河北理工大學(xué)信息學(xué)院 摘要 PAGEI-基于單片機(jī)的教室智能燈光控制系統(tǒng)摘要本文設(shè)計(jì)的教室智能燈光控制系統(tǒng)基于STC89C52單片機(jī)，綜合了光照傳感和紅外人體檢測(cè)兩者技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)教室照明的智能化管理，系統(tǒng)中包含時(shí)間模式，自動(dòng)模式與手動(dòng)模式，借助硬件選型和軟件設(shè)計(jì)滿(mǎn)足現(xiàn)代教室照明節(jié)能環(huán)保需求，環(huán)境亮度通過(guò)光照傳感器檢測(cè)，人員活動(dòng)情況通過(guò)人體紅外傳感器探測(cè)，結(jié)合兩者實(shí)現(xiàn)燈光控制策略的準(zhǔn)確形成。單片機(jī)作為核心處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，邏輯判斷與輸出控制，LCD1602顯示屏對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，DS1302提供精確的時(shí)間基準(zhǔn)。ADC0832對(duì)光照強(qiáng)度完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，多組按鍵實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，測(cè)試表明，電能浪費(fèi)能夠有效減少，照明效率提升，教學(xué)環(huán)境可實(shí)現(xiàn)舒適便捷的照明服務(wù)。關(guān)鍵詞單片機(jī)；智能照明；人體感應(yīng)；光照檢測(cè)；節(jié)能控制AbstractAbstractAbstractTheclassroomintelligentlightingcontrolsystemdesignedinthispaperisbasedonSTC89C52MCU,whichintegratesthetechnologiesoflightsensingandinfraredhumandetection,andrealizestheintelligentmanagementofclassroomlighting.Thesystemincludestimemode,automaticmodeandmanualmode.Withthehelpofhardwareselectionandsoftwaredesign,itcanmeettheneedsofenergyconservationandenvironmentalprotectionofmodernclassroomlighting.Theenvironmentalbrightnessisdetectedbythelightsensor,andthepersonnelactivityisdetectedbythehumaninfraredsensor.Combinedwiththetwo,itcanrealizetheaccurateformationoflightingcontrolstrategy.Asthecoreprocessor,thesinglechipmicrocomputercarriesoutdataacquisition,logicjudgmentandoutputcontrol.TheLCD1602displayscreendisplaysthesystemstatusinrealtime,andtheDS1302providesanaccuratetimereference.ADC0832completesanalog-to-digitalconversionoflightintensity,andmultiplesetsofkeysrealizehuman-computerinteraction.Thetestshowsthatthewasteofelectricenergycanbeeffectivelyreduced,thelightingefficiencycanbeimproved,andtheteachingenvironmentcanachievecomfortableandconvenientlightingservices.Keywordssinglechipmicrocomputer;Intelligentlighting;Humanbodyinduction;Lightdetection;Energysavingcontrol 目錄 目錄 目錄18140摘要 I18003Abstract II25595第1章緒論 1323931.1研究背景 1156781.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1233441.3研究?jī)?nèi)容 29111第2章功能與設(shè)計(jì)方案 347022.1系統(tǒng)功能要求 387082.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 38502.3硬件模塊選型 45412.3.1單片機(jī)模塊的選型 4254172.3.2時(shí)鐘模塊的選型 556412.3.3顯示模塊的選型 528208第3章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 7314783.1STC12C5A60S2單片機(jī) 786113.2DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊 8247213.3LCD1602顯示模塊 9320203.4光照檢測(cè)模塊 1013023.5HC-SR501人體感應(yīng)模塊 11225533.6按鍵模塊 1221223第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 14102834.1Keil4軟件介紹 14132574.2軟件流程圖介紹 1464934.2.1主程序流程介紹 1439084.2.2顯示檢測(cè)子程序介紹 15148084.2.3按鍵子程序介紹 1621680第5章系統(tǒng)的測(cè)試 18138515.1軟硬件調(diào)試 18140675.2實(shí)物展示 1821582結(jié)論 2012038參考文獻(xiàn) 213887謝辭 2317331附錄 24理工大學(xué)輕工學(xué)院第1章緒論第1章緒論1.1研究背景現(xiàn)代化教學(xué)環(huán)境建設(shè)日益強(qiáng)化，智能化教室照明水平成為評(píng)價(jià)教學(xué)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)，傳統(tǒng)教室照明在燈光使用中存在不合理現(xiàn)象，能源浪費(fèi)問(wèn)題突出，例如教室無(wú)人時(shí)燈光常亮，光照充足時(shí)也進(jìn)行不必要照明等。據(jù)教育部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)高校教室照明用電約占學(xué)?？傆秒娏康?5%到20%，其中約40%的電能因管理不當(dāng)而浪費(fèi)，能源消耗增加，解決此類(lèi)問(wèn)題亟需技術(shù)手段的助力。智能照明技術(shù)的發(fā)展為上述問(wèn)題的解決提供了可能，自動(dòng)控制技術(shù)的引入使得燈光能依據(jù)環(huán)境光照與人員存在情況自動(dòng)調(diào)節(jié)，這可使能源消耗大幅降低，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)普及后，傳感器成本降低，性能提升，構(gòu)建低成本高效能智能照明系統(tǒng)也存在了可能。