时间控制器、移
动传感器)、智能开关驱动器和其他智能元件(逻辑模块总线耦合器)构成。它是典型的现场总
线系统，每个元件就是一个节点，这些节点连接在一根2芯双绞线介质的总线上，不分主从
隶属关系实现相互之间的通讯从而实现控制和被控制。
现有的照明控制系统虽然产品和技术都相对已较成熟，却多为针对普通建筑物如居民楼、
办公楼，多采用定时控制、场景控制或简单的传感器控制，很难满足教室里人员多、流通性
强等特点，所以有必要针对教室的特点，研究相应的照明控制系统。本装置将控制对象具体
定位为教室，以细化照明控制的实施方案，提出针对教室实现智能照明节能控制方案和实施
方法。
2．设计方案
图1教室系统三维仿真 信号
采集信号处理控制器控制对象
光敏信号
投影仪信号人体信号
手动信号
图2 设计方案图
本方案由信号采集、信号处理、控制器、控制对象四部分组成。
设置信号采集模块，采集由环境亮度传感模块、红外感应模块、投影仪和手动开关发出
的信号，将光敏信号、人体红外信号、投影仪和手动开关产生的中断信号送至信号处理模块。
设置信号处理模块，处理信号由STC89C52芯片和红外热释电处理芯片BISS0001完成，
将光敏信号、人体红外信号和中断请求处理为控制器可以识别的电平信号，然后交给控制器。
设置控制器模块，接受处理后的信号，进而实现对各个不同的控制对象的控制。
设置红外计数器，通过和红外采集模块配合，在人员过于分散时，强制只开中间区域的
灯来使人员集中，从而达到节能的目的。
2.1 控制算法
首先，初始化后的系统会先判断是否有外界中断信号（譬如
投影仪和手动开关信号），若有信号，则直接关事先设定区域的
灯，接着由环境亮度传感模块对室内亮度进行检测，（2004年12
月，国家对中小学的教育装备标准进行调整，建设部出台了《建
筑照明设计标准》(B50034-2004)，教室内日光灯的平均照度从
150lx ，提高到300lx ，同时黑板的照度要达到5001x 。综合考虑
教室的环境和用途，业界将教室同光灯的平均照度定位为300lx ）
若亮度达到了设定的阀值，则红外模块一直保持低电平输出，保
证教室内灯具一直处于关闭状态；若亮度暗到设定阈值，（设定
顶部电机为电机1，下面电机为电机2）则热释电红外模块开始工作，由步进电机带动旋转式热释电红外探测模块工作，首先
对教室的整个区域1进行扫描，若有人体红外信号，则直接打开6区域的灯，此时通过步进
电机2的旋转对教室区域2、3进行探测，若某区域由人体信号则对此区域进行开灯；若没有
人体信号则电机2回到初始状态，电机1旋转90°，通过电机2的再一次旋转对教室4、5
区 域进行探测，若某区域有人体信号，则此区域开灯；若没有人体信号，则系统结束探测，
进入初始化。
图4 教室区域划分实物
图3教室区域示意图
2.2 系统设计
本系统是一种基于STC89C52单片机和红外热释电处理芯片BISS0001来控制教室灯具开关以及发光时间的自动化控制装置；共分为三个部分：电器部分、机械部分和软件部分。三个部分之间相互配合来达到减少光照污染，降低电能损耗，减少碳排放和降低管理成本的效果。以下为各部分的简要介绍：
2.2.1 电器部分
控制器采用STC89C52单片机和热释电红外探测模块，对教室进行信号的采集和灯光控制。单片机负责精确控制电机的旋转角度,进而达到对教室不同区域的探测覆盖，信号由环境亮度传感模块(由LM393、光敏电阻构成，光照灵敏度可精调，输出开关量)和被动式热释电红外传感器模块采集，当光敏电阻感光时，经过LM393中的2、3口输入进行比较输出一个高地电平信号，由2口的输入电流大小变化来实现灯光亮度的调节，而热释电红外模块通过高低电平的变化老实现各个区域灯光的开关控制。
图5光亮度调节原理图
图6热释电红外探测模块电路图及实物
图7单片机驱动模块电路图及实物
2.2.2机械部分
机械部分：由STC89C52控制的两个步进电机提供整个机构所需的动力，固定于装置顶部的电机提供360度的旋转，装置下部的电机可以满足探头旋转所需要的角度。考虑到了传动时各机构之间的干扰和配合问题，通过调试和改进保证装置运转可靠灵活。
图8步进电机图（24BYJ48）图9旋转机构三维仿真图图10旋转机构实物
2.2.3软件部分
软件采用模块化设计思想，以主程序为核心设置了多个功能模块子程序，使大量的功能在子程序中实现，简化了设计结构。运行过程中通过主程序调用各功能模块子程序。
该系统有三个功能模块：信号输入模块，实现相应信号从单片机输入；信号控制模块，实现对信号的处理；信号输出模块，实现处理结果的编码输出，达到控制LED发光亮度的目的。
单片机接收两部分信号，即环境亮度传感模块输出的室内亮度控制信号和被动式热释电红外探测器输出的开关信号，传输到单片机中。通过单片机处理，输出编码信号，通过A/D 转换和放大电路来实现智能照明。
系统流程图如图11.
