滨江学院
题 目
毕业论文（设计）
基于单片机的自动照明系统
院 系 专 业 学生姓名 学 号 指导教师 职 称
二Ｏ一三 年 五 月 二十 日
目 录
1.引言 ............................................................. 1 1.1本课题研究的意义 ............................................ 1 1.2国内外照明灯光自动控制器的研究现状 .......................... 1 1.3本课题研究的内容 ............................................ 2 2．自动照明控制系统的设计方案 ...................................... 3 2.1功能介绍 .................................................... 3 2.2方案的比较与选择 ............................................ 3 2.3系统组成 .................................................... 4 3.自动照明控制系统的硬件介绍 ....................................... 5 3.1总体电路图 .................................................. 5 3.2单片机介绍 .................................................. 6 3.3 主机模块 .................................................... 6 3.3.1 复位电路 ................................................. 7 3.3.2 时钟电路 ................................................. 7 3.4 人体红外检测模块 ............................................ 8 3.5日光强度检测模块 ............................................ 9 3.6 1602 液晶显示模块 .......................................... 10
3.6.1 引脚分布和接口信号说明 ..................... 错误!未定义书签。 3.6.2 LCD液晶电路 .............................. 错误!未定义书签。
3.7 继电器驱动模块供电电路 ..................................... 12 3.8 系统供电电路 ............................................... 13
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4.软件设计 ........................................................ 14 4.1系统监控主程序模块 ......................................... 14 4.2系统自检初始化 ............................................. 14 4.3定时中断处理设计 ........................................... 14 4.4人体红外传感器的优缺点 ..................................... 15 4.5数据采集软件的实现 ......................................... 15 4.6编程与仿真 .................................. 错误!未定义书签。
4.6.1Keil C51软件 ............................................. 16 4.5.2 proteus介绍 ............................................. 16
6.结果与分析 ...................................................... 17 6.1 电路调试 ................................................... 17 6.2 系统功能测试 ............................................... 18 7.结语与展望 ...................................................... 19 致 谢 ............................................................ 19 参考文献： ........................................................ 20 ABSTRACT .......................................................... 21