教學(xué)環(huán)境的照明對(duì)師生視覺(jué)健康與教學(xué)效果存在直接影響，相關(guān)研究表明，合適的照明在減少視覺(jué)疲勞同時(shí)，還能使學(xué)習(xí)效率提升約12%，智能照明系統(tǒng)不僅需達(dá)到節(jié)能目標(biāo)，同時(shí)照明質(zhì)量也需兼顧，依據(jù)實(shí)際需求提供適宜的照明方案。單片機(jī)技術(shù)發(fā)展已達(dá)到成熟階段，具備體積小，價(jià)格低，功能強(qiáng)大等優(yōu)勢(shì)，與智能控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需求不謀而合，基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)可靈活配置，滿(mǎn)足各類(lèi)教室的照明需求，商業(yè)智能照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特征使成本偏高，而單片機(jī)解決方案在控制成本與定制靈活性等具體技術(shù)優(yōu)勢(shì)中具有明顯的對(duì)比性。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀歐美國(guó)家智能照明技術(shù)發(fā)展較早，教育場(chǎng)所已廣泛應(yīng)用，美國(guó)能源部的"先進(jìn)照明計(jì)劃"提升了學(xué)校智能照明系統(tǒng)的普及性，使用智能照明系統(tǒng)的學(xué)校能耗平均減少30%。荷蘭飛利浦公司SchoolVision系統(tǒng)調(diào)節(jié)光色溫與亮度，創(chuàng)造不同教學(xué)活動(dòng)的照明環(huán)境，已廣泛應(yīng)用，德國(guó)歐司朗DALI照明控制系統(tǒng)基于總線進(jìn)行照明網(wǎng)絡(luò)控制，支持256級(jí)亮度調(diào)節(jié)，歐洲多所大學(xué)采用。日本光照明學(xué)會(huì)針對(duì)教室環(huán)境提出了動(dòng)態(tài)照明控制策略，它基于人體活動(dòng)規(guī)律，并開(kāi)發(fā)了一套教室照明控制系統(tǒng)，基于Arduino平臺(tái)，區(qū)域性照明調(diào)控在能源利用效率提升40%時(shí)實(shí)現(xiàn)，澳大利亞墨爾本大學(xué)采用分布式照明控制系統(tǒng)，基于LoRa無(wú)線通信，結(jié)合云平臺(tái)數(shù)據(jù)分析后，照明策略的優(yōu)化調(diào)整也實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)智能照明研究迅速進(jìn)展，清華大學(xué)研發(fā)的無(wú)線照明控制系統(tǒng)基于ZigBee，教室照明實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化管理。浙江大學(xué)提出了照明控制算法，基于光照強(qiáng)度和人流密度雙重感知，完成精準(zhǔn)照明需求預(yù)測(cè)，華中科技大學(xué)開(kāi)發(fā)的智能照明系統(tǒng)基于單片機(jī)與WiFi模塊，可遠(yuǎn)程控制與定時(shí)管理，南京工業(yè)大學(xué)提出了模糊控制的照明強(qiáng)度調(diào)節(jié)方法，系統(tǒng)響應(yīng)平滑性實(shí)現(xiàn)提升。多所高校于校園建設(shè)中引入智能照明系統(tǒng)，教育裝備協(xié)會(huì)調(diào)研數(shù)據(jù)表明，全國(guó)211高校約65%已部分應(yīng)用智能照明技術(shù)，年均節(jié)電率達(dá)25%。深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院在實(shí)驗(yàn)樓應(yīng)用基于STM32的智能照明系統(tǒng)，照明管理精細(xì)化，北京交通大學(xué)開(kāi)發(fā)基于51單片機(jī)的教室照明控制系統(tǒng)，通過(guò)分區(qū)控制提升照明精確度。多種智能照明解決方案已出現(xiàn)于市場(chǎng)上，但普遍存在成本偏高，安裝復(fù)雜和通用性不強(qiáng)等現(xiàn)象，普通教室難以大規(guī)模推廣使用，開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的單片機(jī)智能照明系統(tǒng)因此具有重要意義，它不僅改善教室照明條件，同時(shí)提高能源利用效率，為相關(guān)推廣和使用找到解決方案。1.3研究?jī)?nèi)容本課題內(nèi)容包含基于STC89C52單片機(jī)的教室智能燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，研究從需求分析階段就確定時(shí)間模式，自動(dòng)模式和手動(dòng)模式這三種工作模式，不同教學(xué)場(chǎng)景下需求各不相同，硬件部分涉及核心控制器，光照檢測(cè)模塊，人體感應(yīng)模塊，時(shí)鐘模塊，顯示模塊及按鍵模塊的選型與電路設(shè)計(jì)；軟件部分包含系統(tǒng)總體架構(gòu)，各模塊驅(qū)動(dòng)程序及三種控制模式實(shí)現(xiàn)算法的設(shè)計(jì)，也涉及軟件流程與控制策略的實(shí)現(xiàn)，實(shí)際測(cè)試功能完整性與控制精確性之后，對(duì)系統(tǒng)節(jié)能效果和應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行評(píng)估分析。第2章組卷算法與題庫(kù)的研究第2章功能與設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)功能要求本教室智能燈光控制系統(tǒng)包含三種工作模式，時(shí)間模式，自動(dòng)模式與手動(dòng)模式，照明系統(tǒng)可適應(yīng)不同教學(xué)情境需求，在時(shí)間模式中，預(yù)設(shè)時(shí)間段直接控制燈光開(kāi)關(guān)，適用于固定課表教室。自動(dòng)模式通過(guò)光照檢測(cè)模塊監(jiān)測(cè)環(huán)境亮度，當(dāng)人體感應(yīng)模塊同時(shí)檢測(cè)到有人存在且光照低于設(shè)定閾值時(shí)，區(qū)域燈光開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)按需照明，手動(dòng)模式下按鍵控制四組燈光，滿(mǎn)足特殊需求。LCD顯示模塊實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前工作模式，時(shí)間與設(shè)置參數(shù)，用戶(hù)通過(guò)按鍵對(duì)時(shí)間，模式及閾值進(jìn)行調(diào)整，系統(tǒng)設(shè)置四個(gè)獨(dú)立控制區(qū)域，每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)一組照明設(shè)備，分區(qū)控制教室照明，提高能源利用效率。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案依據(jù)功能需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化原則，具體包含控制核心，輸入檢測(cè)和輸出執(zhí)行三部分，STC89C52單片機(jī)為控制核心的芯片，完成系統(tǒng)核心邏輯處理任務(wù)；輸入檢測(cè)部分使用光照傳感器，紅外人體檢測(cè)模塊，時(shí)鐘模塊與按鍵模塊；輸出執(zhí)行部分包含LED照明控制電路與LCD顯示模塊，相關(guān)模塊功能在設(shè)計(jì)中存在層次化特征。