开始
系统初始化
光线是否充足
某区域有无人
体信号输出亮灯信号信号保持输出灭灯信号
有无中断信号
Y
N
Y
N
N
Y
信号延时时间保持到
输出灭灯·信号
N Y
图11 程序流程图
3．创新点及应用
1) 设置了旋转机构，使被动式热释电红外探头既能探测运动的人体红外信号，也能探测
静止的人体红外信号。
2) 对教室进行区域化控制，既提高了照明控制的智能化程度，又实现了减低电能消耗的
目的
3) 设置了亮度调节模式，可以满足在不同天气条件下对灯光照度的需求。
4)机构本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。
5) 可应用于各级教育教学机构以及特点相似的场合。
4．节能计算
4.1未进行节能控制时能耗计算（以河南科技大学8#101为例）
一个教室的灯的总功率功率是p=700W，在没有亮度调节的情况下，每天开启16个小时计算，每天消耗的电能为
W1=p×t1=11.2 kwh.
每个教室每年消耗的电能为
W2= ∑ p × t =4088kwh
按每度电A=0.55元计算，每个教室一年耗电量折合人民币为
￥=W2×A =2248.4元
假设我校西苑校区教室数量为100间（折合为101教室同等大小），每年教室耗电量折合为人民币为
￥=W2×A×N= 22.4万元
4.2进行节能控制时能耗计算
在经过实际调查，在正常条件下，夏季光线可以满足教室光线要求的时间点为八点到下午五点，也即在安装此系统的情况下，一天开灯的时间折算为六个钟头。
按照上述时间求出一间教室在采用教室环境智能节能控制系统以后能耗为
W3 = p×t2 = 4.2kwh
经过如上的计算步骤后可得：
每间教室夏季节省的电量为683.75kwh
夏季消耗电量折合人民币为210.8元
夏季节省电量折合人民币为351.3元
在正常条件下，冬季光线可以满足教室光线要求的时间点为十点到下午四点，也即在安装此系统的情况下，一天开灯的时间折算为10个钟头。
按照上述时间求出一间教室在采用教室环境智能节能控制系统以后能耗为
W4 = p×t3 = 7kwh
经过如上的计算步骤后可得：
每间教室冬季节省的电量为383.25 kwh
冬季消耗电量折合人民币为351.3元
冬季节省电量折合人民币为210.8元
在正常条件下，春（秋）季光线可以满足教室光线要求的时间点为九点到下午四点，也即在安装此系统的情况下，一天开灯的时间折算为8个钟头。
按照上述时间求出一间教室在采用教室环境智能节能控制系统以后能耗为
W5= p×t3 = 5.6kwh
经过如上的计算步骤后可得：
每间教室春（秋）季节省的电量为498.4 kwh
春（秋）季消耗电量折合人民币为274..12元
春（秋）季节省电量折合人民币为274.12元
每年采用教室光环境智能控制系统后100间教室可产生电费为
￥=￥1+￥3+￥5×2= 11.1万元
每年采用教室光环境智控制系统后100间教室可节省电费为
￥=￥2+￥4+￥6×2= 11.1万元
4.3节能分析
三个柱状图分别是为节能控制之前我校100间教室的所消耗的电费、节能控制之后教室的所消耗的电费、节能控制之后的省下的电费。
图12电费柱状图
参考文献
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武昌理工学院 本科毕业设计(论文) 题目：教室灯光智能控制系统 学院：信息工程学院 专业：自动化 学号：20114224007 学生姓名：马克勤 指导教师：吕晓雁 二○一四年十月二七日
教室灯光智能控制系统 马克勤 摘要 随着社会的快速发展以及能源的消耗，为了有效利用教室灯光、节约能源，利用单片机设计作为控制核心的教室灯光智能控制系统，能根据学校作息时间、光照情况自动调节教室灯光的打开或关闭。该系统要具有很好的人机交互界面，能对教室灯光进行智能控制。本系统程序部分采用C语言编写，模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。该系统具有体积小，控制方便，可靠性高，针对性强，性价比高等优点能够满足各种大、中专院校教室灯光控制的要求，也可以很大程度的达到节能目的。 关键词:红外线；传感器；单片机
The classroom lighting intelligent control system Ma ke Qin Abstract With the rapid development of society and the energy consumption, in order to effectively use the classroom lighting, saving energy, using single-chip microcomputer as a control core of the classroom light intelligent control system, can according to the school calendar, illumination condition automatically adjusts the classroom lights on or off.The system has good man-machine interface, can the classroom light intelligent control. This system is partially written using C language, modular structure design, clear, good commonality, is advantageous for the improvement and expansion. The system has small volume, convenient control, high reliability, the pertinence, higher cost performance can meet the requirements of classroom lighting control all kinds of large, secondary technical schools, can greatly to achieve energy saving. Key Words:infrared ；The sensor ；Single chip microcomputer
灯光控制系统方案
