CN205029942U - 一种基于单片机的教室照明系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的教室照明系统，它包括人数检测模块，光强检测模块和显示模块。其中：人数检测模块是由激光对管电路和红外热释电传感器在一起共同完成对教室人数实时准确的检测。光强检测电路主要由光敏电阻、滑动变阻器和比较器构成。显示模块主要是包括数码管显示和显示屏显示，数码管用于显示此时教室的人数，而显示屏则是用于显示此时的时间以及此时教室里亮了几盏灯。根据教室的人数，再由一盏灯可以提供的照明范围，就可以利用单片机控制教室里此时该亮几盏灯。本实用新型可以精确检测进入教室的人数，特别是解决了两个人同时进入教室的情况，再结合光强检测电路实现对教室灯光的智能控制，给教室管理人员带来了很大的方便。

Description

一种基于单片机的教室照明系统

技术领域

本实用新型涉及了基于单片机的教室照明系统设计，具体是结合单片机智能控制技术和传感器技术而设计的一种教室照明智能控制系统。

背景技术

传感器技术是实现测试和自动控制的重要环节。它能感受到被测量的信息，将检测感受到的信息，并按照一定的规律转换成可用输出信号，来满足信息的传输、处理、存储、显示、记录以及控制等的要求。随着科学技术的迅猛发展，其越来越广泛的应用于科学技术的各个领域。

随着传感器技术和计算机控制技术的发展，目前教室照明的智能控制系统发展也很快，大多是采用热释电传感器检测人体信号，用光敏电阻检测室内的光照强度，有的还对教室进行了分区处理，但是该系统不能准确的检测进入教室的人数，以至于对教室内的灯光控制的也不是那么合理，节能效果不是很明显。

发明内容

实用新型目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本实用新型在于提供一种基于单片机的教室照明系统，以达到方便智能管理控制，节省人力，同时又节约能源的目的。

技术方案：一种基于单片机的教室照明系统，包括：人数检测模块，光强度检测模块，单片机，以及显示模块，人数检测模块和光强度检测模块的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端连接显示模块，人数检测模块通过高低电平信号检测出人教室的人数，并将高低电平信号发送给单片机，单片机高低电平信号统计进出人数，从而计算出教室内的人数，光强度检测模块用于检测教室内的光强度，并将检测结果传输给单片机，单片机根据教室人数和教室光强度信息控制教室不同数量照明灯的开启和关闭，同时，将教室人数信息，照明灯工作数量，以及当前时间发给显示模块显示。

所述的人数检测模块包括激光对管检测电路和热释电红外检测电路，激光对管检测电路包括两对激光对管，两对激光对管前后安装在两侧门框中间高度位置上，每对激光对管包括发射管和接收管，发射管和接收管正对设置在门框的两侧，根据前后位置的接收管接收到信号的先后顺序判定是有人进入教室还是有人从教室出来；所述热释电红外检测电路包括2个热释电红外传感器，2个热释电红外传感器设置在门上方的门框中部上，热释电红外传感器上设有圆筒状遮挡体，圆筒状遮挡体罩在热释电红外传感器，限定热释电红外传感器的感应范围，检测两个人并排进出教室的情况；激光对管检测电路和热释电红外检测电路配合使用通过向单片机发送高低电平信号来实时检测教室的人数信息检测。

所述热释电红外检测电路还包括对电红外传感器输出的电压信号进行放大和整理调理电路。

所述光强度检测模块为多个，其中一部分光强度检测模块设置在光强充足的位置，另一部分光强度检测模块设在光线不足的一侧；当光线弱的一侧的光强检测模块检测到教室内光强达不到照明标准的时候，信号传输到单片机，单片机控制教室光线弱的一侧灯点亮；当光线充足一侧的光强检测模块检测到光强达不到光照要求的时候，此时教室的灯光控制信号就来自于人数检测模块了，当单片机计数达到设定阈值时，控制教室的相应数量的照明灯开启工作。

所述光强度检测模块的电路主要由光敏电阻、滑动变阻器和比较器LM393构成；滑动变阻器的作用是设定一个基准电压，输入到同相输入端；同相输入端接在滑动变阻器上，调整滑动变阻器设置一个参考电压，当光线很弱也就是达不到设定光强时，光敏电阻的阻值很大，则反相输入端的电压大于同相端电压，输出为低电平；当光线充足时，照射到光敏电阻传感器上，阻值会变小，则反相输入端的电压小于同相输入端，此时输出高电平，单片机通过检测输出端的高低电平信号，判断出此时教室的光照强度的高低；当光强度检测电路输出低电平信号送给单片机时，才启动相应的照明灯进行工作。

本实用新型的有益效果是，使得教室照明管理系统变得便于操作，首先判断当前的光照强度是否需要开灯，当需要开灯的时候，人数检测模块已经将教室的人数信号传给了单片机，并通过显示管显示出来，根据此时教室的人数就可以决定此时亮几盏灯合适，而不需要在教室内再设计复杂的检测电路。该系统设计简单，方便管理，达到了节省人力和能源的目的。