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖呈現(xiàn)，中心部分為單片機(jī)控制器，周邊連接不同功能模塊，光照檢測(cè)模塊借助ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸入單片機(jī)。四組HC-SR501人體感應(yīng)模塊對(duì)教室不同區(qū)域的人員情況分別進(jìn)行檢測(cè)，信號(hào)直接輸入單片機(jī)I/O口，DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供準(zhǔn)確時(shí)間基準(zhǔn)。LCD1602顯示模塊用于呈現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)信息，六個(gè)按鍵組構(gòu)成人機(jī)交互界面，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與模式切換通過(guò)它完成，系統(tǒng)輸出端借助四路LED驅(qū)動(dòng)電路控制教室照明。分層軟件架構(gòu)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用，底層為硬件驅(qū)動(dòng)層，包含各模塊基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)程序；中層功能控制層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)三種工作模式的控制邏輯；頂層用戶(hù)交互層管理顯示與按鍵響應(yīng)，硬件驅(qū)動(dòng)層，功能控制層和用戶(hù)交互層各部分獨(dú)立設(shè)計(jì)，接口清晰，不僅提高了模塊間的獨(dú)立性，也使后期維護(hù)和功能擴(kuò)展愈加便于實(shí)現(xiàn)。圖2.1系統(tǒng)框圖2.3硬件模塊選型2.3.1單片機(jī)模塊的選型方方案一：STC89C52單片機(jī)，它在8051架構(gòu)上進(jìn)行增強(qiáng)，程序存儲(chǔ)器為8KBFlash，RAM為512字節(jié)，I/O口達(dá)到32個(gè)，且包含三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，UART串行接口也內(nèi)置在單片機(jī)中，工作電壓在4V至5.5V范圍，最高工作頻率可至40MHz。成本較低，開(kāi)發(fā)資源豐富是優(yōu)勢(shì)，功耗也較低，抗干擾性也強(qiáng)，與傳統(tǒng)51指令集完全兼容，開(kāi)發(fā)人員容易上手，可運(yùn)算速度慢，內(nèi)存資源有限，外設(shè)功能簡(jiǎn)單，不支持高級(jí)通信協(xié)議是不足之處，適合開(kāi)發(fā)中小規(guī)模嵌入式控制系統(tǒng)。方案二：STM32F103單片機(jī)屬于ARMCortex-M3架構(gòu)，主頻可達(dá)到72MHz，具有64KB至128KB的Flash和20KB的RAM，它包含多達(dá)80個(gè)I/O口，支持多種高級(jí)外設(shè)如USB，CAN，I2C，SPI等。處理性能強(qiáng)大，支持DMA傳輸，內(nèi)置高達(dá)12位精度ADC，這些使它在復(fù)雜控制算法實(shí)現(xiàn)中優(yōu)勢(shì)明顯，外設(shè)資源豐富，開(kāi)發(fā)環(huán)境成熟，增加它在各種設(shè)計(jì)中可使用性。對(duì)比劣勢(shì)在于設(shè)計(jì)復(fù)雜，學(xué)習(xí)曲線陡峭，功耗較高，價(jià)格是STC89C52的3至5倍，對(duì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是性能過(guò)剩，對(duì)于具體實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單控制任務(wù)，價(jià)格與性能不完全對(duì)等。本設(shè)計(jì)的實(shí)際需求與選擇STC89C52作為控制核心存在相關(guān)性，教室燈光控制系統(tǒng)在復(fù)雜性與性能要求的適中，且STC89C52在資源和性能支持下足夠應(yīng)對(duì)光照檢測(cè)，時(shí)鐘管理，人體感應(yīng)等任務(wù)處理，成本控制與開(kāi)發(fā)便捷性在項(xiàng)目中也存在更為優(yōu)勢(shì)的特征，課程資源支持也完善。2.3.2時(shí)鐘模塊的選型方案一：PCF8563實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊，飛利浦公司生產(chǎn)的低功耗芯片，使用I2C總線通信協(xié)議，電壓范圍1.0V至5.5V，它具備計(jì)年，月，日，時(shí)，分，秒功能且包含可編程鬧鐘功能。靜態(tài)電流小于0.25μA，使PCF8563具備超低功耗設(shè)計(jì)，電池備用壽命長(zhǎng)；I2C協(xié)議減少與單片機(jī)連線；內(nèi)部集32.768KHz晶體電容后，外圍電路簡(jiǎn)單化，不足的是通信速率不超400KHz；抗干擾能力偏弱；精度受溫度影響較大，典型溫度系數(shù)為±3.5ppm/℃；高電磁干擾環(huán)境下穩(wěn)定性弱化。方案二：DS1302時(shí)鐘模塊為美國(guó)DALLAS公司推出的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，三線接口通信，工作電壓在2.0V至5.5V，可提供年月日等信息?？垢蓴_能力強(qiáng)，信號(hào)傳輸可靠性高，這是它優(yōu)勢(shì)的特征部分，采用獨(dú)特的三線通信接口是部分依據(jù)，且內(nèi)置涓流充電電路，備用電池可借助它充電，另外它具有31字節(jié)通用RAM，時(shí)鐘精度高，溫度系統(tǒng)典型值為±2ppm/℃，不足之處體現(xiàn)在，功耗高于PCF8563，待機(jī)電流約300nA，同時(shí)外圍電路稍復(fù)雜，32.768KHz晶振與電容需要外接，單片機(jī)I/O口數(shù)量占用較多。系統(tǒng)需求與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的綜合考慮下，DS1302時(shí)鐘模塊在教室中電磁干擾強(qiáng)的特性下保持穩(wěn)定，高精度計(jì)時(shí)也適合精確控制燈光，STC89C52的I/O資源較多，滿(mǎn)足DS1302接口需求，且相關(guān)教學(xué)資源和代碼便于開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。2.3.3顯示模塊的選型方案一：LCD1602顯示模塊是一種字符型液晶顯示器，可同時(shí)顯示16×2個(gè)字符，它采用HD44780控制器或兼容芯片，工作電壓為5V，與單片機(jī)通信通過(guò)4位或8位并行接口完成。成本低廉特征明顯，單個(gè)模塊價(jià)格約在10元；編程控制簡(jiǎn)單方便，標(biāo)準(zhǔn)化命令使顯示管理不需進(jìn)行任何其他處理，顯示效果通常穩(wěn)定，對(duì)比度支持調(diào)節(jié)，耗電量也較一般產(chǎn)品低，工作電流一般小于5mA，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作后抗干擾優(yōu)勢(shì)也相當(dāng)明顯。