I I
基于单片机的自动照明系统
刘斌全
南京信息工程大学滨江学院自动控制系自动化 南京 210044
摘要：本课题的主要内容是研究照明灯光的自动控制。对于学校教室照明，首先以51单片机核心，对教室灯光智能控制
的原理和实现方法进行分析，在此基础上开发了自动控制系统的硬件装置和相应软件模块。以AT89S51为控制模块的核心，以人体传感器感应人的存在，以光敏电阻组成的电路检测光的强弱，通过对环境光信号以及人体存在信号的识别与判断，来完成对教室灯的智能控制，减少能源没必要的浪费。本文中还加入了1602液晶显示模块，以便能够更好的监控整个系统的运行状态。该系统具有体积小，专用性强，可靠性高，控制方便,合理的性能价格比等优点，可以满足各类院校中教室灯光的智能化控制，因为其节能效果显著，所以具有很好的现实推广意义。此过程还需要软件的配合，通过软件仿真和实际效果验证了本文自动照明系统的方案的正确性。
关键词：AT89S51；人体感应检测；自动照明开关控制；1602液晶显示
1.引言
1.1本课题研究意义
科学技术的快速发展，提高了人们的生活水平，带来的却是资源的匮乏以及环境的恶化。人类社会的发展高度依赖于资源的开发与利用，资源匮乏已成为全世界所面临的严峻问题，在我国，而能源问题显得更为严重。目前，由于各类院校扩招所造成教室的不断扩建，教室内部照明的总体需求量也越来越多，由于在管理水平的落后，很多教室在没有人的情况下灯依然开着，这样就造成很多电能没必要的浪费。因此，教室的灯光管理需要改善。
如今，在对灯光的自动控制方面，国内外研究人员都已经提出很多的方案。而教室内部灯的控制，院校持续扩招造成教室以及宿舍楼的不断扩建，照明用电量不断增加，特别是很多高校对教室灯光管理水平的不完善，人工管理模式依然很常见，造成学校巨大的电能浪费和经济损失，这种现象与当今的所提倡的节能理念背道而驰。再者，现代自动化水平不断的提高，灯光的管理也在向着自动化、智能化的方向发展。例如家居灯光的智能化控制等等。基于以上原因，促使教室灯光控制也要向着新的理念发展，智能化控制真好迎合时代。因此，开发出实用的控制系统将教室灯光控制智能化具有重要的现实意义。
1.2国内外研究现状
自然界三大能源的总储备量是一定的，在经济飞速发展的今天，三大能源的储备量正在日益下降，除了要世界性的节约能源外。积极需找新型能源也迫在眉睫。在能源的利用方面丹麦处于世界一流水平，无论是节能设备的开发，还是推广都很成功，其经验为世界各其他国家提供了很好的借鉴。自1974年以来，尽管丹麦国民收入增加了百分之五十，而总的能源消费量并没有增加。丹麦是OECD成员国中国民收入与
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能源消耗量之比最小的国家。他们不断地开发一些节能供热系统，如丹麦热电周供热电厂等等。在丹麦节能这个词已经深入了人们的内心，节能装置随处可见。而且，能源的利用率方面他们也很重视。因此，他们能源使用总效率值达到了百分之九十。丹麦居民住房用电节能装置在他们搬入新建住房时就已经被安装，提前设立了的诸多要求，对不符合节能要求的新建房屋将不被看中。数据显示，丹麦居民宁愿多支付百分之八的费用购买入住有节能设施的房子，也不去考虑相对比较便宜的没有节能方案的房屋。欧盟很多国际都学习借鉴了丹麦在节能项目经验。并且，欧司朗公司在照明设备发面不断有新型高输出效率的照明设备涌现，新型设备相较之前的产品不但节约系统功率，还提升了光通量和平均光通量。飞利浦照明公司推出的陶瓷金卤灯取代过去的卤钨灯，可节约百分之六十的电能。以上种种，皆表明能源问题已经被越来越多国家所重视，各国都在致力于对能源的合理运用与开发，提高能源的利用率，来节约能源。
在我国，自从改革开放以来，国民经济持续多年的稳步发展，伴随着经济增上也造成了环境的破坏与资源的浪费，由于对能源的不合理运用，设备的简陋使得如煤炭之类的能源得不到充分燃烧，一氧化碳等不完全燃烧物的排放，造成酸雨，土地酸化，臭氧空洞等严重后果，自然灾害频繁，不利于未来的可持续发展。目前能源问题已经成为我国经济发展的强大阻力。虽然在能源总储量方面我们处于领先地位不低，但由于我国的社会主义国家，所以在人均储量我国则不尽人如意，单位产值的能耗是发达国家的3-10倍。能从粗多角度出发，能源问题也是我国长期可持续发展战略中一个关键因素。当能源不能满足人们的日常用度时，工厂停产，工人待业，经济发展受到抵制，还会引起社会的动荡，不利于国家的长治久安。为了提倡节能意识，绿色照明工程渐渐的走进了人们的视线，他是以绿色环保节能为理念的希望工程。其目标是在未来的五年内，向广大群众推广节能灯约1.5亿只节能灯，电能节约290亿度。有些地方为了推广节能灯，人们在购买节能等的同时，将会的到一定的经济补贴，这样就带动了群众节能的积极性，有助于节能灯的普遍推广。以前的油灯在到后来的白炽灯，最终到现在的高效节能灯，中国见证里照明设备的日新月异的变化。现在，现在人们再也不拘泥于仅仅是为了照明，更重要的是为了我们的国家能过发展的更快，更稳，我们应该从节能入手，改善我们的生活质量。
