引言

當(dāng)前，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，能源短缺問題日益突出，成為一個國家經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”。作為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活不可或缺的電力能源更是如此。尤其現(xiàn)今越來越提倡低碳生活，節(jié)約能源已經(jīng)成為一種全球共識，而作為培養(yǎng)社會精英的高校更應(yīng)該起到榜樣的作用。但是目前在校園內(nèi)，教室燈火通明，卻空無一人的現(xiàn)象屢見不鮮，這不僅造成了嚴重的資源浪費，也對高校的形象造成了很壞的影響。本文所研究的教室燈光控制系統(tǒng)就可以很好地實現(xiàn)節(jié)約能源的作用。

1 系統(tǒng)硬件組成

整個系統(tǒng)由中央控制電路、2×4按鍵電路、光敏傳感電路、繼電器驅(qū)動電路、時鐘電路、液晶顯示電路六個模塊組成。其中，光敏傳感電路模塊主要完成對教室當(dāng)前光線明暗程度的判定，時鐘電路主要實現(xiàn)時基功能，兩者分別提供光照和定時數(shù)據(jù)供以單片機為核心的中央控制模塊進行邏輯判斷，單片機最終將運算結(jié)果輸出到液晶顯示屏，同時對教室燈光進行控制。整個系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。

1．1 中央控制模塊

系統(tǒng)中，中央控制器主要用于接收兩個外部數(shù)據(jù)，由此判斷是否定時時間已到，教室光照是否充足?？刂破鞲鶕?jù)這兩個外部數(shù)據(jù)來進行邏輯運算，從而實現(xiàn)定時開關(guān)燈、刷新液晶顯示屏，同時可以通過鍵盤設(shè)置時間日期、查看相關(guān)信息。

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，控制器選擇了宏晶科技公司提供的STCl2C4052AD型單片機。該款是一種高速、高可靠性單片機，工作電壓5．5～3．4V，F(xiàn)lash程序存儲器4K字節(jié)，SRAM為256字節(jié)，2個定時器，8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，可通過串口實現(xiàn)在線編程、A／D轉(zhuǎn)換、看門狗等功能。

1．2 液晶顯示電路

為了實現(xiàn)較好的人機交互界面，在本系統(tǒng)中采用1602液晶顯示屏來顯示用戶的設(shè)定作息時間及用戶所查詢的信息。

點陣字符型液晶顯示器是專門用于顯示數(shù)字、字母、圖形符號及少量自定義符號的顯示器。這類顯示器把LCD控制器／點陣驅(qū)動器／字符存貯器全做在一塊印刷板上。系統(tǒng)選用日立公司的HD44780液晶顯示。HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可實現(xiàn)字符移動／閃爍等功能。與MCU的傳輸可采用8位并行傳輸或4位并行傳輸2種方式。液晶顯示電路如圖2所示。

1．3 其他電路

按鍵電路主要由一個2×4的按鍵陣列組成，主要用于完成作息時間、當(dāng)前時間、定時時間段的設(shè)定。光敏傳感電路實現(xiàn)教室內(nèi)光照強度數(shù)據(jù)的采集，其門限值可通過可調(diào)電阻調(diào)節(jié)。指示燈主要實現(xiàn)對系統(tǒng)工作狀態(tài)，如系統(tǒng)工作于自動控制模式還是強制模式，滅燈或亮燈狀態(tài)等的指示。

2 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)能夠采集室內(nèi)光照強度數(shù)據(jù)，并結(jié)合學(xué)校作息時間對教室燈光進行實時控制，達到方便和節(jié)約能源的目的。電路存在兩種工作模式：自動控制模式和強制模式。

2．1 自動控制模式

系統(tǒng)復(fù)位默認工作在自動控制模式，當(dāng)教室內(nèi)自然光線弱，光敏傳感器把感應(yīng)到的光強信號送至單片機處理，輸出照明命令，則打開教室燈光，但因系統(tǒng)定時關(guān)燈時間與學(xué)校作息時間一致，因此在非需要開燈的時間段內(nèi)，教室燈光自動關(guān)閉，達到節(jié)約用電的效果。

系統(tǒng)考慮到如果教室外自然光很強，但因某種需求需要拉上窗簾，這樣室內(nèi)光照就不太理想，需要開燈，因而設(shè)置了兩路光敏傳感器，一路探測室內(nèi)光強，一路探測室外光強，這體現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。

2．2 強制模式

系統(tǒng)正常工作的情況下，通過按下強制按鈕，就能對燈進行強制開關(guān)的控制，通過該按鈕也能使電路切換回自動控制狀態(tài)。設(shè)置強制按鈕主要考慮到有時需要對燈進行強制控制，例如需要在教室通過投影儀觀看電影時，為達到最佳的收看效果，需要關(guān)上燈。

3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用STC12C4052AD單片機作為控制的核心，負責(zé)整個系統(tǒng)的邏輯運算，因此軟件設(shè)計是系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行以及能否實現(xiàn)設(shè)計功能的關(guān)鍵。本系統(tǒng)中STCl2C4052AD單片機主要完成接收外部數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、輸出控制數(shù)據(jù)。所以軟件的重點是：如何接收外部數(shù)據(jù)，如何處理以及如何輸出控制數(shù)據(jù)。

因此，在該軟件實現(xiàn)中我們采用了模塊化的方案，整個軟件設(shè)計由初始化模塊、鍵盤接收模塊、中斷處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和定時輸出模塊五個模塊組成，系統(tǒng)程序主流程框圖如圖3所示。

初始模塊主要完成I／O口、定時／計數(shù)器、中斷以及液晶顯示屏的初始化，鍵盤接收模塊主要用于接收初始變量，如當(dāng)前時間、作息時間等的設(shè)定。同時也接受相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢，如查詢設(shè)定好的作息時間、光照閾值等，數(shù)據(jù)顯示模塊用于顯示當(dāng)前的時間、定時開關(guān)時間以及用戶要查詢的相關(guān)數(shù)據(jù)。

4 調(diào)試和總結(jié)

在整個系統(tǒng)設(shè)計完成之后我們在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，對什么光線情況下應(yīng)該開燈及系統(tǒng)在根據(jù)學(xué)校的作息時間上進行了設(shè)定驗證、調(diào)試，結(jié)果顯示本系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行且效果理想。

本系統(tǒng)主要應(yīng)用于教室的燈光控制，但是對于一些公共場合，如會議室、辦公室、樓道等場所，只要在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上稍加改動，也可以很好地滿足其需要，因此本系統(tǒng)的可移植性好，具有比較大的市場潛力和廣泛的應(yīng)用前景。