就缺陷部分，顯示內(nèi)容存在局限性，僅能顯示字符，不支持圖形處理，且背光亮度保持固定，完全不支持動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；對(duì)比度的調(diào)整需手動(dòng)完成；視角偏窄，側(cè)面可視性明顯較差。方案二：OLED顯示模塊采用有機(jī)發(fā)光二極管技術(shù)，常見(jiàn)分辨率為128×64像素，使用SSD1306或SH1106驅(qū)動(dòng)芯片，支持I2C，SPI等通信接口，工作電壓在3.3V至5V，自發(fā)光無(wú)需背光的顯示效果，對(duì)比度可達(dá)2000:1，視角寬至幾乎178°，響應(yīng)速度快且刷新率較高。它可顯示復(fù)雜內(nèi)容，例如圖形和漢字，且支持灰度顯示，價(jià)格是LCD1602的3至5倍，功耗在全亮顯示時(shí)電流可達(dá)20mA以上，壽命約30000小時(shí)，編程復(fù)雜度高需處理圖形數(shù)據(jù)，使用I2C通信時(shí)刷新速度受限，這些都使OLED存在明顯缺點(diǎn)。教室燈光控制系統(tǒng)的實(shí)際需求，使LCD1602顯示模塊作為選擇，系統(tǒng)主要顯示的為時(shí)間，模式，光照強(qiáng)度等簡(jiǎn)單字符信息，復(fù)雜圖形顯示無(wú)需存在，LCD1602顯示能力可完全滿(mǎn)足。穩(wěn)定可靠的特性LCD1602就確保系統(tǒng)無(wú)故障長(zhǎng)期運(yùn)行，低功耗特性也與系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)理念符合，成本優(yōu)勢(shì)使整個(gè)系統(tǒng)造價(jià)在合理范圍內(nèi)控制，推廣應(yīng)用更利于進(jìn)行。理工大學(xué)輕工學(xué)院第3章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)第3章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1STC12C5A60S2單片機(jī)STC89C52單片機(jī)在系統(tǒng)中屬于控制部件的核心，數(shù)據(jù)處理，邏輯判斷與執(zhí)行控制都離不開(kāi)它，STC89C52是增強(qiáng)型8051架構(gòu)，內(nèi)部的Flash程序存儲(chǔ)器為8KB，RAM為512字節(jié)，I/O口線達(dá)到32個(gè)且可編程，端口分為4個(gè)并行8位（P0-P3），系統(tǒng)里的P0端口連接LCD1602數(shù)據(jù)線；P1端口與ADC0832和部分LED控制線連接；人體感應(yīng)模塊與LED控制線和P2端口連接；按鍵輸入與通信和P3端口相關(guān)。單片機(jī)晶振電路使用11.0592MHz石英晶體，與22pF陶瓷電容配合形成時(shí)鐘源，11.0592MHz頻率使串行通信波特率誤差減少，可靠性提高。復(fù)位電路采用RC組合形式，借助10μF電解電容和10K電阻完成上電自動(dòng)復(fù)位，系統(tǒng)啟動(dòng)的可靠性提高，VCC電源引腳附近增加0.1μF去耦電容，對(duì)電源噪聲進(jìn)行濾除，抗干擾能力也提高。系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中的Timer0進(jìn)行配置，Timer0在模式1下為16位定時(shí)器，周期為10ms，用于系統(tǒng)基本時(shí)序控制，系統(tǒng)啟用中斷后，Timer0中斷服務(wù)程序產(chǎn)生200ms標(biāo)志位，光照檢測(cè)與鍵盤(pán)掃描等周期性任務(wù)都與它相關(guān)。單片機(jī)I/O口分配規(guī)劃具體為：P1.0~P1.2與ADC0832相連后構(gòu)成光照檢測(cè)接口；DS1302連接在P1.3~P1.5實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘通信功能；4組LED輸出和4個(gè)人體感應(yīng)模塊輸入分別連接P1.6，P1.7，P2.0~P2.3，P3.0，P3.1；P3.2~P3.7與6個(gè)功能按鍵相連；P0端口連接LCD1602數(shù)據(jù)線，信號(hào)類(lèi)型與干擾影響在I/O口分配中進(jìn)行考慮，數(shù)字量與模擬量信號(hào)分離處理，降低相互干擾。STC89C52單片機(jī)的選用與系統(tǒng)資源需求存在緊密的邏輯相關(guān)性，系統(tǒng)在具體功能中包含4路輸出控制，4路人體感應(yīng)信號(hào)處理，6路按鍵輸入，3線時(shí)鐘通信，3線ADC通信以及LCD顯示接口的連接要求，這些任務(wù)對(duì)I/O口線的使用需求達(dá)到具體數(shù)，STC89C52單片機(jī)的32個(gè)I/O口線能夠充分滿(mǎn)足連接要求，同時(shí)保留功能擴(kuò)展的余地，控制算法與驅(qū)動(dòng)程序共需存儲(chǔ)空間為8KB的級(jí)別，這完全能夠容納在程序存儲(chǔ)空間中，512字節(jié)RAM也滿(mǎn)足系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求。圖3.1單片機(jī)模塊3.2DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊在系統(tǒng)中提供精確的時(shí)間基準(zhǔn)，是時(shí)間模式控制中至為關(guān)鍵的組件，它使用三線接口與單片機(jī)通信，包含CE(ChipEnable)使能信號(hào)，SCLK(SerialClock)時(shí)鐘信號(hào)和I/O(DataInput/Output)雙向數(shù)據(jù)信號(hào)，設(shè)計(jì)時(shí)，CE與P1.3連接，SCLK與P1.4連接，I/O與P1.5連接，通信通道的形成顯示了系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)穩(wěn)定的偏重。電路設(shè)計(jì)中DS1302使用了32.768KHz的低頻晶體，該頻率下每秒正好輸出215個(gè)脈沖，通過(guò)分頻電路處理后可生成1秒基準(zhǔn)時(shí)間，晶體兩端各連接一個(gè)22pF陶瓷電容，形成振蕩回路。為保證時(shí)鐘在斷電后運(yùn)行不中止，電路設(shè)計(jì)中配置了3V紐扣電池作為備用電源，主電源和備用電源通過(guò)二極管實(shí)現(xiàn)隔離與自動(dòng)切換，主電源輸入至DS1302的VCC1引腳，備用電池連接至VCC2引腳，當(dāng)主電源斷開(kāi)后，自動(dòng)切換至備用電源繼續(xù)運(yùn)行。DS1302內(nèi)部包含涓流充電電路，備用電池的慢速充電可借助它完成，一個(gè)4.7K電阻添加在電路中，安全范圍內(nèi)它限制了充電電流。長(zhǎng)時(shí)間不使用時(shí)也考慮到電池管理，電池隔離開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)在電路中，系統(tǒng)長(zhǎng)期閑置時(shí)電池電源斷開(kāi)，電池壽命延長(zhǎng)，三條信號(hào)線各增加一個(gè)4.7K上拉電阻，信號(hào)跳變能力變強(qiáng)，通信可靠性提高。DS1302的寄存器通過(guò)BCD碼存儲(chǔ)時(shí)間信息，映射結(jié)構(gòu)包含秒，分，時(shí)，日，月，星期和年等時(shí)間相關(guān)寄存器，同時(shí)包括31字節(jié)的RAM，軟件編程在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間寄存器的讀取與設(shè)置，晶體精度對(duì)DS1302的時(shí)鐘誤差存在主要性，采用的晶體溫度系數(shù)為±5ppm，這使時(shí)鐘在正常溫度下保持日誤差小于0.5秒的精度，教室照明控制對(duì)時(shí)間精度要求也得到了滿(mǎn)足。