一、系统概述 系统原理概述 系统所有的单元器件（除电源外）均内置微处理器和存储单元，由一对信号线（UTP5）连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为数字信号在系统总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应回路输出。 系统通过两根总线连接成网络。总线上不仅为每个组件提供24伏直流电源，还加载了控制信号。通过系统编程使控制开关与输出回路建立逻辑对应关系。 系统元件采用 模块化结构、并已 经有系统化产品、 系统扩展方便。同 时，通过专用接口 元件及软件，可能 直截接入电脑进行 实时监控，或接入 以太网进行远程实 时监控。因此在设 计时更加简单、灵活。 系统为分布式控制，模块化结构，可靠性高。任何控制模块均内置CPU，每个输入模块（场景开关、多键开关、红外传感器等）都可直接与输出模块（调光器、输出继电器）通讯（发送指令→接受指令→执行指令），避免了集中式结构中央CPU一旦出现故障造成整个系统瘫痪的弱点。 与BA系统的集成 诺雅照明控制系统是一个开放的系统，通过专用接口软件，可方便地与其他系统连接，如楼宇自控系统、门禁系统、保安监控系统、消防系统等。
中央监控计算 机 Networ k Interface 网络接 系统结构图 网络接口 MR BA 中央监控计 局
二、系统功能和优点 智能照明控制系统在学校应用的功能和优点： 1、实现照明控制智能化 可用手动控制面板，根据一天中的不同时间，不同用途精心地进行灯光的场景预设置，使用时只需调用预先设置好的最佳灯光场景，使人产生新颖的视觉效果。随意改变各区域的光照度。 2、美化环境以达到吸引学生的注意力 好的灯光设计，能营造出一种温馨、舒适的环境，增添其艺术的魅力。良好的环境可以培养学生对其产生更大的兴趣，从而得到更好的学习效果。 利用灯光的颜色、投射方式和不同明暗亮度可创造出立体感、层次感，不同色彩的环境气氛，不仅使学生有个很好的学习环境，而且还可以产生一种艺术欣赏感，对课程产生强烈的研究精神。 3、可观的节能效果 由于智能照明控制系统能够通过合理的管理，根据不同日期、不同时间按照各个功能区域的运行情况预先进行光照度的设置，不需要照明的时候，保证将灯关掉；在大多数情况下很多区域其实不需要把灯全部打开或开到最亮，智能照明控制系统能用最经济的能耗提供最舒适的照明；系统能保证只有当必需的时候才把灯点亮，或达到所要求的亮度，从而大大降低了学校的能耗。 4、延长灯具寿命 灯具损坏的致命原因是电压过高。灯具的工作电压越高，其寿命则成倍降低。反之，灯具工作电压降低则寿命成倍增长。因此，适当降低灯具工作电压是延长灯具寿命的有效途径。智能照明控制系统能成功地抑制电网的冲击电压和浪涌电压，使灯具不会因上述原因而过早损坏。还可通过系统人为地确定电压限制，提高灯具寿命。智能照明控制系统采用了软启动和软关断技术，避免了灯丝的热冲击，使灯具寿命进一步得到延长。 智能照明控制系统能成功地延长灯具寿命2-4倍。不仅节省大量灯具，而且大大减少更换灯具的工作量，有效地降低了照明系统的运行费用，对于难安装区域的灯具及昂贵灯具更具有特殊意义。 三、设计依据 《民用建筑设计通则》GB503522005 《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-92
1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000字左右的文献综述： 文献综述 基于单片机的教室照明控制系统设计的研究 摘要：本文详细介绍了基于单片机的教室照明系统设计，可以有效的节约教室照明系统所耗能源，响应国家号召建设节约型社会的政策。系统以单片机为中心，辅以红外检测模块，光照检测模块，报警声光模块以及灯光控制模块组成完整的控制系统。通过红外检测模块对教室进出人数进行计数，单片机根据需要控制照明系统工作。并且系统还设计了报警模块，对系统可能的误判作出弥补[1]。系统综合考虑了照明系统设计的可实现性与实用性，妥善地处理好强弱电之间的连接以及单片机工作稳定性问题。关键词：A T89C52 照明系统热释电传感器 Abstract: Design of Lighting Systems Based On Microcontroller ABSTRACT: To respond to the n ational policy of building a conservation-based social, this paper describes a lighting system based on single chip designed with classroom use, which can effectively save the energy consumption o f the system. Centered on microcontroller, the system supplemented by infrared detection module, light detection module, the alarm sound and light module and control modules complete control sy stem. By infrared detection module to count the number of classrooms, the microcontroller accord ing to the need to control lighting systems work. And the system also designs alarm module of the system to compensate for a possible miscarriage of justice. Considering the lighting system design and practicality can be achieved and properly handle the connection between strong and weak ele ctricity, and stability of microcontroller work. Key words: AT89C51 Lighting Systems Pyroelect ric Sensor 1教室灯光智能控制器系统研究背景 中国经济持续多年的高速发展让能源问题日益突出。虽然我国能源总储量不低，但由 于我国人口众多，所以人均储量少，单位产值的能耗是发达国家的3-10倍。能源问题已成为制约我国国民经济发展的关键问题。从环境和自然资源角度出发，能源问题也是我国长期可持续发展战略中一个关键因素。此外，能源问题不仅关系经济发展和环境生态，在特定情况下还会对社会稳定有很大影响。鉴于能源问题的重要性，我国在绿色照明工程新闻发布，绿色照明工程未来五年问将在公用设旅、宾馆、商厦、居民住所等全国建筑物中推广1.5亿只节能灯，节电290亿度电。上海、河北等一些地方采取政府对节能灯大宗采购每只补贴3至4元的方式进行推广。从普通白炽灯到高效节能灯，使我国的电光源产品结构逐步向节电型转变，荧光灯与普通白炽灯的比例由1995 1：6.25上升到目前的1：1.5。目前，我国照明用电约占社会总用电量12%，采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节电60%-80%。如今，北京正在大力推行绿色照明工程，己推出上百万只绿色照明光源和部分节能电器，据估算年节约用电可达3442万千瓦时，节约电费2519.7万元。政府已经在商厦、学校、医院
