基于單片機(jī)的節(jié)能燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

□黃 超 蒲永紅 劉純鑫 李洪陽(yáng)

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源短缺問(wèn)題日益突出，作為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活不可或缺的電力能源更是如此。目前在一些公共場(chǎng)所內(nèi)，如學(xué)校的樓宇樓道、學(xué)校教室、圖書館等地方，經(jīng)常出現(xiàn)空無(wú)一人卻燈火通明的現(xiàn)象，造成了電能的巨大浪費(fèi)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，照明燈的控制與管理也朝著智能化方向發(fā)展，在很多社區(qū)樓道出現(xiàn)的聲控?zé)艟褪枪?jié)能燈的一種模式。然而在國(guó)內(nèi)各種教育單位，如中小學(xué)高校在內(nèi)，由于人員緊張，學(xué)生增多，在教室、圖書館燈光管理等節(jié)能規(guī)劃方面還比較欠缺，造成了不必要的浪費(fèi)。針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)開發(fā)簡(jiǎn)便實(shí)用的公共場(chǎng)所照明燈自動(dòng)控制系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、基于單片機(jī)的節(jié)能燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理

圖1 基于單片機(jī)的節(jié)能燈控制系統(tǒng)

(一)系統(tǒng)的總體框圖。本文的節(jié)能燈控制系統(tǒng)利用單片機(jī)作為核心控制芯片，整個(gè)系統(tǒng)包含圖1 所示的七個(gè)主要模塊，單片機(jī)作為主控芯片，人體感應(yīng)模塊識(shí)別人體，光敏智能識(shí)別光線，電壓比較器來(lái)將光敏的芯片處理給單片機(jī)，繼電器控制負(fù)載燈，當(dāng)光線暗并且有人時(shí)，繼電器會(huì)吸合，從而驅(qū)動(dòng)任何負(fù)載，智能延時(shí)，當(dāng)沒(méi)有人時(shí)燈不會(huì)亮，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能、智能的效果。

(二)單片機(jī)主控模塊。本次選用STC89C52 作為控制芯片，STC89C52 是一種帶8K 字節(jié)閃爍可編程擦除式只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能微處理器，俗稱單片機(jī)。STC89C52 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)可以由內(nèi)部和外部?jī)煞N方式產(chǎn)生，內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)是在該芯片的XTAL1 和XTAL2 引腳外接定時(shí)元件，一般是石英晶體和電容組成的諧振回路［1～2］。

(三)人體感應(yīng)模塊。人體感應(yīng)模塊核心元件是被動(dòng)式紅外傳感器，利用探測(cè)人體發(fā)出的10μM 左右的紅外線進(jìn)行工作的［3］。當(dāng)有人進(jìn)入特定的環(huán)境中，人體發(fā)出的紅外線被感應(yīng)器接收，則探測(cè)到人存在的信號(hào)，被感應(yīng)到的信號(hào)會(huì)被封鎖一段時(shí)間，此時(shí)其他信號(hào)感應(yīng)器不接收。假如人體進(jìn)入傳感器捕捉不敏感的地方，感應(yīng)信號(hào)不理想，探測(cè)器就會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，所以安裝時(shí)要注意人體傳感器的方向。人體傳感器的電路圖如圖3 所示，圖中三極管是為了增加傳感器輸出信號(hào)的可靠性，同時(shí)可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED 充當(dāng)指示作用。

圖2 單片機(jī)的最小系統(tǒng)

圖3 人體傳感器電路圖

(四)光敏模塊。光敏模塊主要由光敏電阻和LM393 電壓比較器組成，光敏電阻器的電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變，所以稱為光電導(dǎo)探測(cè)器。光敏電阻有兩種，其中一種入射光越強(qiáng)，其電阻減小，相反電阻增大。另外一種入射光薄弱，電阻減小，反之相反。

電壓比較器主要用于對(duì)兩個(gè)輸入電壓進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果來(lái)確定是輸出高電平還是低電平電壓，從而判斷輸入信號(hào)的極性。電壓比較器常用于自動(dòng)控制、越限報(bào)警等場(chǎng)合。本文的節(jié)能燈系統(tǒng)利用光敏阻值的變化與電阻進(jìn)行分壓，得到的電壓值給LM393 電壓比較器進(jìn)行電壓比較，通過(guò)10k 可調(diào)電阻可以實(shí)現(xiàn)光線限值的調(diào)節(jié)。感應(yīng)光線是否過(guò)弱，將信號(hào)給單片機(jī)處理，其原理如圖4。

圖4 光敏模塊電路圖

(五)繼電器驅(qū)動(dòng)模塊。繼電器驅(qū)動(dòng)模塊主要是利用電磁繼電器吸合和釋放來(lái)帶動(dòng)負(fù)載的接通和斷開［4］。本系統(tǒng)的繼電器驅(qū)動(dòng)電路主要由三極管來(lái)完成，其電路原理圖如圖5 所示，PNP 型號(hào)的三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器，LED 燈是繼電器吸合的指示燈，當(dāng)繼電器吸合時(shí)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載，電燈點(diǎn)亮;同時(shí)LED 也會(huì)得電，達(dá)到指示的作用。

圖5 繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖

二、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

節(jié)能燈系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，采用模塊化的程序設(shè)計(jì)思想，讓單片機(jī)加載程序并運(yùn)行，對(duì)距離、時(shí)間、光照強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果控制繼電器的輸出，系統(tǒng)的軟件總流程圖如圖6 所示。本系統(tǒng)軟件部分采用C 語(yǔ)言的編程實(shí)現(xiàn)，在編譯完C 后，再燒錄到開發(fā)板上，實(shí)現(xiàn)實(shí)物與程序的連接。在完成對(duì)程序的調(diào)試、燒錄之后，還需要對(duì)其進(jìn)行演示，把開發(fā)板與電腦連上，設(shè)置好對(duì)應(yīng)的接口，完成供電及下載。開始供電后，稍等十幾秒時(shí)間，因?yàn)槿梭w感應(yīng)模塊要預(yù)熱一段時(shí)間。當(dāng)看到人體感應(yīng)模塊檢測(cè)人體指示燈正常亮了，那說(shuō)明系統(tǒng)可以正常工作了，當(dāng)光敏檢測(cè)到環(huán)境暗時(shí)，同時(shí)檢測(cè)到人體時(shí)，繼電器就會(huì)吸合，繼電器指示燈會(huì)亮起。人體感應(yīng)模塊檢測(cè)不到人體時(shí)，繼電器會(huì)斷開。

圖6 系統(tǒng)軟件總流程圖

三、結(jié)語(yǔ)

本文的節(jié)能燈控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，利用C 語(yǔ)言編程，通過(guò)人體傳感電路、光敏電路、繼電器驅(qū)動(dòng)等相關(guān)電路的功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)照明燈的自動(dòng)開關(guān)控制。系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，能有效節(jié)省電能。

［1］徐新艷.單片機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)踐［M］.北京:高等教育出版社，2005

［2］吳金戌，沈慶陽(yáng)，郭庭吉.8051 單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2002

［3］趙玉安.人體熱釋電紅外線傳感器介紹［J］.中國(guó)電子制作，2006，9(1)

［4］李強(qiáng)華，尚江龍，張根寶，楊紅喜.教學(xué)樓智能燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2007，15(8):1011～1013