基于AT89S51的自動化教室燈光控制系統的設計

蔡汪均 江志晃 張建華

（廣東培正學院，廣東 廣州 510830）

隨著科學技術的不斷發展，智慧照明不再是一個虛有的名詞。智慧照明適用于不同的人群和場合，可以給人提供一個舒適的、柔和的照明環境。智慧照明控制系統是個囊括節能、便捷、科技化于一體的智能系統，非常適用于學校教室的自動化控制。

一、系統設計的硬件部分

自動化教室燈光控制系統采用模塊化設計，主要有七大模塊組成，分別是主控、點陣顯示、數據采集、系統時鐘、人工控制、看門狗。整個系統的硬件電路設計如圖1 所示。下文主要介紹主控制模塊、顯示模塊、數據采集模塊和人工控制模塊。

圖1 系統控制硬件電路圖

教室燈光控制系統依靠感應教室內的光照參數，以最大程度上節約電能和確保充足的光照為前提，實現燈光的自動開和關，同時集成定時切換等功能。

（一）主控模塊

系統的主控模塊采用芯片為AT89S51的低功耗芯片，它具備8K的Flash 編程，正常的工作電壓范圍較廣，同時芯片有2 個可控定時器，芯片接口電路結構相對簡潔。主控模塊系統結構電路發圖2 所示。

圖2 主控模塊系統結構電路圖

教室燈光控制系統通過數據采集的參數變化而產生控制信號，從而對整個系統的其他硬件進行聯動，實現教室燈光的自動控制。在系統自動化控制過程中，主控模塊還能檢測人工控制的信號，一旦有人工信號控制系統將其優先級放至最高并實時響應優先處理操作。

（二）點陣字符顯示模塊

教室燈光控制系統它采用了點陣HD44780 液晶顯示,此顯示模塊內置了與MCU 通訊的接口，系統可調用接口參數適配主控制模塊參數進行實時處理。HD44780 顯示模塊優點比較突出，可實現4 位和8 位的數據傳輸，可顯示面積比同類模塊大，同時自帶控制器、驅動器和存儲器等關鍵的小模塊系統，與AT89S51 適配時可大大減輕適配難度，對于教室燈光控制系統的實現起著很大的作用。

（三）數據采集模塊

教室燈光控制系統采用了靈敏度高的光敏二極管作為采集器，設計采用穩定性強、靈敏度高的HP-208-N-L 模塊。它主要是采集來自教室內的光照強度參數的變化，同時把變化的參數傳遞給主控模塊，主控模塊接受到來自采集器的數據后判斷是否需要做出相應的處理，從而實現教室燈光控制系統的自我控制。采集器為全智能自動型，不接受人為控制，從而確保采集的參數均來自教室的光照環境。

（四）人工控制模塊

教室燈光控制系統設計采用多按鍵形式進行，按鍵觸發開關電平。人工控制模塊采用了與門電路判斷，用4 個二極管和10K 電阻整合而成。當觸發高電平時，控制模塊程序將記錄信號發生變化，把變化的信號轉換成二進制數值后傳遞至主控模塊，人工控制模塊系統的電路圖如圖3 所示。

圖3 人工控制模塊結構電路圖

系統采用的4 個電平檢測點，以確保誤按后系統能判斷是否傳遞參數。當正常按壓，與門電路電平重置為高電平，控制系統接受按壓信號，控制信號發生并傳送至主控模塊。系統中還存在供電模塊、時鐘模塊、驅動模塊、報警模塊、看門狗模塊等由于篇幅所限，不一一列舉。

二、系統設計的軟件部分

自動化教室燈光控制系統采用的AT89C51 主控制芯片，此芯片具備較為強大的可編程能力，預留的接口功能較為強大。系統可適配模塊化的小系統接入和調用，系統的軟件和硬件互相配合聯動，從而實現整個系統的正常穩定運行。以下列舉部分系統軟件核心模塊設計的主要代碼。

自動化教室燈光控制系統初始化設計為自動智能控制，在外來采集數據變化后系統將自動啟動控制程序控制燈光的強度。整個系統在初始化后，系統處于待機檢測狀態，按鍵控制模塊將被激活。

三、系統功能測試

完成了對整個教室燈光控制系統設計之后，接下來的主要工作便是基于對本設計所需的功能進行功能測試和檢驗，這樣做既能確保系統的正常運行，還能更快更及時的發現隱藏的漏洞，以便于我們對其分析和進行有針對性的修復和優化，從而讓系統的運行更加高效和穩定。系統測試將采用三種方法分別對系統的各個模塊進行數據測試，這三種測試方法分別是靜態測試法、動態測試法和黑盒測試法。具體的測試分析如表1 所示。

表1 系統功能測試表

對于在測試過程中發現的“時鐘控制器”問題，經過測試研究后發現此問題引起是因為備用的紐扣電池電壓不足引起，電壓不足引起了芯片的數據無法保存，從而引起時鐘控制器每次都從初始值開始計時。更換紐扣電池后，測試電壓正常，測試時鐘控制器也恢復正常，整個系統測試通過。

結語：本設計的自動化教室燈光控制系統它是采用性能穩定、價格便宜的AT89S51 芯片為主控模塊，通過軟件程序設計配合供電模塊、時鐘模塊、驅動模塊、報警模塊、看門狗模塊等小模塊系統同步聯動，主要解決學校教室燈光控制的難題，從而實現教室全自動化控制燈光。系統測試解決BUG 后，穩定性強，造價便宜。系統采用高內聚低耦合的設計理念，后期的維護成本低，硬件常見，是一個很好的自動化解決方案。此系統可進一步開發商用，配合現時物聯網控制模塊，適用面將會進一步提升。