基于红外线感应的自动路灯控制系统设计开题报告

毕业设计（论文）

（设计类）

开 题 报 告

课 题 名 称 基于红外线感应的自动路灯控制

系统设计

学 院

专 业 班 级

学 号

姓 名

评 分

指 导 教 师

开题报告

学 生 姓 名 学 号 专业班级

学 院 指导教师 职 称

课题名称 基于红外线感应的自动路灯控制系统设计

1. 课题设计的目的和意义

1.1 课题设计的目的

随着电子技术的发展，照明系统越来越趋于智能化，而从节能的角度看，基于红外线感应的自动路灯控制系统能实现人来灯自亮，离开后延时灭灯，并且可以通过物联网进行设备监控和辅助进行维护，从而实现便捷、节能的效果。目前植物园玻璃房和私人花房内小路上，只有很少的人在夜间通过，但仍然安装“长明灯”，不仅浪费电能，也降低了灯具的使用寿命。虽然声控开关方案也能实现，但声控开关在实际使用中常常需要发出较大声响才能打开，如果电灯放在在卧室等不能大声喧哗的场所附近，使用这种开关不合适。所以本设计就提出了基于红外线感应的自动路灯来实现人来灯亮、离开后延时灭灯,还通过物联网监控设备、辅助进行维护，来给人们的生活带来便利、减少不必要的耗电开支。

1.2 课题设计的意义

在自动化技术日趋成熟的今天，照明电路已是随处可见的了。照明电路不仅广泛应用于城市中而且已渗入到农村的各个角落。几乎是从农村到城市照明电路都起到了举足轻重的作用。基于红外线感应的自动路灯控制系统有力地推动了技术改造和产品的更新换代，应用前景十分光明。

2. 主要参考文献综述

1.1 国内外研究现状

目前，我国照明产品的设计制造缺乏独创，仿制较多，加工不够精密，功能较差，品种较少。“智能”照明更显落后，与国外相比，技术上差距较大。现阶段的照明系统，我国主要采用主电源经配电箱后，分成多路配电输出线，供给照明灯回路用电，由照明灯回路中的开关面板，对供电线路直接接通或断开，对灯进行控制。当前全球普遍存在的能源短缺和环境污染，在我国更为突出，每年用于照明的电能消耗占比高达12%～15%，所以必须努力寻找先进的替代产品。当前，LED有着较低的功率需求、响应速度快、而且绿色环保等优势，在目前能源紧缺的形势下，基于红外线感应的自动路灯就成了我国照明系统今后的发展方向。智能照明不仅使人们使用和维护更加方便，而且可靠性好、安装也更容易。 2.2 基于红外线感应的自动路灯的应用效果

智能化已成为当今社会发展的主流方向，涵盖范围非常广泛。但智能照明在我国却至今没被重视，仍然沿用落后的技术。目前，基于红外线感应的自动路灯控制系统具有明显的优越性，它在智能照明中的应用开始引起人们的关注，热度日益高涨，归纳起来，其应用效果如下：

（1） 改善周边环境；

（2） 明显提高节能效果。基于红外线感应的自动路灯控制系统采用先进的电子技术，进行智能开灯。当光较强时，不会亮，光较弱时，则自动亮灯，可以充分利用自然光，从而通过智能化管理，达到了节能；

（3） 可以减少维护费用。红外线感应的自动路灯控制系统，将普通照明的开与关的人力操作，变成了智能化自动控制，不仅可减少管理人员，还将使运行维护费用大为减少，减轻了投资者的负担。

（4） 可以通过远程控制。采用ESP8266模块通过物联网接入云平台。ESP8266价格便宜，可以低成本实现远程控制。同时还可监控设备、给维护带来便利。[4]

2.3 红外检测模块设计

红外传感器需要用到滤光窗（滤光片）。因为PIR传感器能感知的波长范围宽，增强抗干扰能力而只对人体辐射红外线敏感，所以就要用到滤光窗。考虑到滤光窗的波长范围（0.2um~20um），而人体辐射波长范围（09.35um~9.38um）。可知，人体辐射波长正好在滤光窗波长范围内。因此，滤光窗起到有效的阻值其他光源干扰，只允许人体辐射红外线通过的作用。

2.4基于红外线感应的自动路灯的发展趋势

基于红外线感应的自动路灯的优越性，以后将会拓展应用到其他领域，也将会不断地更新其功能，由于制作方便和节约能源，必将带来良好的经济效益和社会效益。该照明装置的最大特点就是操作简单、安装方便、智能性高且灵活。相信该照明装置在各地将得到广泛的应用。

3. 课题设计的主要内容

红外线感应的自动路灯是一款新型的路灯，它是利用红外线、热释电原理感应人体活动信息的新技术，设计、研发而成的， 当人或其他有温度的物体进入感应范围内，感应模块就会随即输出一个高电平脉冲信号、或者高电平延时信号，STM32收到信号后，又立即输出的感应脉冲或延时信号，驱动LED照明灯。本课题通过对红外线感应的自动路灯系统进行探索，以实现以下几个功能：

（1） 通过红外传感器检测是否有有人通过。通过STM32接入传感器，获取红外感应的状态，从而决定是否要开灯。通过人工智能，为人们提供更舒适和便利的生活条件； （2） 人类可用的自然资源是有限的，为了尽力节约能源，本设计利用智能化控制，自动点亮路灯并延时自动关闭，解决了路灯用电浪费的问题；

