基于STC12C4052AD單片機的教室燈光控制系統設計

摘要：為了有效利用教室燈光、節(jié)約能源，設計了以STC12C4052AD單片機作為控制核心的教室燈光控制系統，能根據學校作息時間、光照情況自動調節(jié)教室燈光的打開或關閉。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，且電路簡單，成本低，節(jié)約能源，可移植性好。也可應用于圖書館、會議室、辦公室、辦公等場所，具有很好的實際應用價值和廣泛的應用空間。
關鍵詞：STCl2C4052AD；燈光控制；光敏傳感器；節(jié)約能源

O 引言
    當前，隨著經濟的飛速發(fā)展，能源短缺問題日益突出，成為一個國家經濟發(fā)展的“瓶頸”。作為工業(yè)生產和人民生活不可或缺的電力能源更是如此。尤其現今越來越提倡低碳生活，節(jié)約能源已經成為一種全球共識，而作為培養(yǎng)社會精英的高校更應該起到榜樣的作用。但是目前在校園內，教室燈火通明，卻空無一人的現象屢見不鮮，這不僅造成了嚴重的資源浪費，也對高校的形象造成了很壞的影響。本文所研究的教室燈光控制系統就可以很好地實現節(jié)約能源的作用。

1 系統硬件組成
    整個系統由中央控制電路、2×4按鍵電路、光敏傳感電路、繼電器驅動電路、時鐘電路、液晶顯示電路六個模塊組成。其中，光敏傳感電路模塊主要完成對教室當前光線明暗程度的判定，時鐘電路主要實現時基功能，兩者分別提供光照和定時數據供以單片機為核心的中央控制模塊進行邏輯判斷，單片機最終將運算結果輸出到液晶顯示屏，同時對教室燈光進行控制。整個系統的硬件框圖如圖1所示。

1．1 中央控制模塊
    系統中，中央控制器主要用于接收兩個外部數據，由此判斷是否定時時間已到，教室光照是否充足?？刂破鞲鶕@兩個外部數據來進行邏輯運算，從而實現定時開關燈、刷新液晶顯示屏，同時可以通過鍵盤設置時間日期、查看相關信息。
    根據系統設計要求，控制器選擇了宏晶科技公司提供的STCl2C4052AD型單片機。該款是一種高速、高可靠性單片機，工作電壓5．5～3．4V，Flash程序存儲器4K字節(jié)，SRAM為256字節(jié)，2個定時器，8路8位A／D轉換器，可通過串口實現在線編程、A／D轉換、看門狗等功能。
1．2 液晶顯示電路
    為了實現較好的人機交互界面，在本系統中采用1602液晶顯示屏來顯示用戶的設定作息時間及用戶所查詢的信息。
    點陣字符型液晶顯示器是專門用于顯示數字、字母、圖形符號及少量自定義符號的顯示器。這類顯示器把LCD控制器／點陣驅動器／字符存貯器全做在一塊印刷板上。系統選用日立公司的HD44780液晶顯示。HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可實現字符移動／閃爍等功能。與MCU的傳輸可采用8位并行傳輸或4位并行傳輸2種方式。液晶顯示電路如圖2所示。

1．3 其他電路
    按鍵電路主要由一個2×4的按鍵陣列組成，主要用于完成作息時間、當前時間、定時時間段的設定。光敏傳感電路實現教室內光照強度數據的采集，其門限值可通過可調電阻調節(jié)。指示燈主要實現對系統工作狀態(tài)，如系統工作于自動控制模式還是強制模式，滅燈或亮燈狀態(tài)等的指示。

2 系統工作原理
   本系統能夠采集室內光照強度數據，并結合學校作息時間對教室燈光進行實時控制，達到方便和節(jié)約能源的目的。電路存在兩種工作模式：自動控制模式和強制模式。
2．1 自動控制模式
    系統復位默認工作在自動控制模式，當教室內自然光線弱，光敏傳感器把感應到的光強信號送至單片機處理，輸出照明命令，則打開教室燈光，但因系統定時關燈時間與學校作息時間一致，因此在非需要開燈的時間段內，教室燈光自動關閉，達到節(jié)約用電的效果。
    系統考慮到如果教室外自然光很強，但因某種需求需要拉上窗簾，這樣室內光照就不太理想，需要開燈，因而設置了兩路光敏傳感器，一路探測室內光強，一路探測室外光強，這體現了系統設計的靈活性。
2．2 強制模式
    系統正常工作的情況下，通過按下強制按鈕，就能對燈進行強制開關的控制，通過該按鈕也能使電路切換回自動控制狀態(tài)。設置強制按鈕主要考慮到有時需要對燈進行強制控制，例如需要在教室通過投影儀觀看電影時，為達到最佳的收看效果，需要關上燈。

3 軟件設計
    系統采用STC12C4052AD單片機作為控制的核心，負責整個系統的邏輯運算，因此軟件設計是系統能否穩(wěn)定運行以及能否實現設計功能的關鍵。本系統中STCl2C4052AD單片機主要完成接收外部數據、處理數據、輸出控制數據。所以軟件的重點是：如何接收外部數據，如何處理以及如何輸出控制數據。
    因此，在該軟件實現中我們采用了模塊化的方案，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輸出模塊五個模塊組成，系統程序主流程框圖如圖3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，如當前時間、作息時間等的設定。同時也接受相關數據的查詢，如查詢設定好的作息時間、光照閾值等，數據顯示模塊用于顯示當前的時間、定時開關時間以及用戶要查詢的相關數據。

4 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根據學校的作息時間上進行了設定驗證、調試，結果顯示本系統可以穩(wěn)定運行且效果理想。
    本系統主要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、樓道等場所，只要在本系統的基礎上稍加改動，也可以很好地滿足其需要，因此本系統的可移植性好，具有比較大的市場潛力和廣泛的應用前景。