PIC单片机在教室灯光智能型控制器中的应用

第35卷第2期 2009年2月 信息化研究 InformatizationResearch V01．35No．2 Feb．2009 PIC单片机在教室灯光智能型控制器中的应用 刘同娟1，马向国1，姜 楠2 (1．北京物资学院，北京市101149；2．中国科学院电工研究所，北京市100080) 摘要：简要介绍了PIC单片机的特点并把它应用到教室灯光智能型控制器的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中，给出了系 统硬件、软件及电磁兼容性的设计方法。实践证明该系统性能稳定，抗干扰能力强，测量精度高，具有 较高的实用价值。 关键词：灯光控制；PIC单片机；传感器 中图分类号：TP273．5 0引言 随着国民经济的迅速发展，电能的利用量越来越 大，为了满足电能日益增长而电能供给相对不足的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，国家提出了“十一五”能源发展战略若干措施，其 中把节能放到了十分重要的地位。高等院校在教室照 明、实验、实习、科研等活动中都要消耗大量的电能，而 教室照明造成的电能浪费十分严重，鉴于上述情况，很 有必要对教室灯光进行智能控制，从而实现对教室灯 光照明的合理分配，避免教室灯光无人昼夜长明、灯多 人少等现象造成的能源浪费和经济损失，实现节能的 目的。 本文基于PIC单片机并利用光电、红外复合传感 器开发设计了一个智能型教室灯光控制器，以达到对 教室灯光进行适时控制、节能的目的。 1 PIC单片机特点 近年来在单片机世界中，美国Microchip公司推出 的PIC系列单片机日益成为主流产品。它具有以下特 点： a)所有型号(除16c84是EEPROM工艺外)都有 低价位的一次性用户可编程型，非常适合产品开发和 生产，缩短了产品上市时间； b)低功耗，静态电流一般为2mA，睡眠状态下最 低可小于1肚； c)引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至 220V交流电源，也可以直接与继电器控制电路相连， 无需光电耦合元件隔离，给应用带来极大方便； d)工作电压范围宽，可在2．0V一6．0V间工作； 收稿日期：2008-10．12；修回日期：2008．12．12。 基金项目：北京市教育委员会科技 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目(KM2Ill810ff37∞1)； 北京物资学院青年基金(2008ⅪQN007)。 ·52· e)速度快，工作频率最高可达20MHz，每个指令 周期仅200ns； f)RISC结构，仅有35条单字节指令，每个程序字 节可放一条指令，是目前单片机程序代码紧凑性最高 的； g)单片式结构，与MCSl系列相比，把1．5373和外 部程序存储器完全集成在单片机芯片内部，是一种真 正的单片机，而且PIC系列单片机具有各种封装形式， 易于做嵌入式控制； h)自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的 可靠性。 2控制器系统功能及硬件配置 2．1系统功能 根据生产厂家要求，灯光控制系统主要功能是： a)当自然光符合照明要求时，不管教室是否有 人，系统不往教学楼供电； b)供电系统故障声光报警； c)当自然光不能满足人体要求时，根据教室内外 光照强度和教室内学生人数开启相应数目的灯具； d)当教室学生都离开后，则自动关闭供电电源； e)晚自习期间向图书馆和某一教学楼供电，集中 利用资源，避免浪费； f)自动控制和强制控制功能； g)报警音响信号，可外接音箱，便于远距离监视 每个教室传感器的工作状态； h)所有参数均可根据不同学校的实际需要通过 面板上的轻触键重新设定。 2．2系统设计 图l给出了系统硬件的总体框图。 万方数据 第35卷第2期 刘同娟，等：PIC单片机在教室灯光智能型控制器中的应用 ·技术应用·I粼悟A／l传感器及H阱撒卜+l放大电路l L一一 J卧 单片机卧 PIcl(C73卧 图1系统硬件框图 系统主要由光电红外复合传感器组及放大电路、 A／D转换电路及PICl6C73等3部分构成测量单元。 数字及LED(发光二极管)显示电路、报警控制电路、 系统扩展和通信电路、人机对话键盘电路由PIC 16C73的I／O口驱动。电源系统要求电路简单，运行 可靠。自带看门狗功能，可监视外部电源变化，同时避 免软件出现死循环，确保控制器单片机系统不问断地 运行。 