CN105764213A - 教室照明系统智能控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种教室照明系统智能控制装置，包括控制器本体，控制器本体的一个侧面上设有LED液晶显示屏、电源指示灯、电源开关按钮、手动模式指示灯和手动模式开关按钮，控制器本体的另一个侧面上设有散热口和扬声器发生口，控制器本体的内部设有控制电路，该控制电路包括电源电路、单片机与语音提示电路、单片机外围电路、照明驱动电路和光电转换电路。本发明结构简单，技术先进新颖，控制可靠，能适用于不同规格的教室，对于教室节能效果好，具有推广应用价值。

Description

教室照明系统智能控制装置

技术领域

本发明属于照明控制装置技术领域，具体涉及一种教室照明系统智能控制装置。

背景技术

在学校里，教室和自习室作为教学和学习的公共场所，所安装的照明器具较多，一般每间教室安装有很多照明灯。然而，由于教室人流量较大，教室内人数不定时变化等原因，大部分教室存在光线很强但照明灯仍然打开的现象，这无疑造成了电能不必要的浪费，也与国家节能减排的口号背道而驰。目前智能照明技术在国内已经有了一些发展，然而发展并不太完善，能够应用于教室的智能照明设备也不太多。因此一种节能、智能、廉价的教室智能照明控制器十分有必要。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种教室照明系统智能控制装置。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，教室照明系统智能控制装置，其特征在于包括控制器本体，控制器本体的一个侧面上设有LED液晶显示屏、电源指示灯、电源开关按钮、手动模式指示灯和手动模式开关按钮，控制器本体的另一个侧面上设有散热口和扬声器发生口，控制器本体的内部设有控制电路，该控制电路包括电源电路、单片机与语音提示电路、单片机外围电路、照明驱动电路和光电转换电路，所述的电源电路中P1、P2为无源插座，F1为保险管，D1、D2、D3、D4为二极管，L1为10mH电感，C1、C4为1000uF电解电容，C2、C3为1000pF无极性电容，R1为1K电阻，DS1为发光二极管，无源插座P1与输电线220V交流电源相连，无源插座P1的2端口接保险管F1，该保险管F1用于保护电路，与保险管F1另一端和无源插座P1的1端口相接的是由二极管D1、D2、D3和D4组成的二极管整流桥，该二极管整流桥用于将220V交流电进行整流，二极管整流桥中二极管D1、D3的阴极端分别与电感L1的一端相接，该电感L1用于对电路进行滤波，电感L1的另一端分别与三端稳压块VR1的VIN端、电解电容C1的正极端和无极性电容C2的一端相连，三端稳压块VR1的VOUT端接地，电解电容C1的负极端接地，无极性电容的另一端接地，三端稳压块VR1的VOUT端分别与无源插座P2的1端口、无极性电容C3的一端、电解电容C4的正极端和电阻R1的阳极端相连，无极性电容C3的另一端接地，电解电容C4的负极端接地，无源插座P2的2端口接地，电阻R1的阴极端接发光二极管DS1的阳极，发光二极管的阴极接地，无源插座P2的1端口输出为+5V直流工作电压