圖3.2DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊3.3LCD1602顯示模塊LCD1602顯示模塊在系統(tǒng)中完成工作狀態(tài)，時(shí)間信息和光照強(qiáng)度的顯示任務(wù)，是人機(jī)交互的主要界面，它基于HD44780控制器，具有16列×2行的顯示能力，支持5×8點(diǎn)陣字符形式的ASCII字符與自定義字符顯示。系統(tǒng)采用4位數(shù)據(jù)模式與單片機(jī)連接，降低I/O口占用量，數(shù)據(jù)線DB4至DB7分別連接至單片機(jī)P0.4至P0.7，控制線RS，RW和E連接至P0.0至P0.2，接口結(jié)構(gòu)完成相關(guān)控制連接。在電路設(shè)計(jì)中，LCD1602的VDD連接5V電源，VSS接至地，VO引腳通過(guò)一個(gè)10K電位器進(jìn)行連接，用于顯示對(duì)比度的調(diào)節(jié)，LCD背光直接由5V驅(qū)動(dòng)，同時(shí)使用一個(gè)2K限流電阻對(duì)背光亮度進(jìn)行控制，為確保LCD初始化不失敗，增加復(fù)位延時(shí)網(wǎng)絡(luò)，使上電后有足夠時(shí)間完成內(nèi)部初始化。內(nèi)容布局經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)：第一行顯示當(dāng)前日期時(shí)間，格式為"MM-DDHH:MM:SS"；第二行顯示光照強(qiáng)度和工作模式，格式為"Light:XXXLxM:XX"，系統(tǒng)在設(shè)置狀態(tài)時(shí)顯示光標(biāo)并定位至當(dāng)前設(shè)置位置，實(shí)現(xiàn)友好的用戶(hù)交互體驗(yàn)；系統(tǒng)不處于設(shè)置狀態(tài)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新顯示內(nèi)容。LCD1602驅(qū)動(dòng)程序包含基本指令集，清屏，光標(biāo)控制，顯示控制等功能都包含在內(nèi)，軟件設(shè)計(jì)采用分層結(jié)構(gòu)形式，底層完成指令發(fā)送功能，中層對(duì)字符顯示與光標(biāo)控制進(jìn)行封裝，頂層實(shí)現(xiàn)屏幕內(nèi)容布局并處理更新邏輯，變化觸發(fā)機(jī)制在顯示刷新策略中使用，僅更新內(nèi)容變化的區(qū)域，刷新頻率減少后系統(tǒng)負(fù)擔(dān)也相應(yīng)降低。圖3.3LCD1602顯示模塊3.4光照檢測(cè)模塊自動(dòng)模式中光照檢測(cè)模塊作為傳感部分的核心，檢測(cè)任務(wù)是教室環(huán)境光強(qiáng)，系統(tǒng)使用光敏電阻做傳感元件，通過(guò)ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)，光敏電阻特性是光強(qiáng)增加時(shí)電阻值降低，固定電阻與它形成分壓網(wǎng)絡(luò)，電壓信號(hào)隨光照變化產(chǎn)生。電路設(shè)計(jì)中包含典型的分壓結(jié)構(gòu)，光敏電阻一端與VCC連接，另一端接10K固定電阻后接地，分壓點(diǎn)連接至ADC0832的CH0通道輸出信號(hào)，光照增強(qiáng)時(shí)，光敏電阻阻值減少，分壓點(diǎn)電壓升高；光照減弱時(shí)，分壓點(diǎn)電壓降低。這種簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)不僅具有良好的穩(wěn)定性，也保留了足夠的靈敏度，分壓點(diǎn)增加0.1μF去耦電容后，高頻噪聲可濾除，信號(hào)質(zhì)量也提高。ADC0832為8位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，分辨率為8位，包含2個(gè)模擬輸入通道，與單片機(jī)通信使用三線串行接口，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，CS，CLK和DI/DO(雙向數(shù)據(jù)線)分接P1.0，P1.1與P1.2。它最高工作頻率可達(dá)500KHz，設(shè)計(jì)中采用約50KHz的較低頻率，穩(wěn)定性在轉(zhuǎn)換時(shí)提高，每次轉(zhuǎn)換耗時(shí)約20μs，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求完全達(dá)到滿(mǎn)足。軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了adc0832()函數(shù)，該函數(shù)完成單次采樣轉(zhuǎn)換過(guò)程，它包含通道選擇，轉(zhuǎn)換開(kāi)始與數(shù)據(jù)讀取等步驟，通過(guò)對(duì)比前8位和后8位的轉(zhuǎn)換結(jié)果驗(yàn)證有效性。每200ms系統(tǒng)進(jìn)行一次光照強(qiáng)度采樣，將8位數(shù)字量轉(zhuǎn)換為實(shí)際光照值，并顯示在LCD上，光照強(qiáng)度通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式Lux=500-ADC值×1.96計(jì)算，測(cè)試顯示在常見(jiàn)室內(nèi)光照范圍(50~500lux)內(nèi)，公式具有良好的線性特征。系統(tǒng)包含可調(diào)光照閾值(baojing)，初值設(shè)為200lux，用戶(hù)在設(shè)置模式中借助按鍵調(diào)整閾值，適應(yīng)不同教室環(huán)境，檢測(cè)到光照強(qiáng)度低于閾值且存在在場(chǎng)時(shí)，相應(yīng)區(qū)域照明自動(dòng)開(kāi)啟，完成智能控制。圖3.4光照檢測(cè)模塊3.5HC-SR501人體感應(yīng)模塊HC-SR501人體感應(yīng)模塊采用熱釋電紅外技術(shù)，可檢測(cè)人體活動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)按需照明系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，系統(tǒng)中使用了4個(gè)HC-SR501模塊分別監(jiān)測(cè)教室不同區(qū)域的人員情況，每個(gè)傳感器控制對(duì)應(yīng)區(qū)域的燈組，HC-SR501包含BISS0001芯片，自動(dòng)觸發(fā)，延時(shí)關(guān)閉和靈敏度可調(diào)是它特性，輸出信號(hào)為數(shù)字量，檢測(cè)到人體活動(dòng)為高電平，無(wú)人時(shí)為低電平。電路設(shè)計(jì)包含4個(gè)HC-SR501模塊，分別連接單片機(jī)的P2.0至P2.3端口，形成獨(dú)立的4路檢測(cè)通道，每個(gè)模塊的VCC接5V電源，GND接地，OUTPUT與單片機(jī)I/O口連接。信號(hào)線增加4.7K上拉電阻后，信號(hào)質(zhì)量提高，抗干擾能力也強(qiáng)化，HC-SR501對(duì)供電要求嚴(yán)格，電源濾波電容在系統(tǒng)中確保模塊工作電壓保持穩(wěn)定，減少誤觸發(fā)現(xiàn)象的生成。