自動感應照明控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

趙宇飛 聶李迅 石巖 劉楊

摘 要： 本文設計了一套智能照明系統(tǒng)，集多種功能為一體，實現(xiàn)了自動調光和手動調光兩種調光方式。本次設計的硬件部分包括人體感應模塊、LED指示模塊、光敏模塊、照明模塊、按鍵模塊和單片機控制模塊等。選擇了STC89C51RC芯片作為單片機的主要控制芯片，LED指示燈模塊采用LED對不同工作模式進行指示，光敏模塊采用ADC0832來采集光信號，調光模塊采用PWM調光技術自動調節(jié)光源來滿足外界的光照度要求。軟件設計語言采用C語言。通過后期的實驗驗證，所有的控制功能都能實現(xiàn)。

關鍵詞： 智能照明；PWM調光；紅外感應；光敏電阻光強感應

0 引言

進入21世紀以來，隨著科技水平的不斷提高，人們的生活水平也在不斷提升。在高校對教室內部照明的需求也越來越大，大量的教室經(jīng)常都開著燈，浪費了大量的電能。因此，改進對教室燈具的控制水平有著重要的意義。隨著自動化水平的不斷提升，關于燈光的管理和發(fā)展也在逐步實現(xiàn)智能化和現(xiàn)代化。因此應該發(fā)展新型的室內燈光控制理念，與當前的智能化控制時代相互融合。

1系統(tǒng)方案的選擇

本篇論文設計了比較簡單的自動照明燈控制系統(tǒng)，可通過熱釋紅外人體傳感器對是否有人存在進行檢測，接著利用光敏電阻對環(huán)境光的強度進行檢測，隨后利用外界光強條件，判斷和識別人體及環(huán)境光信號，最終實現(xiàn)完全控制教室的燈光，盡量減少教室用電的浪費問題。其原理圖如圖1所示。

調節(jié)LED光輸出強度可以通過降低LED電流來實現(xiàn)，不過，LED的彩色變化也會隨著正向電流的改變而改變。大量的應用如LCD背光與汽車的照明等都要求LED不出現(xiàn)色彩漂移問題?？梢蕴砑覲WM信號對LED亮度進行控制，LED的調光需要在彩色不改變的狀況下完成。PWM用來對脈沖的寬度進行調節(jié)，其中脈沖的高電平時間就是它的寬度。此信號對LED的亮度進行調節(jié)時，信號的頻率保持恒定，脈沖的高電平時間發(fā)生變化，也就是指LED導通的時間。

2 硬件設計

2.1 LED驅動電路

由電流I的公式可得到，用定時器調節(jié)峰谷值的時間長度進而調節(jié)PWM占空比能使電流得以控制。這里用9012實現(xiàn)控制，高電平時，由公式可算出基極沒有電流，因此led不亮，所以低電平有效，只需控制低電平時間更長led便能更亮

2.2 人體紅外檢測電路

熱釋電紅外探測器可對移動的物體和作為背景的物體之間的溫度差異進行感應。人體的體溫都是恒定在37度左右，人體發(fā)射的紅外線在菲涅爾濾光片的增強作用下會聚集到紅外感應源上面，當紅外感應源在收到輻射溫度之后就會產(chǎn)生電荷平衡的失去，并從而向外釋放電荷，處理電路之后就會產(chǎn)生報警信號。

2.3 對電路的自動控制

利用光敏電阻對電阻的分壓作用，其得到的電壓值會給ADC0832，將其轉變?yōu)閿?shù)字信號，在后面的程序中會呈現(xiàn)對光線限值的調節(jié)。通過ADC0832進行模數(shù)轉換，將ADC0832設置成5V的參考電壓，將單片機的p3.3開口用定時器中斷輸出。對地電壓的輸出口是IN0，將ADC0832轉換成數(shù)字的量之后，通過OUT1-7輸出，可以讓單片機進一步來處理。

3 總體原理介紹

如圖2所示，左側的是時鐘電路與復位電路，單片機rst接收到高定平則會復位，單片機運行必須要用的電路，這里因為沒有特殊要求，所以晶振是最常用12mhz，因此電容20-30uf。設計中選用了20uf，全電路的電阻選用的都是2K歐，因為不要求準確的實驗數(shù)據(jù)，所以所有分電路都選用幾千歐姆。上面的電路是紅外顯示電路，檢測到人時，紅色的燈就會亮起。在它左邊的是按鍵指示電路，手動與自動切換時單片機輸出低電平，外接電源使其亮起，右邊的就是按鍵指示電路了，分別為加減檔按鈕和模式切換按鈕，通過接受低電平工作。下面是光敏電阻和ad采集芯片構成的電路，光敏電阻的電壓信號反饋成模擬的形式，傳數(shù)據(jù)給單片機[5]。右側是led驅動電路，一共有16個發(fā)光的led燈，通過單片機調節(jié)pwm波峰谷值，使其亮度變化，具體請看下述的軟件。最后還有電源電路在下方所示。

4 結論

用單片機作為主控芯片的PWM調光，燈上面設置了手動的控制以及自動控制和呼吸的模式。在進行自動的控制時，通過ADC0832模擬數(shù)字可以對光敏電阻的電壓不斷進行監(jiān)測，以此來進行自動調節(jié)，把測得的數(shù)值和理論上的數(shù)值進行對比，調整PWM的占空比，這一電路的設計非常簡單，可以大幅度的節(jié)省電能。