从用电量来看，数据显示照明设别上的用电量大约占总用电量的五分之一，其比重不小，考虑到我国人口众多，不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海，若以高效的节能灯来代替普通的白炽灯，其节约的电能可想而知，数字十分可观，大约可以节约电能60%-80%。政府已经在学校、医院、商厦等更换了24万只节能灯。
通过对国内外能源状况的分析无处不透露着“节能”这两个字，回归校园，让我们看一看节能思想在校园内的应用。如今，大多数家庭都是独生子女，同学们大多是从小娇生惯养，无所谓浪费与不浪费，很多情况下，当老师上完课，学生离开教室后，教室内的灯依然亮着，再加上大多数学校都配别了专门的人来关灯锁门，学校里的教室众多，一个管理员显然忙不过来，这就照成了很多电能没必要的浪费，怎么能减少这些浪费？这是个很值得我们深思的话题。基于以上种种，开发新型照明系统就有其现实的意义。因此教室灯关的智能控制系统设计无疑就成为了其中一项重要课题。
1.3本课题研究的内容
本课题的研究内容有以下几点： （1）灯光控制方案研究；
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（2）灯光检测方案研究；
（3) 热释电红外传感器的信息处理； （4）人体信号与光照环境信号的采集与处理； (5) 开发单片机系统；
（6）研究与现有的教室照明技术相兼容，易替代，防盗，便于维护和维修等； （7）实验测试与数据分析。
本课题通过试验和研究教室灯光的控制方案来解决如下关键性问题: (1)照明系统中的控制回路以及控制器自身节能的问题； (2)教室灯与传感器的配合安装问题； (3)环境光检测参数输入和采集问题； (4)人体红外传感器的参数输入和采集问题； (5)开灯及关灯的自动与手动相兼容的措施。
2．自动照明控制系统的设计方案
2.1功能介绍
本文首先明确了说明自动照明灯控制系统的功能，并且介绍了自动照明灯控制系统的工作原理及其硬件组成，分别从系统原理图，主要的芯片，系统的工作流程图、各模块工作原理和系统程序调试来阐述，给出自动照明系统具体的设计方案。自动照明控制系统可实现实际的教室灯光人性化智能控制，输入参数主要是环境光信号于人体存在信号的外界因素。
本文是简易自动照明灯控制系统的设计，首先按下开关电源，单片机开始工作，采用热释红外人体传感器检测是否有人存在，采用光敏电阻构成的电路来检测环境光的强度，然后根据教室的合理开灯的条件，通过对环境光信号与人体存在信号的识别判断，最后完成对教室灯光的智能化控制，避免了教室用电没必要的浪费。
2.2方案的比较与选择
方案一：运用模拟电子和数字电子器件来实现自动照明灯控制。在光线强时，节电开关为关闭状态，灯不亮，夜间或光线较弱时，节电开关呈预备工作状态。当有人经过该开关附近时，红外传感器检测到人体信号把节电开关启动，灯亮，当人离去时，延时40～50秒后节电开关自动关闭、灯灭。图1是自动照明灯控制系统电路的原理方框图，由红外传感器、放大电路、倍压整流、光控电路、电子开关、延时和交流开关七部分电路组成。
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图1教室感应自动照明控制电路的原理方框图
方案二：采用AT89S51单片机进行控制，采用热释红外人体传感器作为人体红外感应模块检测人体的存在，采用光敏电阻作为光源检测模块构成的电路检测环境光的强度，然后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，最后完成对教室灯光的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。本文还加入了1602液晶显示功能，能够较好的监控整个系统的运行状态。本系统还实现了控制器自动与手动相结合的教室照明智能控制，能更好的、有效的对教室灯光进行控制。
选择方案：鉴于上述对比与分析，本设计采用方案二。
2.3系统组成
整个系统由中央控制器、硬件时钟模块、光源检测模块、1602液晶显示模块、人体红外感应模块和继电器驱动电路6个模块组成。其中，对室内光线强弱程度进行判断的是光源检测模块，单片机的时序功能主要依赖于硬件时钟该模块，两者提供定时数据和光照供给以51单片机为核心的中央控制模块，从而对当前状态进行实时的判断，最后将判断的结果反馈给51单片机，最终通过LCD1602液晶显示屏将最终的状态结果显示出来。整个系统的硬件框图如图2所示
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图2 系统结构图
3.自动照明控制系统的硬件介绍
3.1总体电路图
本设计以AT89S51作为控制核心，采用热释红外人体传感器作为人体红外感应模块来检测是否有人体的存在，采用光敏电阻构成的电路作为光源检测模块构成的电路检测环境光的强弱程度。本文还加入了1602液晶显示功能和超时报警功能，就能够较好的监控系统的运行状态。本系统还实现了控制器手动和自动相结合的教室照明控制，能够更好的、更有效的对教室灯光进行智能控制。
系统总体电路图如图3所示
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图3 系统总体电路
3.2单片机介绍