HC-SR501模塊內(nèi)部集成Fresnel透鏡，形成多區(qū)域探測(cè)視場(chǎng)，水平視角約110°，垂直視角約70°，探測(cè)距離3~7米，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)系統(tǒng)安裝位置，4個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)教室空間的覆蓋，達(dá)到無(wú)死角。模塊背面設(shè)有兩個(gè)電位器，分別對(duì)靈敏度和延時(shí)時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，靈敏度調(diào)節(jié)為中等水平，避免氣流或小動(dòng)物導(dǎo)致誤觸發(fā)；延時(shí)時(shí)間調(diào)節(jié)為最短(約5秒)，系統(tǒng)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)更靈活的延時(shí)控制。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包含定期檢測(cè)4路人體感應(yīng)信號(hào)，依據(jù)光照強(qiáng)度或時(shí)間條件對(duì)各區(qū)域照明狀態(tài)進(jìn)行控制，為減少視覺(jué)不適，設(shè)計(jì)中增加信號(hào)濾波處理：連續(xù)3次檢測(cè)到人體存在信號(hào)才點(diǎn)亮燈光，連續(xù)5次無(wú)人信號(hào)才關(guān)閉燈光，頻繁開(kāi)關(guān)燈光因瞬時(shí)變化造成閃爍的缺陷，借助這種策略有效降低，用戶(hù)使用體感質(zhì)量提升。模塊工作特性測(cè)試顯示，HC-SR501對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)的人體檢測(cè)能力較弱，主要響應(yīng)運(yùn)動(dòng)變化，針對(duì)這種現(xiàn)象，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)延時(shí)機(jī)制：檢測(cè)到人體活動(dòng)后，燈光保持開(kāi)啟一段時(shí)間（默認(rèn)60秒），期間如再次檢測(cè)到活動(dòng)則重新計(jì)時(shí)，這種處理適應(yīng)教室中學(xué)生相對(duì)靜坐的場(chǎng)景，避免因微小動(dòng)作檢測(cè)不到而錯(cuò)誤關(guān)燈。信號(hào)處理算法包含溫度變化，氣流擾動(dòng)和背景熱源影響等干擾因素，輸入信號(hào)加權(quán)濾波后，環(huán)境干擾的抑制提升了檢測(cè)準(zhǔn)確性。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示優(yōu)化后的系統(tǒng)誤檢率低于5%，漏檢率低于3%，滿(mǎn)足教室照明控制的可靠性要求，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試結(jié)果為從檢測(cè)到人員活動(dòng)到燈光點(diǎn)亮的延遲小于0.5秒，用戶(hù)體驗(yàn)保持在良好的級(jí)別。圖3.5HC-SR501人體感應(yīng)模塊3.6按鍵模塊按鍵模塊構(gòu)成系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，六個(gè)按鍵完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和模式切換功能，這些按鍵連接在單片機(jī)P3.2至P3.7端口，常開(kāi)按鍵與上拉電阻構(gòu)成基本輸入電路。按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)I/O口呈現(xiàn)低電平；松開(kāi)后，上拉電阻令I(lǐng)/O口恢復(fù)高電平，獨(dú)立按鍵方案設(shè)計(jì)中，每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)I/O口，避免采用按鍵矩陣掃描，不僅提升了按鍵的響應(yīng)速度，也降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性。為提高按鍵電路抗干擾能力，每個(gè)按鍵信號(hào)線增加一個(gè)0.1μF去耦電容，按鍵彈跳與外部干擾可有效抑制，電路中1K上拉電阻既限制短路電流，也確保信號(hào)電平的穩(wěn)定性。按鍵觸點(diǎn)選用鍍金材料，接觸可靠性提高，使用壽命延長(zhǎng)，按鍵安裝在系統(tǒng)前面板，用戶(hù)操作便于進(jìn)行，按鍵間距合理設(shè)計(jì)，誤觸現(xiàn)象可避免。按鍵功能的分配經(jīng)過(guò)人機(jī)工程學(xué)的考量，具體設(shè)置依據(jù)操作模式的切換存在功能的分段性特征，在常規(guī)使用模式下，KEY1~KEY4無(wú)功能，進(jìn)入設(shè)置模式后分別實(shí)現(xiàn)左移，加值，減值和右移功能；KEY5用做確認(rèn)鍵，可以進(jìn)入設(shè)置模式且進(jìn)行退出操作；KEY6為模式切換鍵，在自動(dòng)模式，時(shí)間模式和手動(dòng)模式這循環(huán)切換，手動(dòng)模式中，KEY1~KEY4用于控制四路燈光的開(kāi)關(guān)，按鍵設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了功能重用特征，用戶(hù)操作形式完成簡(jiǎn)化。軟件設(shè)計(jì)包含完善的按鍵處理策略，KeyAction()函數(shù)輪詢(xún)按鍵狀態(tài)，采用三段式識(shí)別方式：初次檢測(cè)到按鍵按下時(shí)，延時(shí)10ms處理按鍵彈跳，再次確認(rèn)按鍵狀態(tài)后，等待按鍵釋放。按鍵抖動(dòng)導(dǎo)致的誤觸發(fā)現(xiàn)象通過(guò)這種機(jī)制有效避免，操作可靠性也實(shí)現(xiàn)了有效提升，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前工作模式與設(shè)置狀態(tài)執(zhí)行按鍵事件的響應(yīng)函數(shù)，上下文相關(guān)的按鍵處理機(jī)制在系統(tǒng)中具體化。圖3.6按鍵模塊第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1Keil4軟件介紹Keil4是ARM公司推出的一款面向51系列單片機(jī)的專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)工具，本系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)完全基于Keil4C51完成，它集成了編輯器，編譯器，鏈接器和調(diào)試器，提供了完整的開(kāi)發(fā)流程支持。豐富的代碼模板與函數(shù)庫(kù)包含在開(kāi)發(fā)環(huán)境，開(kāi)發(fā)進(jìn)程可以加速，編譯器針對(duì)51架構(gòu)優(yōu)化，支持ANSIC標(biāo)準(zhǔn)，生成高效且緊湊的代碼。Keil4的μVisionIDE提供了圖形化界面，項(xiàng)目管理，代碼編輯和調(diào)試控制等功能都包含在內(nèi)，代碼編輯器包含語(yǔ)法高亮，代碼折疊與自動(dòng)完成等特性，編碼效率可借助這些現(xiàn)代編輯特性進(jìn)行增加，調(diào)試系統(tǒng)支持多種仿真器的連接，初步測(cè)試中使用了KeilC51內(nèi)置的軟件仿真器，后期程序燒錄至硬件后改使用STC-ISP下載器完成在線調(diào)試。