VCC，该电源电路用于将220v的交流电源经过二极管全波整流，电解电容滤波，再经三端稳压块输出，最后得到+5v直流工作电压；所述的单片机与语音提示电路中单片机为AT89c52单片机，语音芯片型号为ISD4004，AR1为运算放大器，LS1为扬声器，C5为4.7uF电容，C6为1uF电容，C7为0.1uF电容，C11为10uF电容，R8为4.5K滑动变阻器，语音芯片的片选端SS与单片机的P1.0端口相连，用于向语音芯片发送指令，语音芯片串行输入端MOSI与单片机P1.1端口相连，用于单片机向语音芯片输入指令，语音芯片串行输出端MISO与单片机P1.3口相连，用于语音芯片向单片机传送信号，语音芯片串行时钟端口SCLK与单片机P1.2口相连，用于同步语音芯片串行输入端MOSI和串行输出端MISO的数据传输，语音芯片中断端INT与单片机P3.0口相连，该中断端INT为漏极开路输出，语音芯片行地址时钟端RAC与单片机P3.3口相连，每个RAC周期表示语音芯片存储器的操作进行一行，语音芯片的VCCA和VCCD端与无源插座的1端口相连，语音芯片的VSSA与VSSD端接地，语音芯片的AMCAP端通过一个1uF的无极性电容C6接地进行滤波，语音芯片的同相模拟输出端ANAIN+通过一个0.1uF的耦合电容C7接地，语音芯片的音频输出端AUDOUT通过一个4.7uF的无极性电容C5和4.5K的滑动变阻器R2与单片机的GND端共同接地，扬声器LS1一端接地，扬声器LS1另一端通过一个10uF的无极性滤波电容C11和运算放大器AR1与滑动变阻器R2相连，用于使语音芯片音频输出端输出信号发声；所述的单片机外围电路中晶振电路由两个33pF的无极性电容C8，C9和一个11.0506MHz的晶振XTAL连接而成，晶振XTAL的2端口与单片机的XTAL1端口相接，无极性电容C8的一端接晶振XTAL的1端口，无极性电容C8的另一端接地，无极性电容C9的一端与晶振XTAL的2端口相接，无极性电容C9的另一端接地，复位电路由一个10uF的电解电容C10和一个4.7K的电阻R2组成，电解电容C10的一端接+5V电压，电解电容C10的另一端通过电阻R2接地，电解电容C10与电阻R2之间引线接单片机的RST端；所述的照明驱动电路中R9为4.7K电阻，Q1为NPN三极管，K1为电磁继电器，D8为二极管，DS1为照明灯，照明灯RS1与220V交流电相接，模块的网络标号AD0与单片机的P1.0端口相接，电磁继电器K1的一端接无源插座P2的1端口，电磁继电器K1的另一端与NPN三极管的集电极相接，NPN三极管的基极通过电阻R8与单片机P0.0端口相接，NPN三极管的发射极接地，二极管D8并联于电磁继电器K1用于保护电路；所述的光电转换电路中R3、R6是1K电阻，R4、R5是10K电阻，R7是10K可调电阻，用于设定电压阈值，D5、D6是发光二极管，D7是光敏电阻，C12、C13是100nF的电容，U1A是电压比较器LM393，电压比较器LM393的3引脚接无源插座P2的1端口，电压比较器LM393的12引脚接地，电压比较器LM393的4引脚接到可调电阻R7上，电压比较器LM393的5引脚接到电阻R4与光敏电阻D7之间，电压比较器LM393的2引脚是输出端。