单片机又称单片微型计算机，单片机是把中央处理器、存储器、定时/计数器、输入输出端口都集成在一块集成电路上的微型计算机。单片机与电脑中应用的的通用微型处理器相比，单片机更注重自供应，并且节约制作成本。体积小是单片机最大的优点，可以安装在仪表的内部，但是存储量比较小，输入输出的接口相对简单，功耗比较低。单片机如今已经运用在我们生活中的各个方面，在每个智能化控制的机器里，你都会发现单片机的身影；无论是简单的，还是复杂的大型机器，里面都要用到单片机。可以说不论在哪，甚至在太空中都有单片机。虽然目前单片机的应用已经十分广泛了，包含了生活中的各方各面，但仍然有很多可以用单片机来控制的项目还没付诸实施，所以，在科学技术不断发展，自动化设备不断被强调，单片机还具有很大的发展空间。
3.3 主机模块
本次设计的主机模块是由主控芯片AT89S51、复位电路和时钟电路组成，同时它是报警系统的核心部分，复位电路可以有效的防止系统死机，保证程序的正常运行，时钟电路可以产生时钟周期驱动单片机[4]。 AT89S51引脚图如图4所示。
图4 AT89S51各个引脚
AT89S51单片机是一款高性能，低功耗CMOS 8位单片机，单片机内含有4k BytesISP的Flash只读程序存储器，该存储器可以反复擦写1000次。AT89S51具有如下特点：40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）口，4k Bytes Flash片内程序存储器，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个全双工串行通信口，2个
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16位可编程定时计数器,128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器
[5]
。主要功能表特性见表1。
4k可反复擦写(>1000次）ISP Flash ROM 4.5-5.5V工作电压 时钟频率0-33MHz 128x8bit内部RAM 低功耗空闲和省电模式 三级程序加密锁 软件设置空闲和省电功能 兼容MCS-51指令系统 32个双向I/O口 2个16位可编程定时/计数器 全双工UART串行中断口线 6个外部中断源 中断唤醒省电模式 看门狗（WDT）电路 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针 表1 主要功能表特性
3.3.1 复位电路
系统的复位电路是将核心控制芯片回到默认的硬件状态下，即使单片机的片内电路初始化，使得单片机能够从一种确定的默认的状态下开始运行，它是每个微机系统必须执行的第一步。单片机AT89S51的复位是通过外部的复位电路来实现的，其复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。
复位电路工作原理图如图5所示，在VCC上电瞬间，电容器C3随之充电，在电阻R1上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒之后，电容器C3充满，通过电阻R2上的电流将降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下按钮，电容器C3放电，松开按键按钮，电容器C3又开始充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒之后，单片机进入工作状态。
图5 复位电路
3.3.2 时钟电路
单片机的时钟电路是用来配合外部晶体实现振荡的电路，这样可以为单片机提供时钟，单片机中各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，如果运行时钟为0，单片机就不工作，当然超过单片机的工作频率
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的时钟也会导致单片机不工作。电路图6所示。
图6 时钟电路图
3.4 人体红外检测模块
不管是什么物体其自身都会向外不发射出红外线，由于物体不同，发射出的红外线波长也不一样，通过这一点的区分，我们就可以通过多红外闲的勘察，来做出判断，人体红外传感器就是一种能区分人与其他物体的传感器。其工作原理如下： 正常人体会发出波长为10μM的红外线，被被探测到之后，先被菲泥尔滤光片增强，然后被聚集到红外感应源，引起感应源温度变化，使得其向外释放电荷，后续电路检测到电荷后，就会显示为有人体存在。
人体红外传感器透镜的信号采集敏感区示意图如图7.
有人进来时，人体红外线被红外传感器所接收，人体存在就会被感应，并以高电平输出。当人进入到最不敏感的移动方向时，那么人体传感器所检测到的信号就会不理想，有的时会产生误动作，所以在安装人体红外传感器时方向要特别注意。
最不敏感移动区域最敏感移动区域传感器图7 信号采集敏感区
人体红外传感器的原理图如图8所示：
人体红外传感器的1号引脚是电源的信号端，2号引脚是信号采集输出端，3号引脚是地信号端。在设计电路时，为了增加人体传感器的工作时的可靠性，在引脚2与地引脚3之间加入一个6800PF的电容，此外人体存在传感器的引脚2和单片机的P3.3连接在一起，P3.3再接一个100千欧的上拉电阻，这样就能使得人体存在传感器的输出信号更加的可靠。其电路原理图如图9.