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)使用C語(yǔ)言進(jìn)行，相比匯編語(yǔ)言的可讀性與維護(hù)性實(shí)現(xiàn)了更高的要求，代碼結(jié)構(gòu)分為主程序，驅(qū)動(dòng)部分和功能部分這三模塊，底層設(shè)備操作功能封裝在驅(qū)動(dòng)部分，包括LCD相關(guān)功能，DS1302控制，ADC模塊等；業(yè)務(wù)邏輯具體在功能部分完成，如時(shí)間管理，光照功能控制，人體檢測(cè)等；主程序?qū)崿F(xiàn)了系統(tǒng)的初始化并負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各模塊任務(wù)。程序設(shè)計(jì)中包含模塊化思想，各功能模塊通過(guò)接口相互調(diào)用，模塊間耦合度降低，關(guān)鍵參數(shù)采用宏定義聲明，后期調(diào)整時(shí)便于修改。系統(tǒng)狀態(tài)借助全局變量管理，包括工作模式標(biāo)志，光照閾值與時(shí)間參數(shù)等，中斷處理為輕量級(jí)設(shè)計(jì)，中斷服務(wù)程序僅設(shè)置標(biāo)志位，主循環(huán)中完成具體處理工作，避免了中斷嵌套的復(fù)雜性。4.2軟件流程圖介紹4.2.1主程序流程介紹系統(tǒng)初始化后，單片機(jī)I/O口，LCD，定時(shí)器和DS1302依次完成配置，歡迎界面顯示后進(jìn)入主循環(huán)，主循環(huán)采用輪詢(xún)方式處理任務(wù)，包含按鍵掃描，光照檢測(cè)，時(shí)間更新與燈光控制。自動(dòng)模式中，光照強(qiáng)度與閾值對(duì)比并結(jié)合人體感應(yīng)控制燈光；時(shí)間模式依據(jù)設(shè)定時(shí)間范圍內(nèi)的人體感應(yīng)控制燈光；手動(dòng)模式通過(guò)用戶(hù)按鍵控制燈光，每10ms執(zhí)行一次主循環(huán)，定時(shí)器中斷產(chǎn)生的200ms標(biāo)志位控制光照檢測(cè)頻率，資源浪費(fèi)在頻繁采樣避免后實(shí)時(shí)響應(yīng)能力也同時(shí)保證。圖4.1主程序流程介紹4.2.2顯示檢測(cè)子程序介紹顯示子程序負(fù)責(zé)LCD信息的刷新操作，具體包括時(shí)間，模式和光照強(qiáng)度的更新，RefreshTimeShow()子程序從DS1302讀取當(dāng)前時(shí)間，之后進(jìn)行字符串格式化處理并輸出到LCD第一行。光照顯示部分將ADC采集到的光照數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為亮度值，在第二行顯示，模式標(biāo)識(shí)根據(jù)當(dāng)前模式標(biāo)志輸出ZD，SJ或SD等標(biāo)識(shí)到LCD。系統(tǒng)按需刷新，僅在數(shù)據(jù)變化時(shí)更新顯示，以避免不必要的操作，設(shè)置模式中，光標(biāo)位置控制通過(guò)RefreshSetShow()函數(shù)完成，定位到設(shè)置位置提供反饋，時(shí)間顯示以秒為單位刷新，每當(dāng)秒值更新就更新LCD；光照強(qiáng)度每200ms更新一次，保持顯示與數(shù)據(jù)采集的時(shí)序性。圖4.2顯示程序流程介紹4.2.3按鍵子程序介紹按鍵子程序KeyAction()完成按鍵檢測(cè)與處理任務(wù)，采用輪詢(xún)方式對(duì)六個(gè)按鍵狀態(tài)依次進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)到按鍵按下時(shí)，通過(guò)延時(shí)消抖處理確認(rèn)按鍵有效后，執(zhí)行對(duì)應(yīng)功能。系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)對(duì)按鍵功能的處理邏輯存在具體對(duì)應(yīng)：非設(shè)置狀態(tài)下，KEY6用于模式切換，KEY5進(jìn)入設(shè)置模式，KEY1~KEY4在手動(dòng)模式下控制燈光；設(shè)置狀態(tài)下，KEY1~KEY4調(diào)整參數(shù)，KEY5確認(rèn)設(shè)置并退出設(shè)置狀態(tài)，同時(shí)，按鍵子程序中包含增量/減量函數(shù)，調(diào)整BCD碼格式的時(shí)間值和十進(jìn)制格式的光照閾值，狀態(tài)切換邏輯基于有限狀態(tài)機(jī)思想，借助setIndex變量跟蹤當(dāng)前設(shè)置狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換清晰且界面更新邏輯一并處理完成。圖4.3按鍵程序流程介紹第5章系統(tǒng)的測(cè)試第5章系統(tǒng)的測(cè)試5.1軟硬件調(diào)試系統(tǒng)測(cè)試時(shí)分段與整體相結(jié)合，硬件部分的測(cè)試分為兩個(gè)階段：電路檢查和模塊測(cè)試。電路檢查使用萬(wàn)用表對(duì)電源電壓，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電平和連接正確性進(jìn)行驗(yàn)證，避免短路和開(kāi)路現(xiàn)象的出現(xiàn)，模塊測(cè)試分別檢測(cè)各功能模塊的正常性，DS1302時(shí)鐘模塊的計(jì)時(shí)準(zhǔn)確性，LCD1602顯示功能的正常，HC-SR501人體感應(yīng)模塊檢測(cè)靈敏度，光照檢測(cè)模塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的合理，按鍵響應(yīng)的正常等，都可進(jìn)行驗(yàn)證。軟件測(cè)試包含單元測(cè)試與集成測(cè)試，在單元測(cè)試階段，借助Keil仿真器對(duì)各功能函數(shù)進(jìn)行正確性驗(yàn)證，時(shí)間設(shè)置，光照轉(zhuǎn)換，按鍵響應(yīng)等核心算法為測(cè)試重點(diǎn)內(nèi)容。BCD碼轉(zhuǎn)換溢出問(wèn)題，光照值計(jì)算精度問(wèn)題，按鍵長(zhǎng)按處理問(wèn)題等潛在缺陷在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)并修復(fù)，在集成測(cè)試階段，把完整程序下載至單片機(jī)，系統(tǒng)各模塊協(xié)同工作的穩(wěn)定性為驗(yàn)證內(nèi)容。系統(tǒng)整體測(cè)試于模擬教室環(huán)境中完成，包含功能，穩(wěn)定性與性能的檢測(cè)，功能檢測(cè)對(duì)三種工作模式的切換與執(zhí)行進(jìn)行驗(yàn)證；穩(wěn)定性檢測(cè)通過(guò)連續(xù)72小時(shí)運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)長(zhǎng)期工作的可靠性進(jìn)行評(píng)估；性能檢測(cè)中系統(tǒng)響應(yīng)速度和控制精度為評(píng)估內(nèi)容，結(jié)果表明，檢測(cè)到控制的響應(yīng)時(shí)間小于1秒，滿(mǎn)足教室照明需求。測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理了幾個(gè)實(shí)際問(wèn)題：光敏電阻對(duì)環(huán)境溫度的敏感性導(dǎo)致閾值漂移，后使用軟件補(bǔ)償算法進(jìn)行調(diào)整；人體感應(yīng)模塊存在誤觸發(fā)現(xiàn)象，通過(guò)優(yōu)化安裝位置與增加軟件濾波進(jìn)行了應(yīng)對(duì)；LCD顯示對(duì)比度不足，借助調(diào)整VO端電位器完成解決，系統(tǒng)完成調(diào)試后，在實(shí)際教室環(huán)境中試運(yùn)行了兩周，對(duì)系統(tǒng)實(shí)用性與可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。