系统工作时利用光敏、红外传感器对教室状态进 行检测，单片机对检测信号进行分析、决策，从而给出 相应的控制信号。两路光敏传感器分别对室内和室外 光照强度进行检测。键盘可以输入各种系统运行状态 默认值，同时含有强制运行、自动运行按钮和复位按 钮。指示灯可以用来指示单片机工作状态、电源工作 情况以及系统工作在强制状态或自动状态等。 红外传感器组安装在教室顶部中央旋转台上，可 以旋转，用来统计教室内学生的人数。随着旋转台的 旋转，红外探测器的探测范围扫过整个教室，测出人 数，实际设计时将教室划分为4个区，分别统计人数。 图2为红外传感器扫描示意图。 l区 2区 厂 、 伛夕 ．／ 3区 图2红外传感器扫描示意图 3软件 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 图3给出了灯光控制系统的软件结构框图。在软 件设计中，采用模块化设计，系统软件方案主要由初始 化程序、各路传感器采样测量程序、数字滤波程序、人 数统计程序、强制及自动运行转换程序、声光报警处理 程序、人数显示程序及主程序等部分组成。 图3系统软件框图 通过软件对硬件的控制，可以实现自动控制和强 制控制两种工作状态。 1)自动控制状态 系统上电复位后，默认工作在自动控制状态，人数 初值为0。如果有l位学生进入教室，红外传感器感 应到后，把信号经中间环节传给单片机处理并显示人 数，如果再有学生进入教室则同样处理，显示累加；如 果期间有学生离开教室，则系统会将显示的人数自动 减l。 在系统统计的人数大于0、并且此时自然光照强 度不够时，光敏传感器把感应的信号传给PIC单片机 处理，单片机发出相应的控制信号接通开关，灯点亮。 如果自然光满足人眼对光强的要求，则灯熄灭。 室内灯亮时，当室内最后一位学生离开后，延时几 秒，关灯报警，指示灯闪烁，然后熄灯。 2)强制控制状态 在系统正常工作的情况下，只要按下键盘上的强 制命令按钮，就可以对教室的灯具进行强制开关控制。 设置强制功能的目的是为了解决有时需要对照明系统 进行强制管理的问题，比如，课堂上教室需要投影演 示，这时为了达到最佳收看效果，需要关上教室内所有 的灯具。 ·53·万方数据 ·技术应用· 信息化研究 2009年2月 4 电磁兼容性设计 4_害黑薯以采用多种方法来抑制系统干 随着对灯光控制器性能及寿命要求的提高，控制 器的EMC(电磁兼容性)问题日益受到国内外单位、厂 商的重视。 4．1硬件抗干扰设计 我们在灯控系统设计时，主要采用以下措施来实 现硬件抗干扰。 1)接地设计 灯控器硬件系统的地线结构基本上可分为数字 地、模拟地、电源地、屏蔽地。在设计中，尽可能使接地 电路各自形成回路，减少电路与地线之间的电流耦合， 合理布置地线使电流局限在尽可能小的范围内，并根 据地电流的大小和频率设计相应宽度的印制电路和接 地方式。 2)元器件布置 妥善考虑每一个元器件的位置和布线，以求尽可 能降低传输通道间的干扰耦合。设计时尽可能把相互 有关的元器件安排在一起，电感部件应远离可能引起 干扰的元器件布放，把易产生电磁干扰的元器件、大电 流电路离逻辑电路远些。 3)电源线布置 市电引入线和整流稳压后的低压电源线应避免与 数据传输线同方向或平行。 4)屏蔽设计 尽量采用双屏蔽方案，金属外壳用于接大地，里面 电路浮地(与外壳不通)。敏感电路和可能是干扰源 电路分别再加小屏蔽盒。设计时用铁磁材料制作屏蔽 盒，使外屏蔽盒与内屏蔽盒的面成一定夹角，且屏蔽采 用一点接地原则，以求同时具备磁场和电场屏蔽作用。 5)光电隔离设计 在开关输出方面采用双重隔离措施，应用光电耦 合器件去驱动继电器，把开关量输出的执行器继电器 的线包与单片机系统隔离，使单片机供电系统浮空。 同时，继电器触点与继电器线包又是物理隔离的，所以 采用了双重隔离。光电耦合器件也可使单片机系统与 外界隔离，克服输入通道窜入尖峰脉冲及各种噪声干 扰、提高输入通道的信噪比。 6)滤波 滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。可在电 源部分采用Lc滤波器，传感器输入电路部分采用RC 滤波器，在电路级间部分采用消除干扰耦合电路。合 理设计滤波器的频带也是很重要的一环。 ·54· 扰，主要采用了以下方法： 1)数字滤波 滤波是滤去采样过程中由于干扰而叠加在采样值 之上的成分。由于各种参数的干扰成分不同，所以滤 去这些干扰成分的方式也不同。采用防脉冲干扰平均 值法滤波，如前边软件方案滤波子程序所述。 2)软件陷阱法 程序设计时，在非程序区(如EPROM中未使用的 空间和表格存储区)与各程序模块之间、各子程序之 间设置引导指令(即所谓软件陷阱)。当程序运行到 这些区域时会被引导指令引向正确的执行轨道。 