基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　對(duì)一些照明時(shí)間較長(zhǎng)、照明設(shè)備較多的場(chǎng)所(如學(xué)校教室、商場(chǎng)等)，其照明系統(tǒng)的使用浪費(fèi)現(xiàn)象屢見不鮮。由于缺乏科學(xué)管理和管理人員的責(zé)任心不強(qiáng)，有時(shí)在借助外界環(huán)境能正常工作和夜晚室內(nèi)空無(wú)一人時(shí)，整個(gè)房間內(nèi)也是燈火通明。這樣下來(lái)，無(wú)形中所浪費(fèi)的電能是非常驚人的。據(jù)測(cè)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(shí)施照明節(jié)能措施。這不僅可以節(jié)約能源，而且會(huì)產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)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(cè)電路、熱釋電紅外線傳感器及處理電路、單片機(jī)系統(tǒng)及控制電路組成。工作時(shí)，光照檢測(cè)電路和熱釋電紅外線傳感器采集光照強(qiáng)弱、室人是否有人等信息送到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)這些信息通過(guò)控制電路對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行開關(guān)操作，從而實(shí)現(xiàn)照明控制，以達(dá)到節(jié)能的目的。

　　2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　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(shí)間顯示電路，用于顯示當(dāng)前的時(shí)間。由于該部分硬件與軟件均已成熟，在此不做詳細(xì)介紹。

　　2.1中心控制模塊

　　目前較為流行的單片機(jī)有AVR和51單片機(jī)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能需求及成本考慮，51單片機(jī)性價(jià)比更高。AT89C52是擁有2個(gè)外部中斷、2個(gè)16位定時(shí)器、2個(gè)可編程串行UART的單片機(jī)。中心控制模塊采用AT89C52單片機(jī)已完全滿足設(shè)計(jì)需要，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)控制。

　　2.2光照檢測(cè)電路

　　如圖2所示，當(dāng)外界環(huán)境光照強(qiáng)時(shí)，光敏電阻R13阻值較小，則A點(diǎn)電平較低；當(dāng)外界環(huán)境光照弱時(shí)，光敏電阻R13阻值較大，則A點(diǎn)電平較高，將此電平送到單片機(jī)，由程序控制是否實(shí)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(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?a target="_blank">信號(hào)。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(dòng)安裝等特點(diǎn)。實(shí)際使用時(shí)，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(cè)距離及范圍。實(shí)驗(yàn)證明，熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡，則其檢測(cè)距離僅為2 m左右；而配上菲涅爾透鏡后，其檢測(cè)距離可增加到10 m以上。

　　由于熱釋電傳感器輸出的信號(hào)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(hào)，因此傳感器的輸出信號(hào)必須經(jīng)過(guò)一個(gè)專門的信號(hào)處理電路，使得傳感器輸出信號(hào)的不規(guī)則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。

　　根據(jù)以上要求，人體熱釋電檢測(cè)電路組成框圖如圖3所示。

　　2.3.2 信號(hào)處理電路

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

　　圖 4中，熱釋電傳感器S極輸出信號(hào)送入BIS0001的14腳，經(jīng)內(nèi)部第一級(jí)運(yùn)算放大器放大后，由C3耦合從12腳輸入至內(nèi)部第二級(jí)運(yùn)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(hào)去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，最后從12腳輸出信號(hào)(Vo)送入單片機(jī)進(jìn)行照明控制。實(shí)驗(yàn)所得，當(dāng)傳感器檢測(cè)室內(nèi)有人時(shí)，；無(wú)人時(shí)。

　　BIS0001的1腳接高電平，使芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出Vo(高電平)的延遲時(shí)間Tx由外部R8和C7的大小調(diào)整；觸發(fā)封鎖時(shí)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(shí)時(shí)間選擇電路

　　系統(tǒng)在AT89C52的P1中設(shè)置了延時(shí)時(shí)間選擇電路，其目的是在環(huán)境光照較弱時(shí)，照明設(shè)備延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅。電路通過(guò)P1.0～P1.3設(shè)置4個(gè)延時(shí)時(shí)間，當(dāng)P1.0～P3.0無(wú)開關(guān)閉合時(shí)，系統(tǒng)按初始值進(jìn)行延時(shí)；當(dāng)P1.0～P1.3有開關(guān)閉合時(shí)，程序從P1.3～P1.0進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)到某一端口為低電平時(shí)，則系統(tǒng)按當(dāng)前端口設(shè)置的值進(jìn)行延時(shí)。設(shè)置時(shí)間關(guān)系值如表1所示。

　2.4.2輸出控制電路

　　單片機(jī)對(duì)光照檢測(cè)電路和傳感器處理電路輸出的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，輸出控制信號(hào)由單片機(jī)的P2.0輸出。在室內(nèi)環(huán)境光照較強(qiáng)或光較弱但室內(nèi)又無(wú)人時(shí)，P2.0輸出高電平，此時(shí)三極管V1截止，繼電器J1不工作，則接在220 V上的照明設(shè)備不亮。在室內(nèi)光照較弱且傳感器檢測(cè)室內(nèi)有人時(shí)，則P2.0輸出低電平，此時(shí)三極管V1導(dǎo)通，繼電器J1工作，則220 V交流電通過(guò)繼電器加到照明設(shè)備上，照明設(shè)備正常點(diǎn)亮。

　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　軟件部分的主要任務(wù)是完成對(duì)光照檢測(cè)電路和對(duì)熱釋電傳感器信號(hào)處理電路的輸出信號(hào)進(jìn)行處理。在光照較強(qiáng)時(shí)，系統(tǒng)繼續(xù)對(duì)光照檢測(cè)電路的輸出狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。光照較弱時(shí)，系統(tǒng)對(duì)信號(hào)處理電路的輸出狀態(tài)Vo進(jìn)行檢測(cè)。若室內(nèi)有人時(shí)Vo為高電平，系統(tǒng)控制照明設(shè)備點(diǎn)亮并按設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行延時(shí)。在延時(shí)時(shí)間內(nèi)再一次檢測(cè)到有人時(shí)，則系統(tǒng)又按設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行延時(shí)；若在延時(shí)時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到室內(nèi)無(wú)人時(shí)，則系統(tǒng)控制照明設(shè)備熄滅并重新對(duì)信號(hào)處理電路的輸出狀態(tài)Vo進(jìn)行檢測(cè)。

　　基于上述分析，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　本次設(shè)計(jì)的智能照明控制系統(tǒng)，適用于學(xué)校、商場(chǎng)等大面積室內(nèi)場(chǎng)所的照明控制，可以有效地對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，達(dá)到科學(xué)管理與節(jié)能的目的。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、工作穩(wěn)定、可靠性高。若在該系統(tǒng)中增加報(bào)警裝置，也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警功能。