基于ATmege128的多功能照明開關(guān)自動控制系設(shè)計方案

　一、項(xiàng)目概述
　　1.1 引言
　　能源短缺是21世紀(jì)國際面臨的新問題。在尋找新的儲備能源之外，節(jié)約能源，提高效益也就成為更加符合當(dāng)下注重研究的課題。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會進(jìn)步，教育在全社會愈加被關(guān)注和重視，校園規(guī)模也隨著招生規(guī)模的擴(kuò)大不斷擴(kuò)大，教室的數(shù)量也大幅度增加。但對目前的各類高校說，照明控制系統(tǒng)的使用還處于初級階段，由于國家關(guān)于“創(chuàng)建節(jié)約型校園”政策的頒布，加之傳統(tǒng)的手動關(guān)燈方式操作繁瑣且存在著較大的人為浪費(fèi)的弊端，在教學(xué)樓內(nèi)使用新型的照明節(jié)能自動控制系統(tǒng)已成為大勢所趨。
　　在本次大賽的調(diào)研階段，我們還注意到，盡管市場上存在著形形色色的智能燈控設(shè)備，但或其設(shè)備體態(tài)太大，或其成本較高，僅僅局限在某些公共場合或廠家使用，嚴(yán)重限制了其使用的普適性和廣泛性，照明節(jié)能自動控制設(shè)備技術(shù)在我們家庭生活中的應(yīng)用幾乎是一項(xiàng)空白。特別是在當(dāng)今智能家居的理念深入人心，簡約性環(huán)保性成為新的看點(diǎn)，用科技改變生活已成為人們執(zhí)著追求的目標(biāo)。
　　本系統(tǒng)是以Atmegal28單片機(jī)為控制器核心，通過其強(qiáng)大的微控功能，擴(kuò)展了無線通信、傳感和顯示模塊，實(shí)現(xiàn)對照明系統(tǒng)的自動控制，既在一定程度上杜絕了教室電力資源浪費(fèi)現(xiàn)象的出現(xiàn)，又滿足了日常生活中人們所倡導(dǎo)的簡約便捷和自動控制，降低了運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用，節(jié)約了管理成本，有著巨大的生態(tài)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。
　　1.2 項(xiàng)目背景/選題動機(jī)
　　當(dāng)今的社會生活特別是眾多高校中，現(xiàn)存的能源浪費(fèi)、經(jīng)費(fèi)超支和學(xué)生視覺健康等問題已越發(fā)引起人們關(guān)注，高校教室照明的節(jié)電問題不得不提到重要的議事日程上來。加之當(dāng)今人們對生活智能化簡約化要求的提高，能否利用現(xiàn)有的資源設(shè)計一款自動控制且具有相對實(shí)用性照明系統(tǒng)，填補(bǔ)家庭生活自動照明技術(shù)的空白，改進(jìn)現(xiàn)有照明設(shè)備存在的缺陷，是我們隊伍本次參賽目的的重中之重。
　　在本次參賽調(diào)研準(zhǔn)備階段，我們特意對現(xiàn)今市面所廣泛使用的人體紅外感應(yīng)開關(guān)電路做了研究分析?，F(xiàn)有人體感應(yīng)設(shè)備是利用人體紅外熱釋感應(yīng)技術(shù)，判斷人的動作有無來控制燈的亮滅，其靈敏感應(yīng)、抗干擾力確實(shí)值得稱道。但我們都有這樣的體會，當(dāng)在教室中靜坐一段時間，由于感應(yīng)不到人體動作的變化，燈會自動熄滅，直到我們再給予相關(guān)的動作才會重新將燈置亮，這給我們的正常學(xué)習(xí)帶來了極大的不便；而且，由于系統(tǒng)中的延時設(shè)置，當(dāng)教室中人都走光之后，所有的燈仍會亮一段時間，如果我們能將這段時間內(nèi)不必要的電力資源耗費(fèi)節(jié)省下來，日積月累，對任何一個高校眾多的教室而言，絕對是一筆不小的開支。我們認(rèn)為以上兩點(diǎn)，是現(xiàn)有設(shè)備沒有考慮也無法克服的性能漏洞。更顯然的是，這樣的設(shè)備根本不適合應(yīng)用在我們?nèi)粘＜彝ド町?dāng)中，設(shè)想如果我們在房間中休息，燈自動熄滅，將會給人們帶來多大的不方便與不習(xí)慣。