设计名称：智能照明控制系统组别：第五组 组长：XX 组员：XX
基于单片机的智能照明控制系统设计 随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能家居等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。 本文介绍了基于单片机AT89C51的室内灯光控制系统及其原理，提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今较成熟的传感技术和计算机控制技术，利用多参数来实现对学校教室室内照明的控制。 系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。工作时,光信号取样电路采集光照强弱、人体信号采集电路采集室内是否有人、是否为工作时间等信息并将信号送到单片机,单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作,从而实现照明控制,以达到节能的目的。
目录 1 引言....................................................................... 1.1 研究背景.............................................................. 1.2 智能照明控制系统的优点................................................. 2 设计部分................................................................... 2.1设计要求............................................................... 2.2系统设计............................................................... 2.3逻辑控制............................................................... 2.4硬件设计............................................................... 2.4.1 系统硬件总述....................................................... 2.4.2 AT89C51单片机介绍................................................. 2.4.3 光照检测电路....................................................... 2.4.4 人体信号采集电路................................................... 2.4.5 比较电路........................................................... 2.4.6 延迟时间选择电路................................................... 2.4.7 输出控制电路....................................................... 3 系统软件设计及实现......................................................... 4 结论...................................................................... 5 评价……………………………………………………………………………………………….. 6 组员分工…………………………………………………………………………………………..
南昌工程学院 毕业设计(论文) 机电学院电气自动化专业 毕业设计（论文）题目教室节能控制系统
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：
目录 摘要 (1) 前言 (4) 第一章系统结构和工作原理 (5) 第二章系统硬件设计 (6) 2.1电源 (6) 2.2中心控制模块 (8) 2.3光照检测电路 (16) 2.4温度检测电路 (18) 2.5热释电传感器及处理电路 (24) 2.6控制电路 (29) 第三章人机交互 (30) 3.1 FYD12864-0402B的基本特性 (30) 3.2 模块接口 (31) 3.3 FYD12864-0402B显示模块时应注意事项 (34) 3.4 FYD12864-0402B与单片机80C52的接线图 (35) 第四章系统软件的设计 (35) 4.1 程序 (35) 结束语 (44) 参考文献 (45)
天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education 毕业设计开题报告 基于单片机的教室灯光控制设计 学院：自动化与电气工程学院 班级：自１4０3 学生姓名： 指导教师： 职称：副教授 2018 年 12 月 18 日
毕业设计开题报告 课题题目基于单片机的教室灯光控制设计 课题来源科技创新是否实做■ 成果形式毕业设计■ 毕业论文□ 开题报告内容（可另附页） 见附页 指导教师意见（课题难度是否适中、工作量是否饱满、进度安排是否合理、工作条件是否具备等） 指导教师签名： 年月日 专家组及学院意见（选题是否适宜、各项内容是否达到毕业设计（论文）大纲要求、整改意见等） 专家组成员签字：教学院长（签章）： 年月日
