基于凌陽單片機的多功能教室燈光控制系統

摘要:為實現對教室燈光的有效利用、掌握了解學生學習情況，設計了該控制系統，該系統以凌陽61單片機作為控制核心，利用紅外、光敏傳感器獲取教室人員及光照情況，利用喇叭，數碼管、液晶顯示屏等電路來報警、顯示時間、人數等信息。調試結果證明該系統具有很好的人機交互界面，能對教室燈光進行智能控制，對教室人數和進入教室的人次進行正確統計。且電路簡單，成本底。不僅實現了節約能源，了解學生等功能，而且可移植性好，可以應用到圖書館、會議室、辦公室等場所。具有很好的實際應用價值和廣泛的應用空間。

關鍵詞:多功能;凌陽單片機;紅外傳感器;光敏傳感器;人機交互

中圖分類號:TP338文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)25-7142-02

Multi-function Lighting Control System for Classroom Based on Sunplus MCU

FENG LING-jie1， LIU YING-bo2， JIANG DAI-ping3

(1.South China Univ. of Tech.， Guangzhou 510640，China; 2.Kunming Univ. of Sci. and Tech.， Kunming 650021， china; 3.BYD Automobile Co. Ltd， Shenzhen 518118， china)

Abstract: In order to achieve the effective use of classroom lighting， and master the situation of students learning，the system was designed，which is constituted of Sunplus 61as the core of control， use infrared and light sensors acquiring theillumination intensity and student’s number of the classroom and use speakers， digital tube and liquid crystal display to alarm and display time.the number of students in classroom and so on. Debug results show that the system has a very good man-machine interface and can achieve the intelligent control of the classroom lighting andthe correct statistics of the views into the classroom what’s more， the circuit is simple and inexpensive. Not only to achieve the function of energy conservation and understanding students， but also have a wide range of applications such as library， conference room， office and so on. So the system is full of highly value practical application and a wide range of applications in space.

Key words: multi-functionlight; control;sunplus singlechip; infrared sensors; light sensors

當前，隨著經濟的飛速發展，能源短缺問題日益突出，成為一個國家經濟發展的“瓶頸”。作為工業生產和人民生活不可或缺的電力能源更是如此。節約能源已經成為人們的一種共識，而作為培養社會精英的大學更應該起到一個榜樣的作用。但是，目前在校園內，教室燈火通明，但卻空無一人的現象時有發生，這不僅造成了嚴重的資源浪費，也對大學的形象造成了很壞的影響。本文所研究的教室燈光的控制系統就可以很好的實現節約能源的作用，同時，通過該系統還可以了解教室的使用情況、學生學習的情況。

1 系統硬件組成

整個系統由信息輸入、數據采集、邏輯控制和顯示輸出四個模塊組成。其中，信號采集模塊主要完成對當前教室光線的明暗以及教室中的人數等外接數據的獲取，以供以單片機為核心的控制部分進行邏輯判斷，最終單片機將運算結果輸出給數碼管、液晶顯示屏，同時對教室燈光進行控制。

1.1 信息輸入模塊

該部分主要由一個2*4的按鍵組成[1]，其主要用于完成作息時間、當前時間的設定以及一周、一月進入該教室的人數查詢。其各個鍵的功能如表1所示。

1.2 數據采集模塊

該部分由方波發生器模塊、紅外線傳感器收發射模塊和整波模塊組成。采用運算放大器LM324產生的頻率為1KHz的方波信號[2]，用來作為紅外發射管的驅動信號。在紅外接收端接受到該信號之后，利用整波模塊對其進行直流濾波，再用RC積分電路對濾波后的信號進行積分平波。因此，當沒有人通過紅外傳感器時，單片機接收到的為高電平信號，當有人通過時，單片機接受到的為低電平信號。單片機可以通過判斷接受到的信號的下跳沿來判斷是否有人通過[3]。

因為該系統要對教室中的人數進行統計，所以要對學生是進入教室還是走出教室進行判斷，為解決給問題，該系統設計了兩路紅外傳感器。這樣，當有人通過傳感器時，單片機就可以通過判斷兩個傳感器被遮擋的先后順序來確定此人是進入教室還是走出教室。