附图说明

图1是本实用新型的结构图。

图2是人数检测模块安装示意图。

图3是激光对管检测电路。

图4是热释电传感器的调理电路。

图5是光强度检测电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明：

如图1所示，基于单片机的教室照明系统，包括：人数检测模块，光强度检测模块，单片机，以及显示模块，人数检测模块和光强度检测模块的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端连接显示模块，人数检测模块通过高低电平信号检测出人教室的人数，并将高低电平信号发送给单片机，单片机高低电平信号统计进出人数，从而计算出教室内的人数，光强度检测模块用于检测教室内的光强度，并将检测结果传输给单片机，单片机根据教室人数和教室光强度信息控制教室不同数量照明灯的开启和关闭，同时，将教室人数信息，照明灯工作数量，以及当前时间发给显示模块显示；其中：人数检测模块是由激光对管检测电路和热释电红外检测电路配合使用来准确实时的检测进出教室的人数；光强度检测模块包括光敏电阻、滑动变阻器和比较器；显示模块包括液晶显示屏，通过数码管显示人数，而液晶显示屏用于显示系统工作的时间以及此时教室里亮了几盏灯。

如图2所示，人数检测模块在门上的安装示意图，热释电红外检测电路包括2个热释电红外传感器，它们并排安装在教室门的上方门框（门楣）上。2个热释电红外传感器上分别设有圆筒状遮挡体，遮挡体罩在热释电红外传感器上，可以限定它的感应范围，以保证两个人同时经过时，分别位于2个热释电红外传感器的感应范围内，从而有效检测两个人并排进出教室的情况。激光对管检测电路包括两对激光对管，每对包括激光发射管和激光接收管，两对激光对管前后设置在两侧门框中间高度位置上。

如图3所示，激光对管的检测电路：将激光对管的发射管和接收管正对着放置，当有人经过两者之间的时候，会将光线挡住，对接收管而言，有无光线照在上面，它的电阻是不同的，然后通过外接的电路，电压比较器输出高低不同的电压，就可以判断是否有人经过。这里用到的比较器是LM324，它有两个输入端，当同相输入端电压大，运放输出高电平，反之，运放输出为低电平。由图可得，运放的同相输入端接的是电阻R2上的电压，反相输入端输入的是由R3和R4分压所得的值。当红外线照射到接收管上时，其电阻很小，R2分到大部分的电压，反相端是R4分到的分压，此时输出高电平；当有障碍物通过时，接收管没有红外线照射，它本身的电压是很大的，所以加在R2的电压就少了，但是反相端的电压没有变，则同相端的输入电压小，所以此时输出低电平。这个低电平信号就计数信号，将它送到单片机就可以完成计数功能。为了检测人们是进入教室还是从教室里出来，这里是将两对激光对管前后放置在门框的中间高度位置上，当有人进入教室时，是外侧的一个激光对管先感应到；而相反，当有人从教室出来的时候，则是内侧的激光对管先感应到，单片机根据两个激光对管的低电平信号的发送顺序，就可以判断是有人进入教室还是从教室出来，从而相应的进行加1或减1操作。

如图4所示，这是热释电传感器的调理电路。自然界中任何不同温度的物体会发出不同波长的红外线，在放置红外传感器的区域内，有人和没有人的时候，温度是不一样的，通过检测温度的差别就可以判断检测区域内是否有人。另外，热释电传感器主要是检测运动者的人体，对于静止的人体，该传感器的灵敏度会降低很多。使用该传感器检测人体信号主要是解决两个人同时进出教室的情况，因为这种情况在实际的生活中会经常遇到。将两个热释电传感器并排设置在门的上方的门框（门楣）上，当有人经过传感器的下方时，对应的热释电传感器就会感应到。这里要考虑到一个问题，对于传感器的检测区域是以地面上一个圆为底面的圆锥体，所以并排的设置在门的上方时，两个传感器的检测范围会有重合，从而造成误判。这里采用圆筒形状的遮挡体将热释电红外传感器罩起来，这样它的检测范围就变成了以地面上的圆为底面的圆柱体，这样两传感器的检测范围就避免了重合，当某个传感器的下方有人通过，相应的传感器就可以感应到。又因为直接通过热释电红外传感器所输出的电压信号是很微弱的，且是不稳定的，并不容易检测到，这里利用图4所示的以BISS0001为核心的调理电路对电压信号进行放大和整理，以便进行识别处理。当有人在传感器下方的时候，传感器就会检测到一定波长的红外线，感应出人体的存在，此时，输出的电压是高电平；当没有人经过时，输出即为低电平。然后接入单片机的P1口，每来一个高电平，单片机就会启动程序自行加一，通过数码管显示出来。当两个传感器都感应到人体信号时，单片机就会启动程序自行加2。这样就解决了两个人同时进入教室的情况，再结合前面提到的激光对管检测电路，就可以实时的检测到教室里的人数，并通过数码管显示出来。