基于单片机的教室灯光控制设计 一、研究的目的： 随着社会经济和科学技术的发展，人们的生活水平也不断提高，导致用电负荷的加剧，又由于世界性的能源危机，能源缺乏已成为世界所面临的严峻问题。而此问题对我国来说尤为严重。随着各类大、中专院校的扩招，教室的扩建，教室照明的需求也越来越多，而教室照明的管理不到位，往往造成电能的巨大浪费，这样，提高教室用电效率就成为首要考虑的问题。目前对灯光的智能控制，国内外己经开始采用，但对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，经济损失，这种的浪费与当今的节约能源理念相违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。例如楼道灯光的自动控制等等。所有这些使得教室灯光控制也应该朝着智能的方向发展。于是，开发简便、实用的教室灯光控制系统便具有重要的现实意义。 二、国内外研究的历史和现状简述： 世界各地发电的主要原料是煤炭、石油和天然气，而丹麦在能源利用方面的成功经验提供了很好的借鉴。从1974年以来，尽管丹麦国民收入增长了50%，丹麦总的能源消费量并没有增加。丹麦是经济合作与开发组织（OECD）成员国中能源消耗量和国民收入比值最小的国家。他们不断地提供一些节能供热系统，例如丹麦热电同供热电厂(CHP)，而且，他们尽可能的有效利用资源。这样，他们的能源使用总效率达到了90%。丹麦政府很重视住房空间用电的节能，并设立了对新建房屋节能的诸多要求。数据显示，居民入住有节能装置的房子时，他们要支付比没有节能方案房屋高出8%的费用。其节能项目经验在欧盟国家中广为流传。还有，欧司朗一斯维尼亚公司不断的推出新型高输出的荧光灯，节约6%的总系统功率，并具有更高福建农林大学硕士论文的光通量和平均光通量。飞利浦照明公司推出的陶瓷金卤灯代替过去的卤钨灯，可节能60%的电能。种种迹象表明世界各国都在采取不同方式来节约能源，节约电能。 中国经济持续多年的高速发展让能源问题日益突出。虽然我国能源总储量不低，但由于我国人口众多，所以人均储量少，单位产值的能耗是发达国家的3
摘要 目前，大多数校园照明系统仍然使用人工控制，大学的电能消耗中,照明用电占了绝大部分，工作时间长,且常采用手动控制方法,造成了浪费，其缺点是控制复杂、修理困难、容易发生误动作。针对这种情况，本设计使用西门子S7-200 PLC代替传统的人工控制校园照明系统。采用了PLC智能控制，系统稳定可靠，完全满足学校的照明要求，校园照明系统主要有道路控制输出信号、景观灯输出信号、公共绿地输出信号，根据PLC控制原理对其进行I/0分配和绘制照明系统流程图及编写校园照明智能控制系统梯形图控制程序。最后经过模拟仿真运行，能够实现当设备发生故障或出现某些不正常运行情况时，由自动控制变换人工控制，在排除故障后再次实现自动控制满足照明智能控制系统的要求。通过测算,每年节约电能达25%以上,灯具的使用寿命也有所提高,系统稳定可靠,完全满足了学校的照明要求,达到了预想的结果。 关键词：照明系统西门子S7-200 输出信号智能控制节能
Abstract At present, most campus lighting systems still use manual control, University of electric energy consumption, lighting electricity accounted for the vast majority, long working time, and often uses the method of manual control, resulting in a waste, the disadvantage is the control of complex, difficult, error prone repair action. In view of this situation, the artificial control of campus lighting system uses the design of Siemens S7-200PLC instead of the traditional. The PLC intelligent control, the system is stable and reliable, fully meet the requirements of the school campus lighting, lighting system main road control output signal, the output signal of the public green space landscape lamp, the output signal, according to the I/0 distribution and rendering lighting system flow chart and the preparation of intelligent lighting control system of campus ladder diagram of control program for the PLC control theory. Finally through the simulation operation, can be achieved when the equipment failure or some abnormal operating conditions, by automatic control transform manual control, automatic control meet again intelligent lighting control system requirements in troubleshooting. Through the calculation, annual savings of electricity can reach above 25%, the service life of the lamp is increased, the system is stable and reliable, fully meet the school lighting requirements, to achieve the desired result Keywords： Lighting system Siemens the output signal of the S7-200 intelligent control Energy saving
