摘 要

随着电子技术的飞速发展，单片机被广泛应用于各个不同控制系统，而微机慢慢变成了嵌入式控制系统的主体和核心。近年来，单片机技术的革新和照明系统的发展为智能照明系统的实现奠定了坚实的基础。

本设计是从节能省电以及为人们生活带来便利的角度入手对办公楼照明系统的一个改良优化，它主要是对总体基于单片机，对BIS0001芯片，光敏电阻，ADC0808芯片，照明灯等元器件的设计。设计中介绍了红外光照双控照明灯系统的电路组成，工作原理以及照明控制效果。目前生活中的办公室照明，虽然已经有了双开关设计，但并不十分方便，人开关灯受到灯开关位置的限制，以及可能会存在忘记关灯的现象，引起能源不必要的浪费。本设计采用智能控制系统对灯进行控制，让“人来灯亮，人走灯灭”成为可能，极大地便利了日常生活，又为节能减排做出了贡献，一举两得。通过计算模拟，最终达到了理想的结果。采用了现在技术较成熟的感测技术和控制技术，利用多参数来实现对办公楼室内照明的控制。

关键字：单片机，多参数控制，传感技术，智能照明

Abstract

With the rapid development of electronic technology, Single chip microcomputer is widely used in various control systems, and the microcomputer has gradually become the main body and core of embedded control system. In recent years, the innovation of single chip microcomputer technology and the development of lighting system have laid a solid foundation for the realization of intelligent lighting system.

This design is an improvement and optimization of office building lighting system from the perspective of energy saving and power saving as well as bringing convenience to people's life. It is mainly based on the overall design of single-chip microcomputer, BIS0001 chip, photosensitive resistor, ADC0808 chip, lighting and other components. In the design, the circuit composition, working principle and lighting control effect of the dual control system for infrared illumination are introduced. The office illume in current life, although had had double switch design, but not very convenient, the person turns on the light to be restricted by the position of light switch, and the phenomenon that may exist to forget to turn off the light, cause energy needless waste. This design USES intelligent control system to control the light, so that "people to light, people go out of the light" become possible, greatly facilitate the daily life, but also for energy saving and emission reduction made a contribution, kill two birds with one stone. Through the simulation, the ideal result is achieved. Using the sensing technology and control technology which is more mature now, the indoor lighting of office building is controlled by using multiple parameters.

Keyword：Single chip microcomputer，Multiparameter control，Sensing technology，Intelligent lightin

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究目的与意义 1

1.3智能照明控制系统的发展概况 2

1.4设计预期目标 2

1.5 论文工作安排及内容 3

第2章 智能照明系统综述 4

2.1 智能照明介绍 4

2.2智能照明基本概念 4

2.2.1 光照度 4

2.2.2 照明质量 4

2.2.3照明方式与种类 5

2.2.4照明控制方式 5

2.3 系统设计要求 6

2.4 系统总体设计 6

2.5照明控制数字逻辑 6

2.6系统设计方法论证 7

2.6.1基于Zigbee的智能照明系统 7

2.6.2 基于单片机的智能照明系统 7

2.6.3方案对比与选择 8

第3章 系统硬件设计 9

3.1 系统硬件总述 9

3.2系统主要元器件介绍 9

3.2.1 AT89C51单片机 9

3.2.2光敏电阻 11

3.2.3 bis0001热释电芯片 12

3.2.4 模数转换芯片ADC0808 13

3.2.5 菲涅尔透镜 13

3.2.6 继电器 14

3.2.7 555芯片 14

3.3 光照检测电路 14

3.4 人体信号检测电路 15

3.5 模数转换电路 16

3.6 输出电路 16

3.7延时电路 17

第 4章 系统软件设计及实现 18

4.1 开发软件keil4简介 18

4.2软件设计总体方案 18

4.3各电路软件实现 18

4.3.1 系统初始化 18

4.3.2数据采集 19

4.3.3照明部分 20

4.4系统仿真结果 21

第5章 总结与展望 23

参考文献 24

致谢 26

第1章 绪论

1.1研究背景

随着生活质量的不断提高，人们开始追求更高层次的精神境界，自然对平时工作的办公室使用环境舒适性有了更高的要求，近年来人们对节能环保也更为重视。而办公楼主要电气消耗是在照明方面，在办公建筑中，对照明的需求并不是都是恒定的，随着时间的推移，每一个季节的自然光都是分散的，人工照明需要人数的不同来控制使用。通过面板开关控制照明，不仅会造成控制的不方便，还会导致有人工照明多余，造成能源浪费，还可能影响灯具照明寿命。