本发明结构简单，技术先进新颖，控制可靠，能适用于不同规格的教室，对于教室节能效果好，具有推广应用价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中电源电路的线路连接图；

图3是本发明中单片机与语音提示电路的线路连接图；

图4是本发明中单片机外围电路的线路连接图；

图5是本发明中照明驱动电路的线路连接图；

图6是本发明中光电转换电路的线路连接图。

图中：1、控制器本体，2、LED液晶显示屏，3、电源指示灯，4、电源开关按钮，5、手动模式指示灯，6、手动模式开关按钮，7、散热口，8、扬声器发生口。

具体实施方式

结合附图详细描述本发明的具体内容。一种教室照明系统智能控制装置，包括控制器本体1，控制器本体1的一个侧面上设有LED液晶显示屏2、电源指示灯3、电源开关按钮4、手动模式指示灯5和手动模式开关按钮6，控制器本体1的另一个侧面上设有散热口7和扬声器发生口8，控制器本体1的内部设有控制电路，该控制电路包括电源电路、单片机与语音提示电路、单片机外围电路、照明驱动电路和光电转换电路。

所述的电源电路中P1、P2为无源插座，F1为保险管，D1~D4为二极管，L1为10mH电感，C1、C4为1000uF电解电容，C2、C3为1000pF无极性电容，R1为1K电阻，DS1为发光二极管。无源插座P1与输电线220V交流电源相连，无源插座P1的2端口接保险管F1，保险管F1用于保护电路。与保险管F1和无源插座P1的1端口相接的是由二极管D1、D2、D3和D4组成的二极管整流桥，该二极管整流桥用于将220V交流电进行整流。其中无源插座P1的1端口和2端口可视为二极管整流桥的输入端，二极管整流桥输出端高电势端口即二极管D1、D3的阴极端与电感L1相接电感L1用于对电路进行滤波。与电感L1相接的为三端稳压块VR1的VIN端和电解电容C1的正极端与无极性电容C2的一端。三端稳压块VR1的VOUT端接地，电解电容C1的负极端接地，无极性电容的另一端接地。三端稳压块VR1的VOUT端接无源插座P2的1端口、无极性电容C3的一端、电解电容C4的正极端和电阻R1的阳极端。无极性电容C3的另一端接地，电解电容C4的负极端接地，无源插座P2的2端口接地。电阻R1的阴极端接发光二极管DS1的阳极，发光二极管的阴极接地。无源插座P2的1端口输出为+5V直流工作电压VCC。电源电路模块作用是将220v的交流电源，经过二极管全波整流，电解电容滤波，再经三端稳压块输出，最后得到+5v直流工作电压。分别向单片机与语音提示电路中单片机的40引脚、语音芯片ISD4004的18，27引脚，单片机外围电路中电解电容C10的正极，照明驱动电路中电磁继电器的一端口，光电转换电路中电压比较器LM3935的3引脚供电。

所述的单片机与语音提示电路中单片机型号为AT89c52，语音芯片型号为ISD4004，AR1为运算放大器，LS1为扬声器，C5为4.7uF电容，C6为1uF电容，C7为0.1uF电容，C11为10uF电容，R8为4.5K滑动变阻器。语音芯片的片选端SS与单片机的P1.0端口相连，当SS端口为低电平时，单片机可向语音芯片ISD4004发送指令，两条指令之间为高电平。语音芯片ISD4004串行输入端MOSI与单片机P1.1端口相连，用于单片机向语音芯片输入指令。语音芯片ISD4004串行输出端MISO与单片机P1.3口相连，用于语音芯片向单片机传送信号。语音芯片ISD4004串行时钟端口SCLK与单片机P1.2口相连，用于同步语音芯片串行输入端MOSI和串行输出端MISO的数据传输，数据在语音芯片串行时钟SCLK上升沿时，锁存到语音芯片ISD4004，在下降沿移出语音芯片ISD4004。语音芯片ISD4004中断端INT与单片机P3.0口相连，此中断端INT为漏极开路输出。语音芯片ISD4004行地址时钟端RAC与单片机P3.3口相连，每个RAC周期表示语音芯片ISD4004存储器的操作进行了一行。语音芯片ISD4004的VCCA与VCCD端与无源插座的1端口相连，语音芯片ISD4004的VSSA与VSSD端接地。语音芯片ISD4004的AMCAP端通过一个1uF的无极性电容C6接地进行滤波。语音芯片ISD4004的同相模拟输出端ANAIN+通过一个0.1uF的耦合电容C7接地。语音芯片ISD4004的音频输出端AUDOUT通过一个4.7uF的无极性电容C5和4.5K的滑动变阻器R2与单片机的GND端共同接地。扬声器LS1一端接地，一端通过一个10uF的无极性滤波电容C11和运算放大器AR1与滑动变阻器R2相连，从而让语音芯片ISD4004音频输出端输出信号发声。语音提示模块工作在一定的条件下，即当控制器处于自动控制时间区域而人为打开手动模式开关，且室内光强高于规定值。此时，单片机89c52会判断对应条件是否成立，若成立便会驱动语音芯片ISD4004，语音芯片ISD4004输出端输出信号驱动扬声器发声。

所述的单片机外围电路中晶振电路由两个33pF无极性电容C8，C9和一个11.0506MHz的晶振XTAL连接而成。晶振XTAL的1端口与单片机与语音提示电路中单片机的XTAL1相接，晶振XTAL的2端口与单片机与语音提示电路中单片机的XTAI2端口相接。无极性电容C8的一端接晶振XTAL的1端口，另一端接地。无极性电容C9的一端与晶振XTAL的2端口相接，另一端接地。复位电路由一个10uF的电解电容C10和一个4.7K的电阻R2组成。电解电容C10一端接+5V电压，另一端通过电阻R2接地。电解电容C10与电阻R2之间引线接单片机与语音提示电路中单片机的RST端。