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图8人体红外传感器的原理图
HP-208VCC123C680pfp3.3图9人体红外传感器电路图
3.5日光强度检测模块
日光强度检测模块是以单片机作为核心，由于单片机的体积小、成本低，能够满足实际需求。传感器选择的是光敏电阻，和精密电阻串联串联在一起，分压得到的电压信号传送到A／D如图10。为了减小模块的体积以及降低成本的价格，本设计选择了功耗低、方式工作为串行的TLC549作为A／D转换器。
TLC549采用了IinCMOSTM技术并且以开关电容逐次逼近的原理来工作的8位串行A／D芯片，可以和通用微控制器、处理器通过CS、DATAOUT、I／OCLOCK三条口线来进行串行接口的。TLC549有软、硬件控制电路和4MHz的片内系统时钟，转换的时间最长是17μs，最高可以达到为40000次/s转换速率。总的失调误差最大是±0．5LSB，典型功耗值是6mW。TLC549采用的是差分参考电压高阻输入，抗干扰性强，可以按照比例量程来校准转换的范围，因为当VREF-接地时，(VREF+)-(VREF-)≥1V，所以较小信号就可以用它来采样，另外，该芯片的电源供电的范围是3～6v。总而言之，TLC549具有时序简单，控制的口线少，价格便宜，转换速度快，功耗低等特点，比较适用于低功耗的袖珍仪器上单路A/D的采样，也可以把多个器件并联在一起来使用。工作原理为TLC549带有片内系统时钟，该时钟和I／OCLOCK是彼此独立工作的，对于特殊速度和相位匹配没有要求。当CS为高电平时，DATA OUT端口是高阻状态，这时I／OCLOCK是不起作用。这种CS的控制作用允许在使用多片TLc549时，共用I／OCLOCK，来减少多路(片)A／D使用时I／O控制端口。
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图10 A/D模块
3.6 1602 液晶显示模块
显示模块采用1602 LCD液晶显示器,显示控制方法简单,低功率,简单的硬件电路,可以显示字符。1602液晶模块字符在内存(CGROM)有160个不同的点阵字符图形存储,这些字符包括阿拉伯数字和英文字母和常用的符号,和日本的假名,每个字符有一个固定的代码,如英文字母“A”资本的代码是01000001 B,显示模块取41 H点阵字符图形显示地址,我们可以看到字母“A”。1602是有一个标准接口16脚接口。 3.6.1引脚分布和接口信号说明
(1)引脚分布
1602液晶显示共有16个引脚，其引脚分布如图11所示。
图11 1602液晶显示模块引脚分布
(2)引脚功能
1602引脚功能如表2所示
表2 LCD1602引脚功能
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3.6.2 LCD液晶电路
LCD液晶电路连接如图12所示：
图12 LCD1602连接图
读写操作时序如图13和14所示：
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图13 读操作时序
图14写操作时序
3.7 继电器驱动模块供电电路
继电器是整个系统的强弱电的中间体，其驱动电路如图14所示，这里友ULN2003来驱动继电器，在系统开机时，单片机的RESET将51单片机初始化，P2^1管脚是低电平，ULN2003内部的三极管为截止状态，因此开机之后继电器始终处于常开状态，如果人体红外传感器检测到有人体存在信号时，P2^1管脚将输出高电平，此时ULN2003内部的三极管处于导通状态，继电器得电后立马处于常闭状态吸合，从而使负载得以驱动，最后点亮电灯。继电器都有一对触点，它们都可以常开常闭。继电器驱动接口电路如图15所示。
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图15继电器驱动电路图
3.8 系统供电电路
本系统的供电电源采用直流稳压电源供电。首先先将220V的交流电经过变压、整流、一次滤波和稳压以及二次滤波后转换成稳定的5V直流电压后，在供给整个控制电路，驱动电路以及显示电路供电。其所对应方框图2所示，以下就各部分的作用加以介绍。[8]
电路的分析过程如下：如图16所示，首先在输入端输入为220V的交流电压（即市电），在一般情况下，我们所需要的直流电压与市电的有效值有着很大的差别的差别，此时需要通过降压变压器降压后，再对降压后的交流电进行处理。在选取变压器的时候也要注意铭牌的选取。这样可以避免对后续的电路造成一定的影响。变压器二次侧输出的交流电压对后面直流电也有着一定的影响。
