基于单片机的节能控制系统设计分析

·32·电子测试1系统总体设计本系统的控制核心是MCS51单片机，可应用性较大。2例感光模块对区域不同地方的光照强度进行感知，当有充足的光照时禁止开灯，让缺乏充足的光照时允许开灯，从而对具有充足的光照而打开日光灯的现象进行有效的预防和避免。在区域前后安装的4例红外测量人数模块对区域内的实际人数进行动态统计。人数显示模块能够将区域内的实际人数直观地显示出来。日光灯驱动模块将区域内的日光灯分为8个控制区域，使不同地方的灯具随着区域内人数的增加而开通，随着区域内人数的减少而关断，从而对人少多开灯、无人也开灯的情况进行有效的预防和避免[1]。系统结果如图1所示。图1控制系统结构图各模块分布格局如图2所示。系统包含两种模式，即自动控制和手动控制。手动控制模式有利于在特殊情况下进行人性化控制。图2控制系统分布格局2系统软件设计通过红外测量人数模块，控制系统在工作后不断对前后方的红外传感器输出信号进行检测，从而对区域内的人数进行实时的统计。同时，对区域内的光照度进行检测，将模块的输出信号测量基于单片机的节能控制系统设计分析孙蔚（陕西工业职业技术学院信息工程学院712000）摘要：现阶段，我国各个场所普遍存在着严重电能资源浪费的现象，亟待运用先进的科学技术对现有的能源资源调配管理系统进行升级改造。本研究设计了基于MCS51单片机的节能控制系统，运用四路红外测量模块对受益人数进行动态统计，其组成成分为TSAL6200红外发光二极管和TSOP1838红外线接收器；运用两路感光模块对一定区域内的照度进行感知，其组成成分为光敏电阻。通过驱动电路，实现基于人数的区域灯具自动开关控制。在使区域照度得到切实保证的基础上，有效节约了电能，并促进灯具使用寿命的极大程度延长。关键词：单片机；节能控制系统；设计DesignoftheEnergy-savingControlSystembasedonMCUSunWei（CollegeofInformationEngineering，ShaanxiPolytechnicInstitute，712000）Abstract：Atpresent，eachplaceofourcountryexistsseriousenergyresourcewastephenomenon，theexistingenergyresourcesmanagementsystemshouldbeupgradedwiththeapplicationofadvancedscienceandtechnology.InthestudywedesignedaenergysavingcontrolsystembasedonMCS51microcontroller，itcandynamiclycountthenumberofbeneficiarywiththefourinfraredmeasurementmodule，thecompositionofitareTSAL6200infraredemittingdiodeandTSOP1838infraredreceiver；itcanalsoapperceivetheilluminationincertainareaswithtwophotosensitivemodule，thecompositionofitisphotosensitiveresistance.Throughthedrivecircuit，itrealizesautomaticswitchcontrolofregionallampbasedonthenumber.Itguaranteesilluminationofaareaeffectively，andhelpssaveenergy，prolongtheservicelifeoflampsandlanternsgreatly.Keywords：MCU；controlsystem；designᓴ䙶3෎Ѣऩ⠛ᴎⱘ㡖㛑᥻ࠊ㋏㒳䆒䅵ߚᵤᄭ㫮䰩㽓ᎹϮ㘠Ϯᡔᴃᄺ䰶ֵᙃᎹ⿟ᄺ䰶ᨬ㽕˖⦄䰊↉ˈ៥೑৘Ͼഎ᠔᱂䘡ᄬ೼ⴔϹ䞡⬉㛑䌘⑤⌾䌍ⱘ⦄䈵ˈѳᕙ䖤⫼ܜ䖯ⱘ⾥ᄺᡔᴃᇍ⦄᳝ⱘ㛑⑤䌘⑤䇗䜡ㅵ⧚㋏㒳䖯㸠छ㑻ᬍ䗴DŽᴀⷨお䆒䅵њ෎Ѣ0&6ऩ⠛ᴎⱘ㡖㛑᥻ࠊ㋏㒳ˈ䖤⫼ಯ䏃㑶໪⌟䞣῵ഫᇍফⲞҎ᭄䖯㸠ࡼᗕ㒳䅵ˈ݊㒘៤៤ߚЎ76$/㑶໪থܝѠᵕㅵ੠7623㑶໪㒓᥹ᬊ఼˗䖤⫼ϸ䏃ᛳܝ῵ഫᇍϔᅮऎඳݙⱘ✻ᑺ䖯㸠ᛳⶹˈ݊㒘៤៤ߚЎܝᬣ⬉䰏DŽ䗮䖛偅ࡼ⬉䏃ˈᅲ⦄෎ѢҎ᭄ⱘऎඳ♃݋㞾ࡼᓔ݇᥻ࠊDŽ೼Փऎඳ✻ᑺᕫࠄߛᅲֱ䆕ⱘ෎⸔Ϟˈ᳝ᬜ㡖㑺њ⬉㛑ˈᑊ֗䖯♃݋Փ⫼ᇓੑⱘᵕ໻⿟ᑺᓊ䭓DŽ݇䬂䆡˖ऩ⠛ᴎ˗㡖㛑᥻ࠊ㋏㒳˗䆒䅵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㋏㒳ᘏԧ䆒䅵ᴀ㋏㒳ⱘ᥻ࠊḌᖗᰃ0&6ऩ⠛ᴎˈৃᑨ⫼ᗻ䕗໻DŽ՟ᛳܝ῵ഫᇍऎඳϡৠഄᮍⱘܝ✻ᔎᑺ䖯㸠ᛳⶹˈᔧ᳝ܙ䎇ⱘܝ✻ᯊ⽕ℶᓔ♃ˈ䅽㔎Уܙ䎇ⱘܝ✻ᯊܕ䆌ᓔ♃ˈҢ㗠ᇍ݋᳝ܙ䎇ⱘܝ✻㗠ᠧᓔ᮹ܝ♃ⱘ⦄䈵䖯㸠᳝ᬜⱘ乘䰆੠䙓ܡDŽ೼ऎඳࠡৢᅝ㺙ⱘ՟㑶໪⌟䞣Ҏ᭄῵ഫᇍऎඳݙⱘᅲ䰙Ҏ᭄䖯㸠ࡼᗕ㒳䅵DŽҎ᭄ᰒ⼎῵ഫ㛑໳ᇚऎඳݙⱘᅲ䰙Ҏ᭄Ⳉ㾖ഄᰒ⼎ߎᴹDŽ᮹ܝ♃偅ࡼ῵ഫᇚऎඳݙⱘ᮹ܝ♃ߚЎϾ᥻ࠊऎඳˈՓϡৠഄᮍⱘ♃݋䱣ⴔऎඳݙҎ᭄ⱘ๲ࡴ㗠ᓔ䗮ˈ䱣ⴔऎඳݙҎ᭄ⱘޣᇥ㗠݇ᮁˈҢ㗠ᇍҎᇥ໮ᓔ♃ǃ᮴Ҏгᓔ♃ⱘᚙމ䖯㸠᳝ᬜⱘ乘䰆੠䙓ܡ@DŽ㋏㒳㒧ᵰབ೒᠔⼎DŽ೒᥻ࠊ㋏㒳㒧ᵘ೒৘῵ഫߚᏗḐሔབ೒᠔⼎DŽ㋏㒳ࣙ৿ϸ⾡῵ᓣˈे㞾ࡼ᥻ࠊ੠᠟ࡼ᥻ࠊDŽ᠟ࡼ᥻ࠊ῵ᓣ᳝߽Ѣ೼⡍⅞ᚙމϟ䖯㸠Ҏᗻ࣪᥻ࠊDŽ⬉⑤䕀ᤶऩ⠛ᴎҎ᭄ᰒ⼎῵ഫ᮹ܝ♃偅ࡼ῵ഫऎඳᛳܝ῵ഫ˄2䏃˅㑶໪⌟䞣Ҏ᭄῵ഫ˄4䏃˅೒᥻ࠊ㋏㒳ߚᏗḐሔ㋏㒳䕃ӊ䆒䅵䗮䖛㑶໪⌟䞣Ҏ᭄῵ഫˈ᥻ࠊ㋏㒳೼Ꮉ԰ৢϡᮁᇍࠡৢᮍⱘ㑶໪Ӵᛳ఼䕧ߎֵো䖯㸠Ẕ⌟ˈҢ㗠ᇍऎඳݙⱘҎ᭄䖯㸠ᅲᯊⱘ㒳䅵DŽৠᯊˈᇍऎඳݙⱘܝ✻ᑺ䖯㸠Ẕ⌟ˈᇚ῵ഫⱘ䕧ߎֵো⌟䞣ߎᴹˈऎඳݙ݋᳝ܙ䎇ⱘܝ✻᮴䳔ᓔ♃ⱘᴵӊᰃ3ᓩ㛮ᰃ催⬉ᑇ˗ऎඳݙܝ✻⃴Շˈձ᥂ऎඳݙⱘᅲ䰙Ҏ᭄ᇍⳌᑨऎඳⱘ᮹ܝ♃䖯㸠ᓔਃ៪݇䯁ⱘᴵӊᰃ3ᓩ㛮ᰃԢ⬉ᑇ@DŽ↨བˈৃҹᇚϔℒ䕃ӊ䆒㕂ߎᴹˈՓऎඳݙҎ᭄೼aҎП䯈ᯊাᇚऎඳЁⱘ᮹ܝ♃ᓔਃ˗ᔧऎඳݙҎ᭄೼aҎᯊᇚऎඳЁⱘ᮹ܝ♃ᓔਃˈձ᥂䆹⾡ᮍ⊩ᇍ৘