3)设置标志法(软件看门狗) 在程序中的适当位置设置状态标志，当程序运行 到这些标志处时即进行判断，看这些标志是否正常，若 不正常就转事故处理程序。 5结束语 a)采用PIC单片机设计的智能型灯光控制系统， 电路简单，性能可靠，软件编制更加简单方便，可以达 到理想的测量效果和测量精度； b)控制系统很好地解决了教室灯光适时控制管 理问题，达到了节能目的，具有较高的实用价值； e)本灯控系统由于采用多路传感器和全数字控 制，故提高了实时控制能力； d)通过电磁兼容性的合理设计，采取了硬件方面 和软件方面的各种抗干扰措施，故系统抗干扰能力强， 并具有较强的电磁兼容性。 参考文献 [1]何立民．单片机应用系统设计[M]．北京：北京航空航天 大学出版社，1990． [2]诸邦田．电子电路实用抗干扰技术[M]．北京：人民邮电 出版社。1994． [3]王定华．电磁兼容原理与设计[M]．成都：电子科技大学 出版社，1995． [4]唐建国，于斌．PLC在教学楼照明控制系统中的应用[J]． 武汉：武汉大学学报：工学版，2001，34(1)：111-113． [5]王有绪等．PIC系列单片机接口技术及应用系统设计 [M]．北京：北京航空航天大学出版社。2000． 刘同娟(1979-)，女，博士，讲师，主要研究方向为磁悬浮直 线电机及其驱动。 (下转第57页) 万方数据 第35卷第2期 夏远飞，等：半导体激光器在航空发动机实时测温系统中的应用 ·技术应用· 检测探测器的输出信号的频率稳定在80Hz处以便选 频放大，采用了音叉式精密时钟振荡器并用软件进行 了2000分频；为使调制盘输出的检测光信号等间隔 以便缩小选频放大电路的通带宽度，采用～个2．05 lxm的窄带干涉滤光片贴于调制盘窗口以限制激光通 过，但允许“无用的”红外辐射通过。 b)采用信号平均的方法对信号进行平均，以便进 一步消除可能带入的干扰。 4结束语 通过用航空发动机作为测跫对象进行实地测量， 实验结果表明，在要求的测温范围300℃～800℃内， 测温精度和反映速度符合设计要求，克服了热电偶式 测温系统存在的缺点，且与理论分析结果相一致，从而 证明了系统设计的正确性。 参考文献 [1]KHANMA，ALLEMANDC，EAGARTW．Noncontaettern． pemturemeasurementI：Interpolationbasedtechniques[J]． ReviewofScientificInstruments，199l，62(2)：392-402． [2]HAHNJW，RHEEC．Referencewavelengthmethodfora two-colorpyrometer[J]．却pdjedOptics，1987，26(24)： 5276-5279． [3]胡瑞华，奕松，孙宁克．发射率和温度同时测定的辐射测温 仪[J]．红外技术，1998，20(2)：21-22． 夏远飞(1956．)，男，博士，教授，主要从事航空维修工程工 作。 ApplicationofLaserDiodeinAirplaneEngineReal-time TemperatureMeasurementSystem XIAYuanfei，LIUHuanlong，LIUYong (TheFirstAeronauticInstituteofAirForce，Xinyang464000，China) Abstract：Thermoelectriccouplewagemployedintraditionalairplaneenginetemperaturemeasurement systemwiththedisadvantagesoflargesize，heavyweight，bigerrorandslowresponse．Thispaperpresentsa newkindofreal-timetemperaturemeasurementsystemusinglaserdiodeInGaAs／Iaslightsource，andusing pyroelectricdetectorLiTa03asopticalreceivingunitandusingamicroprocessorassignalprocessingcenter． Thisinstrumentconsistsofthreeparts：opticalemittingandreceivingsystem，signalamplifyingandcontrolling system，anddisplaysystem．