通过整流电路可以将变压器二次侧输出的电压将转换为直流电，此整流电路可以通过4个二极管即可实现。由于整流之后的直流电中均含有较大的交流分量，这样将会对负载电路的造成一定的冲击；例如，交流分量将混入输入信号被放大电路放大，甚至在放大电路的输出端所混入的电源交流分量大于有用信号；因此不能将此直流电源电子电路的供电电源。
为了解决上述问题，需通过电容滤波电路滤波，将输出的直流电趋于平滑。在理想情况下，交流分量应当全部滤除，使输出的电压就为稳定的直流电。然而由于无源滤波电路的影响，所以负载对此滤波电路势必会造成一定的影响。
交流电压经过了上述的处理之后，虽然直流电压中交流分量较小，但当市电波动或者负载变化时，其直流电压还会随之变化。此时需要接上一个稳压电路来使输出的直流电压基本不受市电或者负载变化的影响，从而使直流电源的稳定性能大大提高。
图16系统供电电路
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4.软件设计
4.1系统监控主程序模块
系统的监控观测程序按模块可分成中断子程序和监控观测主程序。照明灯光自动控制的整个系统的核心就是监控观测主程序，通过人体红外传感器反馈给单片机的信息由用户编写好的程序进行判断，最终将显示的结果在LCD1602液晶显示屏中显示出来。
4.2系统自检初始化
为了保证整个控制系统能够正常运行，系统的自检初始化是很必要的条件。系统在加电复位以后，就进入了自检初始化程序，从而系统的自检初始化被完成。初始化主要对一些数据区、控制寄存器和外部芯片进行初始的参数设置以及定义。在本系统中主要指的是系统内部寄存器的初始化、各接口芯片的检测及芯片内部设定参数的初始化。
检测各接口芯片主要是对各芯片是否已经准备就绪的检测，在无硬件方面是否存在故障等。如果时钟芯片正处于启动的状态，就需要对时钟芯片进行初始化并且启动实时时钟。
系统内部寄存器初始化一般指的是在数据缓冲区之内，部分特殊功能寄存器SFR的复位初始化和各用户定义的数据变量的初始化赋值，当单片机复位之后，计数器PC就会指向程序存储器的入口地址，程序状态字寄存器PSW被清零，片内存储器选择工作寄存器，用户的标志位F0是0状态，堆栈指针SP指向07H,其它中断允许寄存器IE、定时器,累加器ACC等等都是00H。
4.3定时中断处理设计
定时中断是在用单片机内部定时器定时，计数值已满或是时间到而引起的中断，内部定时器的计数器可以对从外部引线T0和T1输入的外部脉冲或内部时钟进行计数。计数器的溢出的信号就会引起中断，去置位定时器溢出的标志位，向单片机CPU申请中断。
定时中断是周期性的中断，每过一定的时间要中断一次。这个系统里设定的定时中断主要是用来构造多任务的操作系统，响应中断之后，无必要对断点进行现场的保护，可以直接进入多任务时间划分的工作，使得相应的操作任务准备就绪。该定时中断处理程序框图如图17所示：
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图17定时中断处理程序框图
系统还采用了外部中断，主要用来判断是否有外来信号的输入，如果有，就采集下来然后处理；如果无，就返回到主循环。
4.4人体红外传感器的优缺点
人体红外传感器有很多优点，如其耗电量较小，价格方面相对于其他产品比较实在、最重要的是它不会对人体产生辐射。缺点就是容易被各类光源、热源干扰。当有人体存在时却一定时间内没有任何的活动，人体红外传感器就会认为没有人体的存在。为了避免该现象出现，系统软件程序中设计为有人体存在状态之后间隔1分钟或是更长时间来对人体存在参数信号进行采集。
人体存在传感器容易受到外界干扰，因此我们要在使用的时后就要特别注意如何消除外界带来的干扰。
（1）小动物干扰
探测器安装在特定的使用高度，对探测范围里地面上的小动物，就不会产生信号。 （2）电磁干扰
探测器抗电磁干扰性能符合GB1040要求，一般手机电磁不会引起干扰。 （3）灯光干扰
探测器在正常灵敏度的范围之内，受到3米以外H4卤素灯透过玻璃照射，不会产生信号。
4.5数据采集软件的实现
环境光足够强时，无论是否有人存在都不会开灯；当环境光不够强时，当有人存在才会开灯，没有人存在就不会开灯。故逻辑关系表可如表3表示：
表3 环境光与人体存在逻辑关系
环境光参数 0 1 人体存在参数 0 0 1 5
教室照明灯状态 0 0
0 1 1 1
0 1 4.6编程仿真 4.6.1Keil C51软件