所述的照明驱动电路中R9为4.7K电阻，Q1为NPN三极管，K1为电磁继电器，D8为二极管，DS1为照明灯。照明灯RS1与220V交流电相接，模块的网络标号AD0与单片机与语音提示电路中单片机的P1.0端口相接。电磁继电器K1的一端接电源电路中无源插座P2的1端口，另一端与NPN三极管的集电极相接，NPN三极管的基极通过电阻R8与单片机P0.0端口相接，NPN三极管的发射极接地。当P1.0接口为低电平时，电磁继电器K1电流通过，由于电磁继电器的电磁效应会将开关吸下来，此时照明灯DS1所在电路通路。当单片机P1.0为高电平时，电磁继电器无电流通过，照明灯RS1所在电路断路，照明灯RS1关闭。二极管D8并联于电磁继电器K1，用于保护电路。电磁继电器释放衔铁时，在线圈中的自感电动势，从而导致一个瞬时的冲击电压的存在，引起电感电流跳变，导致一个反向的瞬时大电流，利用二极管的单向导通特性，来消耗冲击电流。

所述的光电转换电路中R3、R6是1K电阻，R4、R5是10K电阻，R7是10K可调电阻，用来设定电压阈值，D5、D6是发光二极管，D7是光敏电阻，C12、C13是100nF电容，U1A是电压比较器LM393，此模块的核心器件是电压比较器LM393，电压比较器LM393的3引脚接电源电路中无源插座P2的1端口，12引脚接地，4引脚接到可调电阻R7上，5引脚接到电阻R4与光敏电阻D7之间，2引脚是输出端，当光敏电阻D7感应到的光照强度变大时，电阻变小，使电压比较器LM393的5引脚上的电压变小，当电压比较器LM393的5引脚电压小于4引脚上的阈值电压时，电压比较器LM393的2引脚输出低电平；反之，当光敏电阻D7感应到的光照强度变小时，电阻变大，使电压比较器LM393的5引脚上的电压电大，当电压比较器LM393的5引脚电压大于4引脚上的阈值电压时，2引脚输出高电平；发光二极管D5用来显示模块是否正常上电，发光二极管D5亮时表示模块上电成功，不亮时表明模块么没上电，发光二极管D6用来显示电压比较器LM393的2引脚输出的电平情况，当发光二极管D6亮时表明电压比较器LM393的2引脚输出的是低电平，发光二极管D6不亮时表明电压比较器LM393的2引脚输出的是高电平。

本发明的工作过程，先由时间定时器根据不同的时间区域切换手动和自动控制开关。当到达7:00时，单片机内部的时间定时器会将手动控制模式调至自动控制模式，此时，光敏传感器检测外界光强，并将光强信号传递给单片机，单片机经过信号处理后，判断是否打开照明灯。当外界光强高于设定的值时，若手动控制模式开关打开，控制器处于手动模式，单片机会驱动语音提示模块，提示关灯。若手动控制开关没打开，控制器处于自动模式，单片机会驱动照明控制电路，关闭照明灯。当外界光强低于设定的规定值，单片片机内部PID算法将发挥作用，光敏传感器输出的信号传递给单片机，经PID算法处理再由单片机控制照明驱动电路打开照明灯。当到达18:00时，单片机内部的时间定时器会将退出自动控制模式。打开手动控制模式开关，控制器将处于手动控制模式下，此时照明灯将会开启。其中手动控制模式优先于自动控制模式。

以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (1)