（3） 能自动分辨外部光线强度，进行自动控制，在光线较暗的时候电路才动作，大大降低了电能的损耗。

（4） 采用ESP8266模块通过物联网接入云平台。通过物联网监控设备以及辅助进行维护，提高了维护效率。

4. 设计方案

本设计包括硬件和软件设计两个部分，电路结构有无线模块、光敏检测电路、红外检测电路、电灯控制电路及相关的控制管理软件等，完成信息采集、处理等功能。

当有人进入红外探测区域时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，将传感器采集到的红外信号经过处理后送入STM32单片机进行采样，经单片机处理运算后驱动执行发光器控电路使发光器发光，满足设计要求。

4.1硬件结构设计

从设计的要求来分析该设计整个系统以STM32单片机为主控芯片，周边模块包括：无线模块、光敏检测模块电路、红外线感应模块电路设计、电灯控制模块电路等。它们之间的构成框图如图4-1硬件总体设计框图。

图 4-1硬件总体设计框图

各部分的主要功能如下：

（1）主控芯片：MCU采用意法半导体有限公司的stm32，采用CortexTM-M3内核，无线模块 电灯控制模块电路

红外线感应模块电路设计路 光敏检测模块电路

STM32 时钟电路

下载及调试电路 电源

液晶显示模块电路 具有5个串口输出，可以满足参数采集，无线通讯和软件调试的要求。整个系统是在系统软件控制下工作的。

（2）光敏检测模块电路：当感应到的光越强，光敏电阻的电流越大；光越弱，电流越小，可以把它看作一个电阻，光越强阻值越小，光越弱阻值越大，通过读出电压，就能确定周围环境光照强弱。

（3）红外线感应模块电路设计：感应外界环境中是否有人活动，从而判断是否应该打开路灯，方便人们进行各种活动。

（4）电灯控制模块电路：外部采集信号经过stm32处理判断过后，根据stm32发送的控制信号控制电灯电路通断。以达成我们最终需要的照明状态。

（5）无线模块：采用ESP8266模块通过物联网接入云平台，考虑到实际应用时通信距离等问题采用有线通信的方式不仅不方便并且会增加成本，因此采用无线通信。

（6）时钟电路：单片机还需要一个32.765KHZ的时钟作为内部HSL的时钟，因为内部低频时钟要求高，所以需要一个外部相对稳定的时钟作为内部低频时钟。

（7）下载及调试电路：在程序开发的过程中，需要下载bin或hex文件和在线仿真调试，所以stm32可采用SWD下载或者JTAG下载的方式。其中在高速模式下，SWD模式比JTAG模式更加可靠，且只需要4个引脚，所以实际开发中一般都采用SWD下载方式。

4.2系统软件设计

系统软件设计如图4-2主要程序流程图所示。

图4-2主要程序流程图

程序初始化以后，若为手动模式，实时收集指令，当收到指令即执行。若为自动模式，通过光敏检测模块电路送来的数据判断是否天黑，通过红外线感应模块电路设计送来的数据判断是否有人经过，当这两项都满足时，即灯亮，关灯倒计时设为60s，另有程序在关灯倒计时为0时灭灯，以实现延迟一段时间后自动关灯。

5. 实施计划

（1）2020-2021学年第一学期第18周：熟悉设计任务、进行调研。完成外文文献翻译初稿。

（2）2020-2021学年第一学期第19-20周：收集资料，完成开题报告撰写、外文文献翻译工作。

（3）2020-2021学年第二学期第1周: 开题报告答辩。

（4）2020-2021学年第二学期第2-3周：根据课题的原始资料，拟定设计方案并进行器件选型。 开始

初始化

手动模式？

天黑了吗？

有人经过吗？吗？

灯亮

关灯倒计时设为60s

Y

N

Y

Y N

N 手动控制 （5）2020-2021学年第二学期第4-5周：硬件接口设计。

（6）2020-2021学年第二学期第6周：软件接口开发。

（7）2020-2021学年第二学期第7-8周：编写说明书、控制软件并进行测试或者仿真。

（8）2020-2021学年第二学期第9-10周：完成毕业设计说明书、毕业论文初稿和文献阅读清单。

（9）2020-2021学年第二学期第11-12周：根据指导意见对初稿进行修改，完成定稿。

（10）2020-2021学年第二学期第13-14周：答辩前专项检查；毕业设计（论文）重复率检测；学生答辩资格审查。

6. 主要参考文献

[1]李奕轩，李鹏程，肖永军. 基于 ESP8266 的智能家居灯光控制系统[J]. 湖北工程学院学报.2020, (11):95-99

[2] 高淑芝,李天池. 基于单片机的教室照明智能控制系统设计[J]. 控制工程.

2020,27(11):2010-2015

[3] 张洋，刘军，严汉宇.原子教你玩STM32（库函数版）[M].北京：北京航空航天大

学出版社，2017.

[4] Olubiyi O. Akintade, Thomas K. Yesufu, Lawrence O. Kehinde. Development of

Power Consumption Models for ESP8266-Enabled Low-Cost IoT Monitoring Nodes

[J]．Advances in Internet of Things. 2019, (9): 1-14

[5] Giovanna Scarel1, Eric C. Stevens. The Effect of Infrared Light’s Power on

the Infrared Spectra of Thin Films[J].World Journal of Condensed Matter Physics.

2019, (9): 1-21