基于AT89S51的自动化教室灯光控制系统的设计

蔡汪均 江志晃 张建华

（广东培正学院，广东 广州 510830）

随着科学技术的不断发展，智慧照明不再是一个虚有的名词。智慧照明适用于不同的人群和场合，可以给人提供一个舒适的、柔和的照明环境。智慧照明控制系统是个囊括节能、便捷、科技化于一体的智能系统，非常适用于学校教室的自动化控制。

一、系统设计的硬件部分

自动化教室灯光控制系统采用模块化设计，主要有七大模块组成，分别是主控、点阵显示、数据采集、系统时钟、人工控制、看门狗。整个系统的硬件电路设计如图1 所示。下文主要介绍主控制模块、显示模块、数据采集模块和人工控制模块。

图1 系统控制硬件电路图

教室灯光控制系统依靠感应教室内的光照参数，以最大程度上节约电能和确保充足的光照为前提，实现灯光的自动开和关，同时集成定时切换等功能。

（一）主控模块

系统的主控模块采用芯片为AT89S51的低功耗芯片，它具备8K的Flash 编程，正常的工作电压范围较广，同时芯片有2 个可控定时器，芯片接口电路结构相对简洁。主控模块系统结构电路发图2 所示。

图2 主控模块系统结构电路图

教室灯光控制系统通过数据采集的参数变化而产生控制信号，从而对整个系统的其他硬件进行联动，实现教室灯光的自动控制。在系统自动化控制过程中，主控模块还能检测人工控制的信号，一旦有人工信号控制系统将其优先级放至最高并实时响应优先处理操作。

（二）点阵字符显示模块

教室灯光控制系统它采用了点阵HD44780 液晶显示,此显示模块内置了与MCU 通讯的接口，系统可调用接口参数适配主控制模块参数进行实时处理。HD44780 显示模块优点比较突出，可实现4 位和8 位的数据传输，可显示面积比同类模块大，同时自带控制器、驱动器和存储器等关键的小模块系统，与AT89S51 适配时可大大减轻适配难度，对于教室灯光控制系统的实现起着很大的作用。

（三）数据采集模块

教室灯光控制系统采用了灵敏度高的光敏二极管作为采集器，设计采用稳定性强、灵敏度高的HP-208-N-L 模块。它主要是采集来自教室内的光照强度参数的变化，同时把变化的参数传递给主控模块，主控模块接受到来自采集器的数据后判断是否需要做出相应的处理，从而实现教室灯光控制系统的自我控制。采集器为全智能自动型，不接受人为控制，从而确保采集的参数均来自教室的光照环境。

（四）人工控制模块

教室灯光控制系统设计采用多按键形式进行，按键触发开关电平。人工控制模块采用了与门电路判断，用4 个二极管和10K 电阻整合而成。当触发高电平时，控制模块程序将记录信号发生变化，把变化的信号转换成二进制数值后传递至主控模块，人工控制模块系统的电路图如图3 所示。

图3 人工控制模块结构电路图

系统采用的4 个电平检测点，以确保误按后系统能判断是否传递参数。当正常按压，与门电路电平重置为高电平，控制系统接受按压信号，控制信号发生并传送至主控模块。系统中还存在供电模块、时钟模块、驱动模块、报警模块、看门狗模块等由于篇幅所限，不一一列举。

二、系统设计的软件部分

自动化教室灯光控制系统采用的AT89C51 主控制芯片，此芯片具备较为强大的可编程能力，预留的接口功能较为强大。系统可适配模块化的小系统接入和调用，系统的软件和硬件互相配合联动，从而实现整个系统的正常稳定运行。以下列举部分系统软件核心模块设计的主要代码。

自动化教室灯光控制系统初始化设计为自动智能控制，在外来采集数据变化后系统将自动启动控制程序控制灯光的强度。整个系统在初始化后，系统处于待机检测状态，按键控制模块将被激活。

三、系统功能测试

完成了对整个教室灯光控制系统设计之后，接下来的主要工作便是基于对本设计所需的功能进行功能测试和检验，这样做既能确保系统的正常运行，还能更快更及时的发现隐藏的漏洞，以便于我们对其分析和进行有针对性的修复和优化，从而让系统的运行更加高效和稳定。系统测试将采用三种方法分别对系统的各个模块进行数据测试，这三种测试方法分别是静态测试法、动态测试法和黑盒测试法。具体的测试分析如表1 所示。

表1 系统功能测试表

对于在测试过程中发现的“时钟控制器”问题，经过测试研究后发现此问题引起是因为备用的纽扣电池电压不足引起，电压不足引起了芯片的数据无法保存，从而引起时钟控制器每次都从初始值开始计时。更换纽扣电池后，测试电压正常，测试时钟控制器也恢复正常，整个系统测试通过。

结语：本设计的自动化教室灯光控制系统它是采用性能稳定、价格便宜的AT89S51 芯片为主控模块，通过软件程序设计配合供电模块、时钟模块、驱动模块、报警模块、看门狗模块等小模块系统同步联动，主要解决学校教室灯光控制的难题，从而实现教室全自动化控制灯光。系统测试解决BUG 后，稳定性强，造价便宜。系统采用高内聚低耦合的设计理念，后期的维护成本低，硬件常见，是一个很好的自动化解决方案。此系统可进一步开发商用，配合现时物联网控制模块，适用面将会进一步提升。