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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

作为最大的发展中国家，日渐强大的经济和日益增长的人口使我国成为能源消耗大国，节约资源，保护环境已成为经济持续健康发展所必须长期坚持的基本国策。电力是与人们生活联系得最为密切的能源，计划用电一直以来都是热门话题。在各大高校中，由于开放式的管理模式以及部分人员节能意识的淡薄，使得白天亮灯、人走不关灯等浪费现象比比皆是。这些浪费给资源和环境带来了沉重的负担。

智能教室灯光控制系统利用光敏电阻感应环境光线的强弱，光强足够时不亮灯，光强不够时亮灯；光电元件感应人的进出，统计教室中的人数并将其显示在液晶屏上，单片机根据人数控制亮灯的个数，这样做有利于节约电能和考勤，系统可选自动模式和手动模式，便于应对意外情况的需求，使得节约用电更加科学化、合理化、人性化，从节能环保的角度看，智能教室灯光控制系统具有很大的实际意义。

国内外研究现状

2005年周燕，覃如贤设计了教室灯光智能控制系统。该系统以8051单片机作为核心部件，人体检测采用主动式红外扫描技术，功率接口采用固态继电器，电路和程序调整灵活，可实现照明的定时控制、环境亮度控制、人体红外检测和手动控制等功能，使灯光只在需要的时间和地点才点亮，达到节约能源的目的。该系统采用了模块式的组合设计方案，在实际施工中，尤其是对旧的灯光系统进行改造时，可以根据实际情况灵活调整系统设计，可以方便施工，节约成本。

2. 研究的基本内容

本设计采用Arduino Nano单片机作为控制器对发光二极管、1602液晶显示屏等进行控制，运用F5光敏二极管、E3F-DS30C4漫反射红外线光电感应开关等将采集到的信号传输给单片机Arduino Nano。根据当时的光线强度和进出人数判断是否亮灯以及亮几盏灯，从而实现智能控制，当不需要智能控制时，也可以切换为手动模式，手动选择是否亮灯和亮灯数，系统框图如下：

3. 实施方案、进度安排及预期效果

(1)主控芯片：本系统采用arduino nano为主控芯片。arduino是基于avr命令集的电子开发平台，它可以读取大量开关和传感器数据，同时可以控制不同种类的电子元器件等各种物理设备。基于arduino的控制系统既可以独立运行，也可以在运行的同时又和计算机中正在运行的其他程序进行数据通讯。arduino极大地简化了内部芯片的工作顺序，且arduino编程环境可以完美兼容linux等多种应用系统。此外，arduino还具有软件开源且可扩展、价格低廉、编程环境简单、硬件开源且可扩展等优点。

(2)电源模块： 电源模块采用5v直流电和7805稳压芯片。 7805是电子产品中常见的三端稳压集成电路，它只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。用7805来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过压、过流及过热的保护电路，性能稳定，使用起来方便可靠，而且价格便宜。

(3)光线检测模块：光线检测模块采用f5光敏二极管。光线检测就是利用光敏二极管的特性，无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。工作原理：光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部分是一个pn结。光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1μa），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入pn结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大，这种特征称为“光电导”。光敏二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路接上负载，负载上就获得了电信号，而这个电信号随着光的变化而相应变化。在光线不够强时，能够根据进入教室人数的多少亮灯，而光线充足时，只计数，不亮灯。

4. 参考文献

[1] 陶资, 谢艳新, 孙丽爽, 等. 基于单片机的教室灯光智能控制系统的研究[J], 吉林农业科技学院学报，2014:33-35.[2] 梁佩莹, 蔡忠岳, 陈培宏, 等. 教室灯光智能控制系统的设计[J], 电子测量技术, 2014:83-87.[3] 刘熙昌, 孔祥营, 孙景明, 等. 基于Arduino的智能照明设计[J], 科教导刊, 2015:132-152.[4] 蔡睿妍. Arduino的原理及应用[J], 电子设计工程, 2012:155-157.[5] 赵春，谢艳艳. 教室灯光节电设计[J], 内蒙古科技与经济, 2016:114-115.[6] Dan Ding, Rory A. Cooper, Paul F. Pasquina,etc. Sensor technology for smart homes[J], MKaturitas, 2011:131-136.[7] 官家瑶, 祝淑琼, 李云峰,等. 浅谈LCD1602液晶屏在Arduin上的使用方法[J], 无线互联科技，2015:141-143.[8] Jun Zhu. Smart Home Control System Based on Internet of Things[J], Applied Mechanics and Materials, 2015:233-237.[9] 冯凌杰, 刘应波, 姜代平. 基于凌阳单片机的多功能教室灯光控制系统[J], 电脑知识与技术, 2009:7142-7143.

[10] 王希娟. LED照明智能控制系统设计[J]. 制造业自动化, 2012:128-131