Theprinciple，structure，anti—interferencemeasureofthesystemareintroduced． Experimentalresultsofairplaneenginereal—timetemperaturemeasurementshowthattemperaturemeasurement accuracyandresponsetimeconfomltoourrequirementintherangeof300℃一800℃andagreewithpredic- tionoftheory．mltheseprovethatthedesigniscorrect． Keywords：thermoelecmcdetector；temperaturemeasurement；laserdiode；real—timemeasurement； temperaturemeasummentbyradiation 蓝g蓝：毒篮垃￡蓝城毯：蓝垃g蓝城g盛皱g鬣槛垃轻g鳖域《鸯线垃≤整留《茁缮S茁g式g蓝《蓝i篮i：鲨≤篮S鲨g蓝g蓝：鳖g蓝i鳖i蓝i茁女蠡i茁g蓝≤g：i鲨S篮i基：《 (上接第54页) ApplicationofPICSingleChipMicrocomputerforClassroom LightingIntelligentController LIUTongjtlanl，MAXianggu01，JIANGNan2 (1．BeijingWuziUniversity。Beijing101149，China； 2．InstituteofElectricalEngineering，ChineseAcademyofScience，Beijing100080，China) Abstract：PICsiglechipmicrocomputerisbecomingincreasinglythemainstreamproductinthesingle· chipworld．Itsapplicationtotheclassroomlightingintelligentcontrollerdesignisintroducedinthispaper． Thehardware，softwareandElectromagneticCompatibilitydesignmethodofthissystemissiren．Practice demonstratestheperformanceofthissystemisstableandhasstronganti·-interferencecapabilityandhighmeas-· urementaccuracy．Soithashighpracticalvalue． Keywords：lightingcontrol；PICsiglechipmicrocomputer；sensors ·S7·万方数据 PIC单片机在教室灯光智能型控制器中的应用 作者： 刘同娟， 马向国， 姜楠， LIU Tongjuan， MA Xiangguo， JIANG Nan 作者单位： 刘同娟,马向国,LIU Tongjuan,MA Xiangguo(北京物资学院,北京市,101149)， 姜楠,JIANG Nan(中国科学院电工研究所,北京市,100080) 刊名： 信息化研究 英文刊名： INFORMATIZATION RESEARCH 年，卷(期)： 2009，35(2) 引用次数： 0次 参考文献(5条) 1.何立民 单片机应用系统设计 1990 2.诸邦田 电子电路实用抗干扰技术 1994 3.王定华 电磁兼容原理与设计 1995 4.唐建国.于斌 PLC在教学楼照明控制系统中的应用 2001(1) 5.王有绪 PIC系列单片机接口技术及应用系统设计 2000 相似文献(1条) 1.期刊 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 杨泽辉.孙运强.姚爱琴.Yang Ze-hui.Sun Yun-qiang.Yao Ai-qin 基于X-10的智能灯光控制系统设计 -山西电子技术2008(3) 系统通过Microchip公司的PIC单片机系列芯片PIC16F737、总线驱动芯片MAX232(针对RS232)和MAX48(针对RS485)以及其他外接电路组成灯光控制系 统.实现了组合灯光于普通模式、场景模式、本地模式下的光线调整、开启、关闭等功能控制,该系统不仅适用于家庭组合灯具,而且适用于其他如宾馆、 会场等娱乐了活动场所的灯光控制系统中. 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dzgcs200902016.aspx 下载时间：2010年1月2日