5.2實(shí)物展示經(jīng)過(guò)大量測(cè)試和調(diào)試，系統(tǒng)的各項(xiàng)功能均運(yùn)行正常，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、控制響應(yīng)迅速，實(shí)物如圖5.1所示：圖5.1系統(tǒng)實(shí)物圖結(jié)論結(jié)論本文完成了一種教室智能燈光控制系統(tǒng)，基于STC89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，硬件模塊選用合理，控制算法也設(shè)計(jì)精心，構(gòu)建了性能可靠的節(jié)能照明系統(tǒng)，光照檢測(cè)，人體感應(yīng)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘與LCD顯示等功能模塊實(shí)現(xiàn)了時(shí)間模式，自動(dòng)模式和手動(dòng)模式三種運(yùn)行方式，滿(mǎn)足多樣化照明需求。設(shè)計(jì)中系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性考慮充分，多種抗干擾措施確保了長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，軟件部分采用模塊化與分層設(shè)計(jì)，代碼的可維護(hù)性與擴(kuò)展性都實(shí)現(xiàn)。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)檢測(cè)環(huán)境光照和人員狀態(tài)后可智能控制照明設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排目標(biāo)，傳統(tǒng)照明系統(tǒng)與本設(shè)計(jì)相比，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)按需照明，電能消耗減少約35%且教學(xué)環(huán)境舒適度增加。系統(tǒng)成本低，安裝簡(jiǎn)便，維護(hù)容易等特征具備，具備良好的推廣應(yīng)用價(jià)值，未來(lái)研究方向?yàn)樵黾訜o(wú)線通信功能實(shí)現(xiàn)中央控制與數(shù)據(jù)采集，開(kāi)發(fā)智能學(xué)習(xí)算法根據(jù)歷史使用數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)照明需求，整合溫濕度控制構(gòu)建全方位的教室環(huán)境管理系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]鐘竟瑜.燈光智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2022,12(8):3.[2]何龍,冉東陽(yáng),楊柳.宿舍燈光與預(yù)警智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作,2023,31(7):24-28.[3]崇哲文,程昊鑫.基于單片機(jī)的智能語(yǔ)音燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2023,13(7):148-151.[4]王聰,常新峰.基于51單片機(jī)的智能臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2022(006):012.[5]馬錦濤唐亮仵祎平.基于單片機(jī)的燈光節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù):學(xué)術(shù)版,2022,18(22):95-97.[6]孫雪景,魏立明.基于單片機(jī)的樓宇智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].日用電器,2023(1):104-108.[7]任艷梅.一種綜合智能燈光控制系統(tǒng).CN202221489921.5[2024-03-24].[8]黃偉.基于LINUX的嵌入式智能家居控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].北京工業(yè)大學(xué)[2024-03-24].[9]趙亞軍.基于CAN總線的智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].武漢科技大學(xué)[2024-03-24].DOI:10.7666/d.y2155443.[10]吳經(jīng)緯.家庭電源智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].山西大學(xué)[2024-03-24].[11]唐睿.基于STM8AF5288的智能汽車(chē)燈光控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京大學(xué),2013.[12]王云華.智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究[D].南京信息工程大學(xué)[2024-03-24].DOI:10.7666/d.y1891565.[13]朱立彬.基于GPRS智能家居遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].中北大學(xué),2013.DOI:10.7666/d.D332219.[14]薛顥凱.基于KNX/EIB協(xié)議的燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].合肥工業(yè)大學(xué),2014.DOI:10.7666/d.D573878.[15]石宜金.基于Android的智能家居控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].云南大學(xué),2015.[16]邱紅.家電智能控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[D].廈門(mén)大學(xué),2016.[17]肖令祿.基于ARM和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)[D].西安理工大學(xué),2015.DOI:10.7666/d.D01040453.[18]葉曉靜.基于Android的智能家居控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].重慶郵電大學(xué),2012.DOI:10.7666/d.Y2399707.[19]陳曉菲.基于ZigBee的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].東北大學(xué),2015.DOI:CNKI:CDMD:2.1018.014979.[20]韓雪松.智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)[2024-03-24].附錄附錄附錄原理圖：源程序：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar//無(wú)符號(hào)字符型宏定義 變量范圍0~25