室内无人自动断电节能器设计(编辑修改稿)

室内无人自动断电节能器设计(编辑修改稿)内容摘要：

减少 各行各业 总 能耗，进而缓解能源紧张的局面，利于国家能源战略的实施，推进节约型社会的建立；从微观上说，可以减少 办公室 总 能耗，降低 各类单位的用电费用， 减少 能源消耗 开支。 同时， 节能是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措，节能是建设资源节约型、环境 友好型社会的必然选择，节能 对于调整经济结构、转变增长方式、提 高人民生活质量、维护中华民族长远利益，具有极其重要而深远的意义。 课题主要研究的内容 在充分调查了 天水师范学院各二级学院公共办公室及行政管理各办公室用电设备及其工作情况的前提下，通过 深入 的学习与论证，设计并完成了整套无人自动断电装置，所做的主要工作有： （ 1） 对 MCS51 内核的单片机 进行了深入的学习，主要对 AT89C51 和AT89C2051 进行了 详细 的 研究 ，并 大量 查阅了其 在生活中 的应用 实例。 （ 2） 对现有的各类无线传输模块进行了选型，并 对 蓝牙 无线通讯模块进行了 研究与学习，了解了其 基本特性，对其 组网与数据传输 进行了详细的学习 ，在本节能装置 设计中得到了很好的应用。 （ 3） 对 可以进行人员活动探测的传感器进 行了选型，具体 对热释红外传感器进行了学习 ，了解了 具体的应用 实例。 （ 4）学习了现代电子系统的抗干扰处理措施，并应用了 多种隔离措施，使整个系统的稳定运行得到了保证。 （ 5）进行了节能装置的实物设计与测试，并验证了该装置的可行性。 系统总框图 本系统分为主控制设备和感知设备， 感知设备 以低功耗方式工作， 安装在室内 能探知有人活动的最佳位置处，当探知有人活动时，向控制端发送有人信息，控制端收到感知端发来的有人活动信息后，接通总电源， 并进行延时计时，当延时到而没有再次收到有人活动的信息 时，判断为室内不再有人活动，切断总电源。 考虑到办公室内布线的成本和施工的 困难 性 ，控制端和感知端 采用 无线通讯模块进行数据交换 ，使系统的安装变得简单易行。 系统总结构如 图 21 所示。 图 21 系统总 结构 图 系统设计要求 本系统应用在各类公共办公室内，由于办公室内在正常上班工作时要求供电安全稳定 且 可靠，在无人活动时，要求断电以节省电能，为 适应 实际的应用，本节能装置应满足以下要求： （ 1） 稳定可靠 ： 本节能装置应用在办公室里，在办公室正常上班工作时，由于断电会使电脑等一些需要保存数据的设备丢失数据， 造成不必要的损 失， 所以必须保证系统在正常供电时 可靠稳定， 不能出现断电现象， 以防止重要数据丢失。 （ 2） 通讯稳定： 本节能装置的主控制端和感知端之间通过无线方式进行通讯，在设计 和安装 时要充分的考虑无线模块的通讯距离与避障能力，确保主控制端和感知端的数据传输畅通，使 整个系统 有一个 安全可靠的运行 环境。 （ 3） 抗干扰能力 :由于系统 采用 交流市电 供电 ，交流市电 网中 的各种干扰会对系统的稳定 运行 造成 不同程度 的影响， 严重时，会 使 系统运行 出现错误，因此系统应具备很强的抗干扰能力。 （ 4） 安全保护： 在办公室内，用电设备的最大总功率无法预先确定，过大的功率会 导致 本 装置 损坏，所以本装置应具备过流和过压保护 功能 ，还应具备防雷击的保护功能，以保证 系统运行的安全可靠和 办公室内各种用电设备 的安全。 3. 系统的硬件设计 主控制端 硬件设计 主控制端硬件主要由微控制器，无线通讯模块，隔离电路，继电器电路，延时输入和系统工作状态指示电路组成， 完成与感知端的通讯，继电器的控制，系统抗干扰处理等功能， 具体的结构如图 31 所示。 图 31 主控制端 结构 图 感知端 硬件设计 感知端硬件主要由微控制器，无线通讯模块，热释红外传感器和系统工作状态指示电路组成，完成与主控制端的通 讯，有无人员活动的探知，系统抗干扰处理等功能，具体的结构如图 32 所示。 图 32 感知端 结构 图 单片机 选型与最小系统设计 MCS51 内核单片机介绍 MCS51 内核 单片机采用的是哈佛结构 ， 将程序存储器和数据存储器分开。 MCS51 单片机由 8 位 CPU、只读存储器 EPROM／ ROM、读写存储器 RAM、并行 I／ O 口、串行 I／ O 口、定时器／计数器、中断系统、振荡器和时钟电路等部分组成。 各部分之间通过内部总线相连。 （ 1） MCS51 系列单片机的主要特性 ： 8 位字长 CPU 和指令系统。 1 个片内时钟振荡器和时钟电路。 64K 外部数据存储器的地址空间。 64K 外部程序存储器的地址空间。 32 条双向且分别可位寻址的 I／ O 口线。 128 字节的片内 RAM(52 子系列为 256 字节 )。 2 个 16 位定时器／计数器 (52 子系列为 3 个 )。 具有 2 个优先级的 5 个中断源结构 (52 子系列有 6 个 )。 1 个全双工串行口。 1 个布尔处理器。 （ 2） MCS51 单片机的功能模块框图如图 331 所示。 图 331 MCS51 单片机功能模块框图 目前市场上 MCS51 内核的单片机有很多家公司的产品，比如 Motorola， Microchip， Intel， Zilog， Atmel， TI 公司 MSP430， STC 系列 ，凌阳单片机 ， 华帮单片机 等。 考虑到系统 的非复杂性，我们选择常用的 Atmel公司生产的 AT89C51 和 AT89C4051 单片机来完成本次设计。 AT89S51 单片机介绍 AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位 单片机 ，片内含 4k Bytes ISP的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司 的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储 单元。 （ 1） AT89S51 特性 ： •与 MCS51 产品指令系统完全兼容 •－ 的工作电压范围 • 4K字节可编程 FLASH 存储器 (寿命： 1000 写 /擦循环 ) • 全静态工作： 0Hz33MHz • 128*8 位内部 RAM • 32 条可编程 I/O 线 • 两个 16 位 定时器 /计数器 • 6 个中断源 ， 5 个中断优先级 ， 2 层中断嵌套 • 2 个可编程全双工串行通信口通道 • 低功耗的闲置和掉电模式 • 看门狗 （ WDT）电路，片内 时钟振荡器 和时钟电路 • 具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求 （ 2） 主要 端口 说明： P0 口 ： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口 ： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为 低 八位地址接收。 P2 口 ： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写 “1”时，其管脚被内部。