1.3 控制模塊

在該系統中，控制器主要用于接收兩個外部中斷信號，由此判斷是進教室還是出教室。同時，控制器自動統計每天進入教室的人數，響應內部中斷以實現報警、定時關燈、刷新數碼管和液晶顯示屏，通過鍵盤設置時間日期、查看相關信息。對于控制器的選擇有以下兩種方案。

方案一:CPLD(complex programmable logic device)

CPLD可以實現各種復雜的邏輯功能，規模大，密度高，穩定性好，且可以在線仿真、調試，易于功能擴展。但編程和外部電路復雜，設計調試難度較大，同時由于其集成度高，使得成本也偏高。

方案二:凌陽SPCE061A單片機

16位凌陽61單片機算術運算功能強，精度高，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現各種算法和邏輯控制，并且由于其體積小、功耗低、性價比高、技術成熟等優點，使其在各個領域得到了廣泛應用。

因此，在該設計中我們采用了凌陽單片機作為系統的控制器，其整個系統的硬件框圖如圖1所示。

1.4 顯示輸出模塊

為了實現較好的人機交互界面，在該系統中采用了數碼管、液晶顯示屏等多種顯示輸出設備，其中四位數碼管主要用來顯示時間，三維數碼管用來顯示當前該教室中人數，采用ROHS JHD636M1液晶顯示屏顯示用戶的設定作息時間及用戶所查詢的信息。

2 軟件設計

本設計中SPCE061A單片機做為控制的核心，負責整個系統的邏輯運算，因此軟件設計是系統能否穩定運行以及能否實現設計功能的關鍵。該系統中SPCE061A單片機主要完成接收外部數據——處理數據——顯示數據。所以軟件的重點是:如何接收外部數據，如何處理以及如何顯示這些數據。

因此，在該軟件實現中我們采用了模塊化的實際方案，整個軟件設計由初始化模塊、鍵盤接收模塊、中斷處理模塊、數據顯示模塊和定時報警模塊五個模塊組成，其整體流程圖如圖2所示。

初始模塊主要完成I/O口、定時/計數器、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的設定，如當前時間、作息時間等。同時也接受相關數據的查詢，如查詢一周之內進入該教室的總人數，一個月內進入該教室的總人數，最后一人離開教室的時間等，數據顯示模塊用于顯示當前的時間、當前教室的人數、作息時間以及用戶要查詢的相關數據。報警提示功能用于晚上熄燈前如果教室還有人，在熄燈前的一定時間內利用聲光提示將要關燈[4-5]。

在給系統的五個模塊中最主要的也是實現比較復雜的模塊就是中斷處理模塊。中斷處理模塊的流程圖如圖3所示。

3 調試和總結

在整個系統設計完成之后我們在調查研究的基礎上，對什么光線情況下應該開燈及系統在判斷學生進出教室上進行了設定驗證，同時我們也對系統的定時報警關燈系統以及目前教室人數、進入教室的人次均進行了調試，結果顯示該系統可以穩定運行且效果理想。

本系統主要是應用于教室的燈光控制，但是對于一些公共場合如會議室、辦公室等場所，只要在該系統的基礎上稍加改動，便可以很好的滿足其需要，因此該系統的可移植性好，應用前景廣闊。

參考文獻:

[1] 錢建海.單片機實現PS/2鍵盤的接口設計及模塊化編程[J].電腦知識與技術，2007(14):409-410.

[2] 周潮.常用電子元件及典型應用[M].北京:電子功用出版社，2005.

[3] 陳永甫.紅外輻器件有典型應用[M].北京:電子工業出版社，2004.

[4] 張培仁.張志堅 高修峰 十六位單片微處理器原理及應用(凌陽SPCE061A)[M].北京:清華大學出版社，2005.

[5] 羅亞非.凌陽16位單片機應用基礎[M].北京:北京航空航天大學出版社，2005.