本次系统设计采用Keil C51软件进行编程。Keil C51软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，Keil C51集成开发环境是一个基于Windows的软件开发平台，它包含了源文件编辑器、项目管理器 、源程序调试器等[18]。它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM语言和C语言的程序设计，界面友好，易学易用，给本次系统设计带来了很大的方便。
优点：
（1）Keil C51具有非常高的目标代码生成效率，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。高级语言的优势可以再开发大型软件中体现。
（2）与汇编语言相比，C语言在结构性、可读性、可维护性、功能上有显而易见的优势，因此学习简单而且十分好用。在用过汇编语言之后再使用C语言来开发，体会会更加深刻。
4.6.2 proteus介绍
本次研究采用的是proteus仿真，proteus是英国Labcenter Electronics公司研发生产的最经济、
[19]
功能最完善的电子设计自动化（EDA）系统，它不仅仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还可以仿真单片机以及外围器件。Proteus集合了PCB设计、高级原理图、自动布线以及混合模式SPICE仿真来实现
[20]
一个完整的电子设计系统。其中，ISIS智能原理图输入系统是proteus系统的中心。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编辑器，深受单片机爱好者、致力于单片机开发应用的科技工作者和从事单片机教学的教师的青睐。
Proteus仿真具有其它EDA工具软件的功能，这些功能有： （1）原理布图
（2）SPICE电路仿真 （3）PCB自动或人工布线 革命性特点：
（1）互动的电路仿真
用户可以实时采用如ROM，RAM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分IIC器件，部分SPI器件。
（2）仿真处理器及其外围电路
可以仿真AVR、51系列、ARM、PIC等常用的主流单片机，还可以在基于原理图的虚拟原型上进行编程，配合显示及输出，能够看到运行后输出输入的效果。
通过Porteus进行仿真，但由于仿真器材的局限性，部分功能未能得以实现。如人体红外传感器无法仿真，故以开关代替。系统整体仿真如图18所示。
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图18 系统整体仿真
6.结果与分析
6.1 电路调试
在该系统制作调试过程中，曾遇到以下问题：
（1）电源供电电路里集成稳压器温度太高。其中一个原因是:12V变压器整流滤波之后加到集成稳压器输入端的电压比较高，使得7805上的压降过大。这个问题可通过使用9V变压器来解决，或是在集成稳压器前面串联两只二极管来降压，同时还可以增大散热片。
（2）人体存在传感器当有人存在的时候输出高电平电压比较低。这种现象会让单片机产生误判，可能采集不到理想的信号，因此系统在人体存在传感器输出端口加入了一个100千欧的上拉电阻。
（3）当教室内的人超过十秒没有活动，人体传感器就不会有输出信号，那么我们应该如何判定现在教室内是不是有人呢？这个问题在系统软件设计的时候，把有人体存在时的状态保持2～5min然后继续采集信号，加以处理。
（4）单片机控制信号的输出后，继电器没有按照预定设计产生相应的动作。单片机输出控制信号，在控制继电器的时候，必须加入三极管来驱动，不然信号电流太小，继电器将不能产生吸合的动作，并且继电器一定要采用三极管的集电极端来驱动，之后带动负载。继电器驱动电路还需要注意与继电器线圈并联一个续流的二极管，用来增强对驱动三极管的保护。
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（5）每次开机连接电源之后，硬件时钟所显示的时间都是从所设初始值开始计时的。硬件时钟显示时间不正常。我们可以一方面充电电池没有充电功能;另一方面对硬件时钟先进行自检来解决。
（6）当硬件连接没有错误是，在系统启动之后液晶不显示，系统没有反应，这种情况有如下的几种可能：一，硬件电路中存在虚焊，或是电路接线焊错；二，芯片被插反了使得电路短路；三，液晶电路被焊接错误。遇到此种情况，首先我们要用万用表来检查芯片的供电电压是否是5V，如果不是的话再检查供电电路是否问题。如果两端存在电压就看芯片是否插反。
（7）液晶显示不正常，这可能是背光调节电位器的阻值不合适，就需要调节控制背光的10K电位器。 （8）系统显示不稳定，这可能是电压不稳定，或是单片机的31引脚EA没有接高电平。
6.2 系统功能测试