开题报告
二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等） 设计一个节电控制器，可根据用户不同时间的不同照明需求调节电压供应，控制照明亮度，从而避免长期的不必要的高亮度、高功率电能消耗，达到节能的目的。该系统需实现的功能如: (1)软起动功能:照明灯起动时，电压自动由低压状态缓慢上升至正常电压十分有效的防止了照明灯冷状态下瞬间起动电流的冲击对照明灯设备造成的损害。 (2)自动稳压功能:当系统钦起动完毕后，通过检测电网电压，自动调整照明灯控制柜出口电压，保证路灯端电压稳定在正常电压220V。避免超压耗能和减少照明灯具的损坏，实现初步节能。 (3)缓慢阶梯式调功功能:这是本节电器的核心功能，能根据I作日和休息日的不同时刻调节照明灯具的工作电压，达到分时照明。白天，外部光线好时进行缓慢阶梯式调功，实现半照明.采用微电脑时控进行设定进入实质性节电阶段。 (4)过载、短路、自动散热等保护功能:具有负载护充性，对负载量变化范围大，过载能力强，同时具有短路、自动散热等保护功能。 (5)无触点开关照明灯:无噪声，完全排除有机接触点造成电蚀导致发热，接触不良等现象，工作性能稳定可靠。 (6)其他功能:例如系统要有方便的命令输入界面，如键盘等，用户能够对 此节电控制器的各项工作参数，如系统时间、电压改变时刻等进行自主设置:系统要有方便的状态输出界面，如液晶显示器，以使用户能够方便的了解系统的工作状态，也给其他各项人机交互工作带来方便:其他便于用户使用的各项辅助功能，如密码输入、系统提示等。
三、参考文献 [1]葛毓,程玲. 基于单片机的教室节能控制系统设计研究[J]. 科技资讯,2011(31):50. [2]张云莉,周晓平,朱双霞. 基于单片机的教室节能控制系统设计研究[J]. 制造业自动化,2012,34(04):103-105. [3]崔亮亮,苏延全,党晓婧. 基于单片机的教室智能节能控制系统设计[J]. 机电工程技术,2012,41(08):136-138. [4]伊桂芬. 基于单片机的教室节能控制器的设计[J]. 科技资讯,2012(33):120. [5]陈天厚. 高校教学楼智能照明控制系统的研究与设计[D].吉林建筑大学,2017. [6]王昊辰. 高校教学楼智能灯光控制系统设计[D].河北科技大学,2014. [7]王军敏,卫亚博. 基于AT89S51和RE200B的教室照明节能控制系统设计[J]. 平顶山学院学 报,2013,28(02):36-38. [8]李鹏飞,接贵祥. 基于LabVIEW与单片机的智能教室控制系统的设计[J]. 电子制作,2016(01):39-40. [9]刘瑞妮,梁瑞. 基于单片机的教学楼智能照明节能系统的设计[J]. 电脑知识与技术,2016,12(20):224-225. [10]张野,王翔,李陈红,房佳辰. 基于物联网的教室灯光节能控制系统[J]. 电子世界,2018(01):95-96. [11]张锦荣,罗彦琦. 基于微机控制的高校教室节能系统设计与研究[J]. 现代计算机(专业版),2018(05):78-82. [12]赵凡如,檀伟,张扬,彭国斌. 基于单片机的楼宇灯控系统的设计与仿真[J]. 现代计算机(专业 版),2018(22):93-95+100. [13]崔晓龙. 基于单片机的无线智能照明系统设计[J]. 电子制作,2018(16):3-4+62. [14]闫璞. 教室照明智能节能控制系统[J]. 中国新技术新产品,2018(18):31-33. 院（系）审批意见： 指导教师意见： 签字： 年月日 签章： 年月日
绪论 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,能源短缺问题日益突出，成为一个国家经济发展的“瓶颈”。在寻找替代品、提高能源利用率和节约能源等几种缓解能源危机的途径中，节能无疑是符合可持续发展要求。英国城市大型彻夜灯光照明现象很少见，无论公司和政府部门，都没有虚浮华丽的所谓“照明工程”[14]。夜晚漫步在伦敦街头，看不到大面积光华淌泻与楼体通明的景观，所有照明都基本以不影响人们的正常生活节奏为准。许多店铺橱窗的灯光在打烊后会全部关闭，有些店铺还采用定时关灯装置。在政府住宅楼和公寓楼内，楼道里的公用灯也大多采用自动断电装置。作为提高能源使用效率最重要的途径之一，德国政府努力推动能源公司实施“供热供电结合”，鼓励能源公司将发电的余热尽可能用于供暖。2002年，德国颁布了促进“供热供电结合”的法规，根据这一法规，政府向实施该措施的能源公司，尤其是小型能源公司提供补助，帮助他们置办相应设备。中国城市每年用于公共照明的能源支出高达280多亿，节能空间巨大。其中路灯照明能耗占30%以上。发展城市道路照明的同时，路灯以供街道照明以外，还大力兴建了不少景观照明工程，美化城市的夜景，但同时也带来了能耗的极大浪费。据统计2005年，我国全社会的总用电量约为24000亿kW〃h，照明用电量约为3000亿kW〃h，且每年以13%～14%的速度递增，预计到2010年，照明用电量将超过5000亿kW〃h，新增照明用电2000亿kW〃h[1]。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[10]。目前对灯光的智能控制，国内外已经开始采用，但
基于AT89S51单片机的教室灯光智能控制系 统设计 一、系统设计要求： 该系统以AT89S51单片机作为控制模块的核心部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，通过对人体存在信号和环境光信号的识别与判断，完成对教室灯光的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有报警功能；同时还采用了软/硬件的“看门狗”等抗干扰措施 二、系统控制方案分析 该控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数，能够实现自动与手动控制相兼容。在自然环境光较强光线足够时，无论人是否存在，都不开灯；在自然环境光较弱时，有人存在且超过一定时间，控制器自动打开电灯，直到人离开后再延时一定时间后关灯。同时，还可设置作息时间来控制，夜晚超过12点，若还有人存在，则关闭自动控制器的运行，改用开关来手动控制，以解决因特殊情况下，自动控制器的不人性化运行。所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到设计目的。 三、系统控制模块的硬件设计 系统控制模块的硬件构成及简介系统控制单元是以AT89S51单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：环境光采集电路、时钟模块、热释红外传感器模块、看门狗模块、按键电路、EEPROM存储模块、超时报警模块、数码管显示模块，其结构框图如图2-1所示。 图系统控制结构框图 环境光模块采用光敏三极管来检测环境光的强度，有光照时，电阻减小，随着光照强度