1.教室照明系统智能控制装置，其特征在于包括控制器本体，控制器本体的一个侧面上设有LED液晶显示屏、电源指示灯、电源开关按钮、手动模式指示灯和手动模式开关按钮，控制器本体的另一个侧面上设有散热口和扬声器发生口，控制器本体的内部设有控制电路，该控制电路包括电源电路、单片机与语音提示电路、单片机外围电路、照明驱动电路和光电转换电路，所述的电源电路中P1、P2为无源插座，F1为保险管，D1、D2、D3、D4为二极管，L1为10mH电感，C1、C4为1000uF电解电容，C2、C3为1000pF无极性电容，R1为1K电阻，DS1为发光二极管，无源插座P1与输电线220V交流电源相连，无源插座P1的2端口接保险管F1，该保险管F1用于保护电路，与保险管F1另一端和无源插座P1的1端口相接的是由二极管D1、D2、D3和D4组成的二极管整流桥，该二极管整流桥用于将220V交流电进行整流，二极管整流桥中二极管D1、D3的阴极端分别与电感L1的一端相接，该电感L1用于对电路进行滤波，电感L1的另一端分别与三端稳压块VR1的VIN端、电解电容C1的正极端和无极性电容C2的一端相连，三端稳压块VR1的VOUT端接地，电解电容C1的负极端接地，无极性电容的另一端接地，三端稳压块VR1的VOUT端分别与无源插座P2的1端口、无极性电容C3的一端、电解电容C4的正极端和电阻R1的阳极端相连，无极性电容C3的另一端接地，电解电容C4的负极端接地，无源插座P2的2端口接地，电阻R1的阴极端接发光二极管DS1的阳极，发光二极管的阴极接地，无源插座P2的1端口输出为+5V直流工作电压VCC，该电源电路用于将220v的交流电源经过二极管全波整流，电解电容滤波，再经三端稳压块输出，最后得到+5v直流工作电压；所述的单片机与语音提示电路中单片机为AT89c52单片机，语音芯片型号为ISD4004，AR1为运算放大器，LS1为扬声器，C5为4.7uF电容，C6为1uF电容，C7为0.1uF电容，C11为10uF电容，R8为4.5K滑动变阻器，语音芯片的片选端SS与单片机的P1.0端口相连，用于向语音芯片发送指令，语音芯片串行输入端MOSI与单片机P1.1端口相连，用于单片机向语音芯片输入指令，语音芯片串行输出端MISO与单片机P1.3口相连，用于语音芯片向单片机传送信号，语音芯片串行时钟端口SCLK与单片机P1.2口相连，用于同步语音芯片串行输入端MOSI和串行输出端MISO的数据传输，语音芯片中断端INT与单片机P3.0口相连，该中断端INT为漏极开路输出，语音芯片行地址时钟端RAC与单片机P3.3口相连，每个RAC周期表示语音芯片存储器的操作进行一行，语音芯片的VCCA和VCCD端与无源插座的1端口相连，语音芯片的VSSA与VSSD端接地，语音芯片的AMCAP端通过一个1uF的无极性电容C6接地进行滤波，语音芯片的同相模拟输出端ANAIN+通过一个0.1uF的耦合电容C7接地，语音芯片的音频输出端AUDOUT通过一个4.7uF的无极性电容C5和4.5K的滑动变阻器R2与单片机的GND端共同接地，扬声器LS1一端接地，扬声器LS1另一端通过一个10uF的无极性滤波电容C11和运算放大器AR1与滑动变阻器R2相连，用于使语音芯片音频输出端输出信号发声；所述的单片机外围电路中晶振电路由两个33pF的无极性电容C8，C9和一个11.0506MHz的晶振XTAL连接而成，晶振XTAL的2端口与单片机的XTAL1端口相接，无极性电容C8的一端接晶振XTAL的1端口，无极性电容C8的另一端接地，无极性电容C9的一端与晶振XTAL的2端口相接，无极性电容C9的另一端接地，复位电路由一个10uF的电解电容C10和一个4.7K的电阻R2组成，电解电容C10的一端接+5V电压，电解电容C10的另一端通过电阻R2接地，电解电容C10与电阻R2之间引线接单片机的RST端；所述的照明驱动电路中R9为4.7K电阻，Q1为NPN三极管，K1为电磁继电器，D8为二极管，DS1为照明灯，照明灯RS1与220V交流电相接，模块的网络标号AD0与单片机的P1.0端口相接，电磁继电器K1的一端接无源插座P2的1端口，电磁继电器K1的另一端与NPN三极管的集电极相接，NPN三极管的基极通过电阻R8与单片机P0.0端口相接，NPN三极管的发射极接地，二极管D8并联于电磁继电器K1用于保护电路；所述的光电转换电路中R3、R6是1K电阻，R4、R5是10K电阻，R7是10K可调电阻，用于设定电压阈值，D5、D6是发光二极管，D7是光敏电阻，C12、C13是100nF的电容，U1A是电压比较器LM393，电压比较器LM393的3引脚接无源插座P2的1端口，电压比较器LM393的12引脚接地，电压比较器LM393的4引脚接到可调电阻R7上，电压比较器LM393的5引脚接到电阻R4与光敏电阻D7之间，电压比较器LM393的2引脚是输出端。