在焊接前，首先要熟悉所焊印制电路板的装配图，并按图纸配料，检查元器件型号、规格及数量是否符合图纸要求，并做好装配前元器件引线成型等准备工作。焊接调试好的教室自动感应照明控制系统如图19所示。
图19教师自动感应照明控制系统实物图
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7.结语与展望
本文正对教室内部不合理的照明系统进行的研究与改善，从原来的手动控制教室灯光的亮灭，到现在的智能化控制，更加迎合了当代世界的科技发展水平通过对人体的存在和当下自然光的强弱程度分析，并将其作为输入参数，通过编程调试，将会成为决定教室灯光亮灭的两大要素，本设计通过热释电红外传感器检测是否有人体存在，通过光敏电阻构成的简单电路来检测当下环境光的强弱。设计思想简单易懂，而且适应性高，还可适用于办公楼等场所。为了使本设计更加的人性化，还加入了时间控制参数，这样一来使得照明系统更加迎合了学校的作息时间安排。降低电能的同时，我们也更能享受温馨的校园生活，具有和重要的实际意义，值得学校普及提倡。在硬件的选择上，即要求所完成的系统能过稳定的工作，又要求购买成本低。成本过高的话不便于系统的普及，再加上学校的教室向来都比较多。在软件设计上，本设计采用多任务形式对信号的采集处理。在系统安装上，本设计系统的体积小，易于安装放置，系统安装上没必要对教室原有线路进行太大的改动，可操作性可见一斑。
由于每个专业学生的人数不一，学校在教室面积设计上也不同，因此，教室内所要安装的灯光数目也不一样。对于人体传感器存在两个问题，其一，是传感器感应距离的问题，教室面积太大，造成教室内很多地方并不能被人体红外传感器的检测区域覆盖到。这要一来，势必会造成对系统的误判，不利于系统在理论上实践。鉴于红外传感器感应区域有限，一个教室要配备多套自动照明系统。其二，人体红外传感器是活动的人体感应，所谓活动的人体感应就是只有在人体有动作发生时，红外传感器才能感应到人体的存在，当人体禁止时，如有人在感应区域内睡觉，传感器将不回有信号输出，即检测结果为没有人体的存在，所以在系统运行的过程中，最好把人体传感器装置制作成能够摆动。这样就弥补了传感器感应上的不足。
本设计的题目是“基于单片机的自动照明系统”，不是导师要求的而是我自己拟定的，理论上来说本课题对于我们这专业的学生没有什么难度，但由于种种原因，开始做本毕业设计时依然一头的雾水，不知道从哪里着手。在查阅了相关书籍资料，在叶小岭老师以及同学们的帮助下，历时3个月，艰难的完成了本设计。记得在刚开始着手做毕设的时候，叶老师指出了此课题的大概方向，我会在后面设计中遇到的主要困难，她都一一给我解释，可谓获益良多，比如在器件选择上，以及电路设计上，叶老师都对我做出了细致的讲解。毕业论文写到这里，三四个月的毕业设计也基本可以画上句号了。本次的设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，通过本次课题不仅检查了大学四年来的学习成果，而且让我白了实践是检验真理的唯一标准，更是一次非常宝贵的经验。
致 谢
本次设计是大学四年以来所用的时间最长，涉及的知识最多，工作量最大的一次设计。从电路设计，到程序编写，到系统仿真，到硬件焊接 再到系统调试。一路走来，我也很明白自己到底有大学里面学的怎么要，光凭我一个人是很难将其圆满完成的。毕业设计能够顺利完成，这与我的指导老师叶小岭的教授所提供的帮助是密不可分的。叶老师一丝不苟，严谨细致的作风一直是我学习的榜样。在论文修改期间，
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我们的论文叶老师都会细致的阅读。然后找出我们论文里面错误的地方，就连少有的错别字，她都细心的帮我们找了出来，都给我留下了深刻的印象。势必在以后的工作中对我帮助很大。
通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学无止境以及学好专业知识的重要性，也知道了什么叫知易行难，理论与实际到底存在很大的差距，并且检验了我这四年来的学习成果。虽然我对专业知识掌握的不够牢固，还有很多地方都不明白，但是，我从叶老师那边学到了什么是细致，只要有心没有什么是做不好的。
毕业在即，即将告别这曾今一起玩耍，一起学习的校园，踏入社会，忆往昔，少不了感慨于唏嘘。但人生不可能从新来过，即使有太多的不舍，该离开还是要离开的。唯独记忆仅我们可以追忆与回味的，这才是人生最大的财富。最后衷心的感谢叶老师对我帮助和指导，当然，还有那些曾经帮助过我的同学们。祝愿他们能够一帆风顺。
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