设计任务书 一、设计题目：教室照明智能控制系统 二、设计要求： 设计一个教室照明智能控制系统，通过多种传感器采集室光线、人数分布等信息，利用控制电路调节照明强度，实现节能控制。 三、设计任务 1.画出电路原理图。 2.编写设计说明书，1万5千字以上，包括： （1）设计任务书 （2）前言 （3）目录 （4）正文，包括： 设计思想、电路工作原理、元器件选择、电路元器件参数、总结、参考资料等 3.B5版面，正文5号或小4字号，章标题小2加粗，节标题小四加粗。 前言 本设计针对教室灯光的控制方法，尤其是教室灯光的智能控制方面
的发展现状，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机的教室灯光智能控制系统的设计思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件装置和相应软件,以达到学校教室用电设备的合理使用，节约电能以及改善教学管理的目的。 设计应用了先进的电子技术、网络技术、自动控制技术以及实用的软件平台，成功地设计了一套功能完善的智能教室照明动控制系统。由传感探测单元、通讯网络RS-232、控制单元构成了整个系统。智能教室照明控制系统核心器件采用AT89S51单片机采集数据，并由控制系统实现对教室光照度、学生人数、教室使用状态等的监控与显示，并对教室部用电设备进行合理控制和管理，达到教学楼教室照明控制的智能化和节约化的目标。 本系统将单片机控制系统与网络技术结合起来，各组成部分包括硬件和软件设计的结构、功能与实现方法。最后通过RS-232方式实现与上位机通信，实现数据的远程传输及上位机对教室照明状态的控制，完成一个智能教室照明控制系统。 关键词：智能控制；热释电效应；光照检测；AT89S51
正奇金融广场 智能照明控制系统 设 计 方 案 书 项目名称：正奇金融广场 项目类别：智能照明控制系统 文本类型：设计方案
概述 *****多功能商业大楼。该大楼智能照明控制系统为地上二至五层，其主要功能区有上百间商铺，走廊，卫生间及一些公共区域。
第一部分：前言 网络时代的发展，应引入智能化的概念。在传统的楼宇自控系统中，一般只包括了综合布线、计算机网络、安防、消防、闭路电视监控等子系统。但近年来，随着经济的发展和科技的进步，人们对照明灯具节能和科学管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要。而在楼宇大厦建设热潮中，各大公司企业和他们的建设者也意识到了智能照明的重要性。商业楼宇大功率动力和制冷设备比重较少，照明灯具则相对比重更多。使用照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势，提高学校的科学管理水平。 节能是照明控制系统的最大优势。传统的楼宇公共区域照明工作模式，只能是白天关灯，晚上开灯。而采用了智能照明控制系统后，我们可以根据不同场合、不同的人流量，进行时间段、工作模式的细分，把不必要的照明关掉，在需要时自动开启。同时，系统还能充分利用自然光，自动调节室内照度。控制系统实现了不同工作场合的多种照明工作模式，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命。 第二部分：商场用电现状 2.1商场用电概述 随着改革开放的不断深入和发展，各行各业正在发生着日新月异的变化，建筑行业的崛起和变化更是来势迅猛、内容纷繁，现代化的建筑千姿百态、造型各异并逐步呈现出高、大、全、新的特点。现代建筑的层数越来越高，占地面积越来越大，内部设施越来越完善，功能越来越齐全，所用设备和材料则越来越新。商业建筑的发展必然伴随着照明创新的繁荣，现代商业建筑照明设计的发展趋势
河南工业职业技术学院 毕业设计任务书 类别：三年制高职 专业：电子信息工程 班级：电子信息0801 姓名：宋洪江 毕业设计题目：教室智能照明系统 指导教师姓名：马瑛 负责人签字： 2011年 05 月 20 日
设计题目：教室智能照明系统 一、设计要求： 设计一个教室智能照明控制系统，通过多种传感器采集室内光线、人数分布等信息，利用控制电路调节照明强度，实现节能控制。 二、设计任务 1.画出电路原理图 2.编写设计说明书，1万5千字以上。包括： （1）设计任务书 （2）前言 （3）目录 （4）正文，包括： 设计思想、电路工作原理、元器件选择、电力元器件参数、使用元器件明细表、总结、参考资料等 3.B5版面，正文5号或小4字号，章标题小2加粗，节标题小4加粗。
基于单片机的照明控制系统设计与实现 摘要 随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。同时楼宇智能化的发展与成熟，也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。 本文介绍了基于AT89C51的室内灯光控制系统及其原理，提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今比较成熟的传感技术和计算机控制技术，利用多参数来实现对学校教室室内照明的控制。 系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。该照明控制系统的主控制器、分控制器分别是以AT89C51单片机为基础，实现了通信、控制与显示等功能。文中详细地描述了控制电路的设计过程，包括：键盘与LED显示电路、RS485通信电路、照明灯控制电路以及看门狗电路等。对于软件设计主要有主控制器、分控制器的有线通信程序设计以及灯光控制、定时控制、键盘扫描与LED显示等程序设计。 关键词：灯光控制系统；AT89C51；单片机；节能；采集电路
XX学校照明控制系统 解决方案