据统计，一盏普通的照明灯一年需消耗240千瓦时的能量，办公楼内灯具照明占主要电气用电，在建筑室内照明控制领域，，智能照明系统在节能环保有着较为明显的优势，，在其中能够通过智能系统来控制照明系统，实现办公室的照明和相关的装饰照明的艺术的展现和管理，实现整个控制系统的人性化、艺术化以及个性化设计，将人类使用光源的环境做出很好的提升。

当今社会，人们越来越重视环境污染的问题，节能减排也就显得越来越重要，建设可持续发展的环境友好型社会是我国的长期目标，我国必须在现代化建设中实施可持续发展战略。中国是一个资源使用大国。改良生活中一个小方面，就能节约数量庞大的能量，对办公楼灯的控制方法进行改良，采用光控电路对外界光照进行感知，红外检测电路对人体活动做出感知^[1]，就能实现“人来灯亮，人走灯灭”的功能，就能极大地减少能量的浪费，与此同时不需要手动控制开关，便利了人们的生活。

1.2研究目的与意义

现代办公建筑的照明是影响办公效率的因素之一，并且越来越重要，它不仅要求有足够的照明，而且要营造一个更舒适的环境，故加强照明设计和灯光控制设计是现代智能办公建筑的重要组成部分。根据国内外有关资料,在办公室使用照明功率占大约三分之一的总能量消耗 ,合理选择照明控制系统,以及系统的工作简化，不仅有效地节约资源,以及人工控制的不便，而且解决了灯具的使用问题，降低了用户的运行成本，提高了办公照明系统的管理水平，对经济效益和社会效益提高具有重要意义^[2]。

随着智能家居的普及以及智能家居中的照明控制技术的逐渐成熟，国内已有多个智能照明控制系统可以实现集中控制和集中显示，也可以实现智能数据收集。但很少能对光照和人体红外信号进行采集控制，另外，针对办公楼照明的环境照明控制系统较少，针对现有智能照明控制系统的发展不足之处 ^[3]，根据人们对照明方式的要求和对房屋照明的要求来设计，对方便人们的生活和实现节能环保照明具有现实意义^[4]。

1.3智能照明控制系统的发展概况

国外对智能照明方面的研究比较早，深度深，范围广，也都各有成果。由澳大利亚Dynalite公司开发的Dynamite智能灯光控制系统，可以同时控制多个灯，且每个区域可以布置五个场景，还能通过智能面板来选择合适的灯光氛围。美国LC amp;D智能照明控制系统由计算机微处理器控制的低压继电器配电板组成，可根据用户对户外照明的具体要求设定照明控制的时间、区域和方法^[5]。

第五代智能控制系统是在第四代分布式控制系统的基础上发展起来的，第五代分布式控制系统是分布式控制，有高度模块化的控制器构造和高度自治化的控制器性能，并能够实现控制器的自主自诊断和容错功能，故该分布式系统安全可靠，便捷方便。

照明工业开始于20世纪80年代的美国兴起，到九十年代开始迅速发展起来，随着现代自动控制技术、信息处理技术、计算机技术的发展和在全世界的广泛应用，照明行业也随之迎来了巨大的变革。进入21世纪后，大量的新设备新技术的涌现，法国的半导体制造商PERFECT公司研究出通过无线射频技术进行照明控制的芯片；还有PHILIPSn6，OSRAMn8J等。计算机网络技术在照明行业的不断应用，使得各类控制系统之间可以相互关联，成功实现了资源共享，控制处理等一系列操作。相对而言，国内照明还大多采用传统照明控制方案，没有出现成熟的智能照明控制系统，不能够满足人们对于经济实用环保的智能照明系统的需求。

