教室照明系统智能控制装置的制作方法

文档序号:14686005发布日期:2018-06-14 22:37

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。



技术实现要素:

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。

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