一、项目概况： 本项目XXX大学，学校位于高校云集的北京市海淀区学院路，占地约80.46万平方米（包括管庄校区），校舍建筑总面积84.49万平方米（包括管庄校区）。学校现有1个国家科学中心(筹)，2个国家重点（专业）实验室，2个国家工程（技术）研究中心，2个国家科技基础条件平台，21个省、部级重点实验室、工程研究中心。学校在校师生数全日制在校生2.3万余人，教职工总数2933人。校内共设有教学楼4栋，图书馆1栋，实验室2栋，学生宿舍楼6栋，其余还有食堂、体育场、报告厅等多种建筑。 学校建筑中，建筑用房类型较多，有教学楼、图书馆，还有体育中心(包括体育场、馆，风雨操场等)、食堂、宿舍、学生活动中心、文化交流中心等。本次需要照明控制提案的主要区域为下图中红色标注区域。
以教学为例，学校照明中最主要的是教室照明，一般教学形式分为正式教学和交互式教学，正式教学主要是教师与学生之间交流，即教师看教案、观察学生、在黑板上书写，学生看书、写字，看黑板上的字与图，注视教师的演示等；交互式教学增加了学生之间的交流，学生之间应能互相看清各自的表情等。目前教室中除传统的教学区的黑板和学生区之外，教学区中大多采用投影等多种形式，学校以白天教学为主，有效利用自然采光以利节能。另外教室多为单侧采光或窗外有遮阳设施时，未考虑到学生学习上课时要求的照度水平较高，因此有时即使是白天，天然采光也不够。教室内需辅以人工照明做恒定调节。教室深处与近窗口处对人工照明的要求是不同的。为改善教室内的亮度分布，便于人工照明的恒定调节与节能，宜对教室深处及靠近窗处的灯具分别控制。考虑幻灯、投影和电影的放映方便，宜在讲台和放映处对室内照明进行控制。有条件时，可对一般照明的局部或全部实现调光控制。
摘要 摘要 本课题针对教室灯光的控制，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机设计教室灯光智能控制系统的思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件模块和相应软件部分。 该系统以AT89S51单片机作为控制模块的核心部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，通过对人体存在信号和环境光信号的识别与判断，完成对教室灯光的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有报警功能；同时还采用了软/硬件的“看门狗”等抗干扰措施。 本系统程序部分采用C语言编写，采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。该系统具有体积小，控制方便，可靠性高，针对性强，性价比高等优点，可以满足各类院校对教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。 关键词：智能控制器热释红外传感器单片机 1
引言 引言 当前，随着经济的飞速发展，能源短缺问题日益突出，成为一个国家经济发展的“瓶颈”。作为工业生产和人民生活不可或缺的电力能源更是如此。尤其现今越来越提倡低碳生活，节约能源已经成为一种全球共识，而作为培养社会精英的高校更应该起到榜样的作用。但是目前在校园内，教室灯火通明，却空无一人的现象屡见不鲜，这不仅造成了严重的资源浪费，也对高校的形象造成了很坏的影响。本文所研究的教室灯光控制系统就可以很好地实现节约能源的作用。 1 系统硬件组成 整个系统由中央控制电路、2×4按键电路、光敏传感电路、继电器驱动电路、时钟电路、液晶显示电路六个模块组成。其中，光敏传感电路模块主要完成对教室当前光线明暗程度的判定，时钟电路主要实现时基功能，两者分别提供光照和定时数据供以单片机为核心的中央控制模块进行逻辑判断，单片机最终将运算结果输出到液晶显示屏，同时对教室灯光进行控制。整个系统的硬件框图如图1所示。 1．1 中央控制模块 系统中，中央控制器主要用于接收两个外部数据，由此判断是否定时时间已到，教室光照是否充足。控制器根据这两个外部数据来进行逻辑运算，从而实现定时开关灯、刷新液晶显示屏，同时可以通过键盘设置时间日期、查看相关信息 根据系统设计要求，控制器选择了宏晶科技公司提供的STCl2C4052AD型单片机。该款是一种高速、高可靠性单片机，工作电压5．5～3．4V，Flash程序存储器4K字节，SRAM 为256字节，2个定时器，8路8位A／D转换器，可通过串口实现在线编程、A／D转换、看门狗等功能。 1．2 液晶显示电路 为了实现较好的人机交互界面，在本系统中采用1602液晶显示屏来显示用户的设定作息时间及用户所查询的信息。 点阵字符型液晶显示器是专门用于显示数字、字母、图形符号及少量自定义符号的显示器。这类显示器把LCD控制器／点阵驱动器／字符存贮器全做在一块印刷板上。系统选用日立公司的HD44780液晶显示。HD44780具有简单而功能较强的指令集，可实现字符移动／闪烁等功能。与MCU的传输可采用8位并行传输或4位并行传输2种方式。液晶显示电路如图2所示。 2
毕业设计任务书毕业设计题目：教室智能照明系统
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：
设计题目：教室智能照明系统 一、设计要求： 设计一个教室智能照明控制系统，通过多种传感器采集室内光线、人数分布等信息，利用控制电路调节照明强度，实现节能控制。 二、设计任务 1.画出电路原理图 2.编写设计说明书，1万5千字以上。包括： （1）设计任务书 （2）前言 （3）目录 （4）正文，包括： 设计思想、电路工作原理、元器件选择、电力元器件参数、使用元器件明细表、总结、参考资料等 3.B5版面，正文5号或小4字号，章标题小2加粗，节标题小4加粗。
基于单片机的照明控制系统设计与实现 摘要 随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。同时楼宇智能化的发展与成熟，也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。 本文介绍了基于AT89C51的室内灯光控制系统及其原理，提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今比较成熟的传感技术和计算机控制技术，利用多参数来实现对学校教室室内照明的控制。 系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。该照明控制系统的主控制器、分控制器分别是以AT89C51单片机为基础，实现了通信、控制与显示等功能。文中详细地描述了控制电路的设计过程，包括：键盘与LED显示电路、RS485通信电路、照明灯控制电路以及看门狗电路等。对于软件设计主要有主控制器、分控制器的有线通信程序设计以及灯光控制、定时控制、键盘扫描与LED显示等程序设计。 关键词：灯光控制系统；AT89C51；单片机；节能；采集电路