而单片机的发展也从最开始仙童公司推出的只包括8位CPU、64B RAM和2个并行口的F8单片机到后来1976年Intel公司推出的MCS-48单片机和GI公司推出了PIC1650，再发展到后来Intel公司推出的MCS-51系列单片机具有串行口、多级中断系统，也增加了片中的RAM和ROM的容量，有的片内还自带A/D转换器，发展到今天，片内I/O口的驱动能力得到加强，并引进了数字交叉开关，可通过编程设置，将片内的计数器/定时器等片内外设资源灵活配置给端口I/O口；单片机慢慢都演化成了CMOS芯片，功耗低，其消耗电流仅在微安或纳安级别，便携性得到提高，另外16位，32位单片机也得到越来越多的应用，得到很大的普及照明行业和单片机的不断发展，为设计更智能更方便的智能照明系统提供了可能。

1.4设计预期目标

智能照明系统第一步是基础的照明的自动化控制，能对外界光照和人体红外信号进行实时检测，通过计算机处理后能实时调整灯照的亮灭。第二步是要实现节能，利用光探测器和采用红外传感器，人进入传感器的传感器区域后灯照亮度逐渐上升，人离开传感器区域后灯照熄灭，从而减少智能控制办公楼的“长明灯”^[6]。

将灯的开关和照度与动态控制的参数，如光的强度和出现在照明区的人员数量等联系起来，实现实时控制。智能照明控制系统的优点是性能稳定,扩散系数好,实用性高,手术操作简单,可以针对绿色节能，根据实际照度，通过调整照明开关满足照明需求。

总体设计目标是人体红外检测电路输出信号判定优先级高于环境光检测电路输出信号，只有系统检测到人体红外信号，即办公楼内有人时，对外界环境光强度进行检测，根据外界光强选择不同的照明亮度，从而达到办公楼内只有在需要灯照照明时智能照明系统才会工作的效果，节能减排，也给使用者带来便利。

1.5 论文工作安排及内容

核心控制单元系统的主要模块是以AT89C51单片机为核心,外围电路包括一个红外探测模块、环境光模块集合,一个模数转换模块,以及照明控制电路。整个系统可以通过计算机网络进行监控，并且可以知道各个照明电路的当前状态。以便对其设置和纠正，在紧急情况下可以控制整个系统以及报告故障。

在前几周的毕业设计初期阶段，查阅有关参考文献，完成开题报告，翻译相关外文资料，学习单片机及Protues仿真基本原理，搭建设计硬件电路，进行关于智能照明系统原理和Keil程序编写的学习，作为第二阶段设计的基础；第二阶段，根据不同原理设计出多种方案，通过每个系统方案分析与论证，选择最优方案进行设计，完成总体方案设计流程图的绘制；第三阶段，对系统每个部分进行评估，完成系统的设备选型，系统控制策略设计；之后通过不断调试，完成系统的软件设计，并进行仿真实验，完成系统的修改与完善；最后整理材料进行论文的编写工作，并通过和老师的交流解决疑问，完善论文，最终通过毕业论文答辩。

第2章 智能照明系统综述

2.1 智能照明介绍

智能照明控制系统是利用计算机技术和辅助其他手段，提供自动照明控制，提供合适的照明环境，降低照明系统的功耗和其他使用费的系统^[7]。智能照明控制系统能在保证正常照明情况下,减少最高输出灯的照度,并减少照明故障的情况下保护设备可以正常运行,并使光线更均匀,照明的节电率会大大提升。智能照明控制系统还可应用于混合电路中，具有较强的环境适应性。能在各种劣等电网中稳定运行，同时还将有效地延长灯具寿命和减少维护成本。

智能照明控制系统采用各种“预置”控制和控制部件，精确设置和管理不同环境下的照明照度。这样，自动控制光线亮度的装置就会被打开，只有必要时，照明才会达到所需的亮度，在需要光时才启动照明，在满足最低要求的照明水平下，节电效果显著。智能照明控制系统具有限压和自流式滤波功能，在避免电网电压干扰的同时，通过逐步点亮灯的操作，避免了过电压和欠压对光源的损坏，被称为“软启动”，这样可以降低灯泡的亮度，延长寿命。同样原理还可实现“软关断”，即关断时，灯光会随着时间慢慢熄灭。另外在场景的转换中，光照的变化是逐渐变化的，充分考虑了人眼对亮度的适应能力，从而人们不会受到灯光亮度快速变化带来的刺激。灯泡寿命和亮度息息相关^[8]，延长光源的使用寿命，不仅降低了灯泡成本，还降低了照明控制系统的运作成本^[9]。此外,智能照明系统的控制是一种模块化的照明控制,现场初步存储在内存中,设置和修改这些场景都非常方便,简化了建筑的照明控制和设备的维护。