　　鑒于以上功能與需求的分析，我們決定利用Atmegal28 單片機(jī)以及外圍設(shè)備，通過對人體進(jìn)出房間的計數(shù)，判斷房間內(nèi)人的有無來控制燈的亮滅，既克服了需要不斷動作的弊端，減少了不必要的延時所造成的資源浪費(fèi)，又能自動控制，很好的應(yīng)用于學(xué)校工廠及家庭日常生活當(dāng)中去，具有較好的應(yīng)用前景，這是我們選擇此項(xiàng)目的直接背景和根本動機(jī)。
　　二、需求分析
　　2.1 功能要求
　　本系統(tǒng)主要采用光感應(yīng)傳感器和紅外光感應(yīng)計數(shù)器共同設(shè)卡來控制室內(nèi)的照明設(shè)備的亮與滅，當(dāng)室內(nèi)光線暗到一定程度以及計數(shù)裝置計算結(jié)果為≥1（即室內(nèi)有人）時，條件滿足，單片機(jī)控制系統(tǒng)會自動動作打開照明設(shè)備的開關(guān)，當(dāng)條件不滿足時，控制系統(tǒng)也會動作立即關(guān)閉開關(guān)。
　　由于設(shè)計伊始，我們小組主要把該設(shè)備的應(yīng)用場合應(yīng)用定位于學(xué)?；蚬S等大型公共場合。首先假如以我們大學(xué)教室照明為應(yīng)用對象，我們還加了一些可選功能。比如說，據(jù)我們調(diào)查了解，像我們學(xué)校這樣的普通教室一般會有六排左右燈，但當(dāng)只有少部分人（具體數(shù)目因情況而定）進(jìn)去的時候我們只要求靠前的三排燈亮，但是如果這少部分人有特殊情況非要把所有的燈都打開，我們專門在鍵盤上設(shè)置了一個按鍵功能，此按鍵動作就會把剩余未打開的三排的燈強(qiáng)制打開。
　　但是由于節(jié)能觀念的普適性，我們的這個裝置也可以裝在普通家庭照明系統(tǒng)中，鑒于此我們又給該裝置加了一個遙控器裝置，用戶可以用遙控器通過無線裝置遠(yuǎn)距離操作強(qiáng)制打開和關(guān)閉照明設(shè)備。
　　為了豐富該裝置的功能，我們還給該控制系統(tǒng)加了一個顯示屏和一個鍵盤模塊。由單片機(jī)驅(qū)動在顯示屏上顯示當(dāng)前時間、當(dāng)前溫度、當(dāng)前計數(shù)值。鍵盤用來調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)，比如當(dāng)系統(tǒng)由于發(fā)生不可避免故障時，計數(shù)器會發(fā)生錯誤，此時就用鍵盤重新輸入值更正一下，同時鍵盤還可以用于調(diào)節(jié)時間，還有之前介紹的功能鍵也是其中的一部分。
　　
　　圖1 系統(tǒng)架構(gòu)
　　2.2 性能要求
　?、俟飧袘?yīng)靈敏，響應(yīng)速度快（2us左右），工作溫度范圍寬（-25℃~+70℃）。
　?、谟嫈?shù)準(zhǔn)確。
　?、蹨y溫精確度高，精度為±0.5°C；適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V。
　?、苁褂肞T2262射頻無線通信芯片，在室內(nèi)可用通信距離為幾十米，無線遙控距離遍及了一般的教室（或工廠）空間。
　　本系統(tǒng)有兩個要求相對要嚴(yán)謹(jǐn)一點(diǎn)的模塊。首先是計數(shù)模塊，因?yàn)槲覀兪褂玫氖菍ι涫接嫈?shù)方式也就是一旦遮住光線，紅外感應(yīng)器就會發(fā)出一個計數(shù)脈沖。但是，當(dāng)人員相對比較密集的時候，也就是說當(dāng)門足夠?qū)挄r，出現(xiàn)兩個人并排或者是錯開但仍連續(xù)遮掩光線時，這時計數(shù)器只記一個數(shù)，這樣就會出現(xiàn)錯誤。所以，我們所設(shè)計的裝置只適應(yīng)于那種門不會太寬以至于不會出現(xiàn)多人連續(xù)遮掩光線，使計數(shù)值不準(zhǔn)的場合。就我們對我們學(xué)校的觀察以及測量發(fā)現(xiàn)，就一般的學(xué)校教室?guī)缀醪粫霈F(xiàn)上述情況，所以本裝置安裝在教室內(nèi)計數(shù)上幾乎不會產(chǎn)生錯誤。
　　其次是無線遙控模塊（該模塊主要用于家庭照明系統(tǒng)或工廠中），該模塊傳輸距離有限，一般在幾十米，但當(dāng)用戶在較遠(yuǎn)距離遙控時可能會出現(xiàn)失靈的情況。