基于單片機實現(xiàn)智能照明控制系統(tǒng)的設計

基于單片機實現(xiàn)智能照明控制系統(tǒng)的設計

　對一些照明時間較長、照明設備較多的場所(如學校教室、商場等)，其照明系統(tǒng)的使用浪費現(xiàn)象屢見不鮮。由于缺乏科學管理和管理人員的責任心不強，有時在借助外界環(huán)境能正常工作和夜晚室內(nèi)空無一人時，整個房間內(nèi)也是燈火通明。這樣下來，無形中所浪費的電能是非常驚人的。據(jù)測算，這種現(xiàn)象的耗電占其單位所有耗電的40％左右。因此，有必要在保證照明質(zhì)量的前提下，實施照明節(jié)能措施。這不僅可以節(jié)約能源，而且會產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益。

　　1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。本系統(tǒng)主要由光照檢測電路、熱釋電紅外線傳感器及處理電路、單片機系統(tǒng)及控制電路組成。工作時，光照檢測電路和熱釋電紅外線傳感器采集光照強弱、室人是否有人等信息送到單片機，單片機根據(jù)這些信息通過控制電路對照明設備進行開關(guān)操作，從而實現(xiàn)照明控制，以達到節(jié)能的目的。

　　2系統(tǒng)硬件設計

　　按圖1構(gòu)成的系統(tǒng)硬件電路如圖2所示。為了使系統(tǒng)功能更加完善，在該系統(tǒng)中可以增加時間顯示電路，用于顯示當前的時間。由于該部分硬件與軟件均已成熟，在此不做詳細介紹。

　　2.1中心控制模塊

　　目前較為流行的單片機有AVR和51單片機，從系統(tǒng)設計的功能需求及成本考慮，51單片機性價比更高。AT89C52是擁有2個外部中斷、2個16位定時器、2個可編程串行UART的單片機。中心控制模塊采用AT89C52單片機已完全滿足設計需要，實現(xiàn)整個系統(tǒng)控制。

　　2.2光照檢測電路

　　如圖2所示，當外界環(huán)境光照強時，光敏電阻R13阻值較小，則A點電平較低；當外界環(huán)境光照弱時，光敏電阻R13阻值較大，則A點電平較高，將此電平送到單片機，由程序控制是否實現(xiàn)照明。

　　2.3熱釋電傳感器及處理電路

　　2.3.1熱釋電紅外線傳感器

　　熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?a target="_blank">信號。熱釋電傳感器具有成本低、不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源、靈敏度高、可流動安裝等特點。實際使用時，在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡，這樣可大大提高接收靈敏度，增加檢測距離及范圍。實驗證明，熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡，則其檢測距離僅為2 m左右；而配上菲涅爾透鏡后，其檢測距離可增加到10 m以上。

　　由于熱釋電傳感器輸出的信號變化緩慢、幅值小(小于1 mV)，不能直接作為照明系統(tǒng)的控制信號，因此傳感器的輸出信號必須經(jīng)過一個專門的信號處理電路，使得傳感器輸出信號的不規(guī)則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機處理的數(shù)字信號。

　　根據(jù)以上要求，人體熱釋電檢測電路組成框圖如圖3所示。

　　2.3.2 信號處理電路

　　本設計采用BIS0001來完成對熱釋電傳感器輸出信號的處理。BIS0001是一款具有較高性能的熱釋電傳感器信號處理集成電路，它主要由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成。由BIS0001構(gòu)成的信號處理電路如圖4所示。

　　圖 4中，熱釋電傳感器S極輸出信號送入BIS0001的14腳，經(jīng)內(nèi)部第一級運算放大器放大后，由C3耦合從12腳輸入至內(nèi)部第二級運算放大器放大，再經(jīng)電壓比較器構(gòu)成的鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號去啟動延遲時間定時器，最后從12腳輸出信號(Vo)送入單片機進行照明控制。實驗所得，當傳感器檢測室內(nèi)有人時，；無人時。

　　BIS0001的1腳接高電平，使芯片處于可重復觸發(fā)工作方式。輸出Vo(高電平)的延遲時間Tx由外部R8和C7的大小調(diào)整；觸發(fā)封鎖時間Ti由外部R9和C6的大小調(diào)整。

　　2.4控制電路

　　2.4.1延時時間選擇電路

　　系統(tǒng)在AT89C52的P1中設置了延時時間選擇電路，其目的是在環(huán)境光照較弱時，照明設備延時一段時間后自動熄滅。電路通過P1.0～P1.3設置4個延時時間，當P1.0～P3.0無開關(guān)閉合時，系統(tǒng)按初始值進行延時；當P1.0～P1.3有開關(guān)閉合時，程序從P1.3～P1.0進行檢測，若檢測到某一端口為低電平時，則系統(tǒng)按當前端口設置的值進行延時。設置時間關(guān)系值如表1所示。

　2.4.2輸出控制電路

　　單片機對光照檢測電路和傳感器處理電路輸出的信號進行檢測，輸出控制信號由單片機的P2.0輸出。在室內(nèi)環(huán)境光照較強或光較弱但室內(nèi)又無人時，P2.0輸出高電平，此時三極管V1截止，繼電器J1不工作，則接在220 V上的照明設備不亮。在室內(nèi)光照較弱且傳感器檢測室內(nèi)有人時，則P2.0輸出低電平，此時三極管V1導通，繼電器J1工作，則220 V交流電通過繼電器加到照明設備上，照明設備正常點亮。

　　3系統(tǒng)軟件設計

　　軟件部分的主要任務是完成對光照檢測電路和對熱釋電傳感器信號處理電路的輸出信號進行處理。在光照較強時，系統(tǒng)繼續(xù)對光照檢測電路的輸出狀態(tài)進行檢測。光照較弱時，系統(tǒng)對信號處理電路的輸出狀態(tài)Vo進行檢測。若室內(nèi)有人時Vo為高電平，系統(tǒng)控制照明設備點亮并按設定的時間進行延時。在延時時間內(nèi)再一次檢測到有人時，則系統(tǒng)又按設定的時間進行延時；若在延時時間內(nèi)檢測到室內(nèi)無人時，則系統(tǒng)控制照明設備熄滅并重新對信號處理電路的輸出狀態(tài)Vo進行檢測。

　　基于上述分析，系統(tǒng)軟件設計流程如圖5所示。

　　4結(jié)語

　　本次設計的智能照明控制系統(tǒng)，適用于學校、商場等大面積室內(nèi)場所的照明控制，可以有效地對照明設備進行自動控制，達到科學管理與節(jié)能的目的。實驗證明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、工作穩(wěn)定、可靠性高。若在該系統(tǒng)中增加報警裝置，也可實現(xiàn)自動報警功能。