2.2智能照明基本概念

2.2.1 光照度

光通量是由辐射对标准光度观测者的作用而导出的光学度量。由符号φ表示，单位为流明(LM)，是辐射能量与波段在单位时间内相对视见率的乘积。

照度是单位面积上所接受可见光的光通量，即物体表面得到的光通量与这个物体表面积的比值度，由E表示。照度标准值按0.5、1、3、5、10、15、20、30、50、75、100、150、 200、300、500、750、1000、1500、2000、3000 、5000lx 分级。lx(勒克斯)为照度单位

2.2.2 照明质量

衡量照明质量，在看到事物的基础上，更需要考虑主观感受是否愉悦，以及考虑效果、放松程度、经济性、节能性。比如，当照度较低时，低色温的光会让人感觉舒适，而高照度会让灯光变得刺激，高色温的光则与低色温时完全相反。此外，工作亮度和环境亮度不应有过大差异，以防止视觉疲劳。其次，设置的亮度还应考虑炫光，在视觉作业很精细时，对炫光要求严格，灯光光线不能太强，炫光是由于视野中的亮度对比过高形成，会对人造成不适的感觉。照明设备既要技术上先进，又要尽可能经济合理地使用资金和节约能源，照明装置应与建筑及周围环境协调统一。

2.2.3照明方式与种类

照明系统一般包括正常照明、应急照明、值班照明、警卫照明和障碍照明^[10]。所有工作现场都应置于正常照明下;应急照明应该建设在正常照明已经故障的场合,以避免人员受伤，保护人们的安全。大面积的照明场所必须配备值班照明。在保卫人员所在的地方，应根据警戒范围安装警卫照明灯。给航行安全带来影响的障碍物需要设置障碍照明。

照明种类有一般照明、局部照明和混合照明。一般照明系统应用在没有固定的区域的一个房间或有高密度的工作区域的房间,以及光线不需要高照度要求的情况下。通常，生活中会采用分区用灯。在室内工作区布置中，灯具的集中一般在工作区上方，以保证工作区照度合适，并适当降低非工作区的照度，减少不必要的浪费。分区的一般照明不仅可以使照明资源得到充分利用，而且可以获得更好的光环境^[11]。为了满足房间某些部分的特定需求，可以通过设置局部照明来照明。在局部照明系统中，将光源大部分集中在所需区域，使所需区域获得高照度的同时，人们还能够比较容易进行调整和改变。然而，在长期工作的工作面上，只有局部光照会带来视觉疲劳。混合照明，顾名思义，是将一般照明和局部照明结合起来，让两种方式相互配合，以保证视觉工作条件。一个设计良好的混合照明系统可以减少物体和光在工作面上形成的阴影，使表面的照度不至于很低，并且减少照明所需的总功率。

2.2.4照明控制方式

定时控制有定时器和实时时钟两种类型的控制方法。其中计时器为手动操作，手动驱动后，打开照明灯，保持一段预设时间。如果预设时间到了，会停止照明，需要重新手动操作驱动。实时时钟控制则是可以事先人为进行时间设定，根据预设时间打开，关闭灯光或调节灯光到某一设定的水平^[12]。

开关控制是最简单、最基本的控制方案，可用于照明灯具的开关控制。它可以柔和控制照度，减少人突然进入黑暗空间时引起的眼睛不适。急照明控制也是一种智能照明控制系统，一般用于在某些特定区域。在正常状态下，它能够自动调节区域照度，与普通操作灯具的调节控制是相同的^[13]。在紧急情况下，各区域应急服务使用的照明灯具放弃调光，自动取消调光控制，使事故应急照明常态化。

2.3 系统设计要求

不需要人工手动控制照明，能通过对光照强度、人体红外信号等参数的实时采集，对灯具开关、照度实现动态控制。智能照明控制系统要具有控制方便、维护简单和便于操作等优点，能根据实际照明需求调节灯的开关和照度 ^[14]。基于单片机控制的智能家居照明系统，需要操作便捷、运行时间短、控制精准等优点^[15]。

2.4 系统总体设计

硬件设计部分要完成电路原理图的绘制和元器件的选择等工作，然后测试硬件的性能。其中最重要的硬件电路设计是选择单片机的控制电路，，并将外围芯片集成到其中。使设计的系统为一种经济、高性能的系统。

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：