ऎඳЁⱘ᮹ܝ♃䖯㸠ձ⃵ⱘᓔਃDŽ㗠ᔧऎඳݙⱘҎ᭄೼ҎϔϟᯊˈᇚऎඳЁⱘ᮹ܝ♃݇䯁˗ᔧऎඳݙⱘҎ᭄೼ҎϔϟᯊˈᇚऎඳЁⱘ᮹ܝ♃݇䯁ˈձ᥂䆹⾡ᮍ⊩ᇍऎඳЁⱘ᮹ܝ♃䖯㸠ձ⃵ⱘ݇䯁DŽᔧऎඳݙ᳔ৢҎ⾏ᓔᯊˈऎඳЁⱘ᮹ܝ♃೼Vৢ݇䯁DŽ㋏ӊ೒㋏㒳⬉⑤䕀ᤶ῵ഫऎඳܝ✻ᑺᛳᑨ῵ഫ䆒䅵ᴀ㋏㒳ߚ߿೼ऎඳⱘϸջᅝ㕂ˈ䖤⫼ⱘᰃϸ䏃ᛳܝӴᛳ⬉䏃ˈᇍϡৠഄᮍⱘܝ✻ᑺ䖯㸠ᛳ⌟DŽܝᬣ⬉䰏ⱘㅵ㛮䯈ⱘ⬉䰏ᆚߛ㘨㋏ⴔ✻ᇘࠄ఼ӊ㸼䴶ⱘܝᔎˈ԰Ўϔ⾡ܝ⬉Ӵᛳ఼ᵕЎᐌ㾕ˈ݊䰏ؐ䱣ⴔܝᔎⱘ๲໻㗠ޣᇣˈ䱣ⴔܝᔎⱘޣᇣ㗠๲໻@DŽ⬉䏃䗮䖛ᇚϔϾ↨䕗఼⏏ࡴ೼ܝᬣ⬉䰏Ϟˈᵘ៤ϔϾㅔऩՓ⫼ⱘܝ᥻ᓔ݇ˈ㋏㒳೼↨䕗఼䕧ߎԢ⬉ᑇᰃܕ䆌ᓔ♃DŽ↨䕗఼ⱘ䕧ߎ䖲᥹ࠄऩ⠛ᴎⱘ3ষⱘ䗨ᕘᰃ/6ˈҢ㗠ᇍϸϾԡ㕂ⱘ݊ЁϔϾԡ㕂䖯㸠Ẕ⌟ˈབᵰ㔎Уܙ䎇ⱘܝ㒓ˈ߭ܕ䆌ᓔ♃DŽܝᬣ⬉䰏ᛳܝ⬉䏃བ೒᠔⼎DŽࠡ䮼㑶໪⌟䞣Ҏ᭄1Ҏ᭄ᰒ⼎῵ഫ2ᛳܝ⬉䏃13᮹ܝ♃偅ࡼ῵ഫ4᮹ܝ♃偅ࡼ῵ഫ5ᛳܝ⬉䏃267ৢ䮼㑶໪⌟䞣Ҏ᭄8Ҏ᭄ᰒ⼎῵ഫ课题项目编号：hk12-018.·33·电子测试ELECTRONICTEST电子科技第8期2013年4月出来，区域内具有充足的光照无需开灯的条件是P3.2引脚是高电平；区域内光照欠佳，依据区域内的实际人数对相应区域的日光灯进行开启或关闭的条件是P3.2引脚是低电平[9]。比如，可以将一款软件设置出来，使区域内人数在1～10人之间时只将区域1中的日光灯开启；当区域内人数在11～20人时将区域2中的日光灯开启，依据该种方法对各区域中的日光灯进行依次的开启。而当区域内的人数在70人一下时，将区域8中的日光灯关闭；当区域内的人数在60人一下时，将区域7中的日光灯关闭，依据该种方法对区域中的日光灯进行依次的关闭。当区域内最后1人离开时，区域1中的日光灯在3s后关闭。3系统硬件设计3.1系统电源转换模块如果区域的电压为220V，那么供电电路运用15V变压器TRI降压处理，然后通过全波整流桥BRI将直流电计算出来，并通过三端稳压器件7812将+12V直流电压计算出来，提供给电磁继电器使用（A点）。通过三端稳压器件7805将+5V直流电源计算出来提供给单片机系统使用（B点）[2]。电源转换电路如图3所示。图3系统电源转换模块3.2区域光照度感应模块设计本系统分别在区域的两侧安置，运用的是两路感光传感电路，对不同地方的光照度进行感测。光敏电阻的管脚间的电阻密切联系着照射到器件表面的光强，作为一种光电传感器极为常见，其阻值随着光强的增大而减小，随着光强的减小而增大[3]。电路通过将一个比较器添加在光敏电阻上，构成一个简单使用的光控开关，系统在比较器输出低电平是允许开灯。比较器的输出连接到单片机的P3.2口的途径是71LS08，从而对两个位置的其中一个位置进行检测，如果缺乏充足的光线，则允许开灯。光敏电阻感光电路如图4所示。图4光敏电阻光电路3.3红外线测量人数模块在TSAL6200红外发射二极管和TSOP1838红外接收器的基础上对红外测量人数模块进行设计。红外发射电路作为振荡器产生脉冲信号的途径是NE555，对红外发光二极管TSAL6200进行驱动的途径是