如图5所示是光强度检测模块。我们知道，当教室内的光线充足的时候，是不需要开灯的，因此这里采用光强检测模块对室内的光强进行检测。这里要考虑到教室的实际情况，一个教室光照水平往往是不一样的，教室一般是有光线充足的一面和光线不足的一面，这里准备了两个光强检测模块，一个放在光强充足的位置，但是要注意为了确保光强检测模块工作的准确性，尽量将其设在太阳光不能直射的地方，而另一个检测模块设在光线不足的一侧。可以知道，光线不足一侧的光强应该是先达不到需要的光照条件。这样，当光线弱的一侧的光强检测模块检测到教室内光强达不到照明标准的时候，信号传输到单片机，单片机控制教室光线弱的一侧灯点亮，此时，光强充足一侧的照明条件是达到标准的。当光线充足一侧的光强检测模块检测到光强达不到光照要求的时候，此时教室的灯光控制信号就来自于人数检测模块了，根据此时教室的人数来控制教室的灯亮的数目。如图所示，电路主要由光敏电阻、滑动变阻器和比较器LM393构成。滑动变阻器的作用是设定一个基准电压，输入到同相输入端。如图所示，同相输入端接在滑动变阻器上，调整滑动变阻器设置一个参考电压，也就是阈值，当光线很弱也就是达不到设定光强时，光敏电阻的阻值很大，则反相输入端的电压大于同相端电压，输出为低电平；当光线充足时，照射到光敏电阻传感器上，阻值会变小，则反相输入端的电压小于同相输入端，此时输出高电平，单片机通过检测输出端的高低电平信号，可以判断出此时教室的光照强度的高低。当检测电路输出低电平信号送给单片机时，才启动相应的照明灯进行工作。

综上可知，当两个光强检测模块都检测到教室的光照不足的时候，就根据教室的人数来决定教室里亮几盏灯。比如一盏灯可以提供10个人照明，那么当教室的人数在10个人以内时，就控制亮一盏灯，同理当教室的人数在10个人和20个人之间时，就控制亮两盏灯，而不需要考虑教室里是什么情况，该设计使用很方便，节省人力。

Claims (5)

1.一种基于单片机的教室照明系统，其特征在于，包括：人数检测模块，光强度检测模块，单片机，以及显示模块，人数检测模块和光强度检测模块的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端连接显示模块，人数检测模块通过高低电平信号检测出人教室的人数，并将高低电平信号发送给单片机，单片机高低电平信号统计进出人数，从而计算出教室内的人数，光强度检测模块用于检测教室内的光强度，并将检测结果传输给单片机，单片机根据教室人数和教室光强度信息控制教室不同数量照明灯的开启和关闭，同时，将教室人数信息，照明灯工作数量，以及当前时间发给显示模块显示。

2.如权利要求1所述的基于单片机的教室照明系统，其特征在于，所述的人数检测模块包括激光对管检测电路和热释电红外检测电路，激光对管检测电路包括两对激光对管，两对激光对管前后安装在两侧门框中间高度位置上，每对激光对管包括发射管和接收管，发射管和接收管正对设置在门框的两侧，根据前后位置的接收管接收到信号的先后顺序判定是有人进入教室还是有人从教室出来；所述热释电红外检测电路包括2个热释电红外传感器，2个热释电红外传感器设置在门上方的门框中部上，热释电红外传感器上设有圆筒状遮挡体，圆筒状遮挡体罩在热释电红外传感器，限定热释电红外传感器的感应范围，检测两个人并排进出教室的情况；激光对管检测电路和热释电红外检测电路配合使用通过向单片机发送高低电平信号来实时检测教室的人数信息检测。

3.如权利要求2所述的基于单片机的教室照明系统，其特征在于，所述热释电红外检测电路还包括对电红外传感器输出的电压信号进行放大和整理调理电路。

4.如权利要求1所述的基于单片机的教室照明系统，其特征在于，所述光强度检测模块为多个，其中一部分光强度检测模块设置在光强充足的位置，另一部分光强度检测模块设在光线不足的一侧；当光线弱的一侧的光强检测模块检测到教室内光强达不到照明标准的时候，信号传输到单片机，单片机控制教室光线弱的一侧灯点亮；当光线充足一侧的光强检测模块检测到光强达不到光照要求的时候，此时教室的灯光控制信号就来自于人数检测模块了，当单片机计数达到设定阈值时，控制教室的相应数量的照明灯开启工作。

5.如权利要求1所述的基于单片机的教室照明系统，其特征在于，所述光强度检测模块的电路主要由光敏电阻、滑动变阻器和比较器LM393构成；滑动变阻器的作用是设定一个基准电压，输入到同相输入端；同相输入端接在滑动变阻器上，调整滑动变阻器设置一个参考电压，当光线很弱也就是达不到设定光强时，光敏电阻的阻值很大，则反相输入端的电压大于同相端电压，输出为低电平；当光线充足时，照射到光敏电阻传感器上，阻值会变小，则反相输入端的电压小于同相输入端，此时输出高电平，单片机通过检测输出端的高低电平信号，判断出此时教室的光照强度的高低；当光强度检测电路输出低电平信号送给单片机时，才启动相应的照明灯进行工作。