基于单片机的室内照明控制系统设计_周东辉

- 43 - 基于单片机的室内照明控制系统设计 周东辉 张 鑫 （温州医学院，温州 浙江 325035） 【摘 要】基于单片机的室内照明控制系统以单片机为核心，辅以红外检测模块，光照检测模块，声光提示模块、数码显示模块以及灯光控制模块组成完整的控制系统。通过红外检测模块对室内进出人数进行计数，单片机根据需要控制照明系统工作。系统综合考虑了照明系统设计的可行性和实用性，并实现了具体的功能，效果良好。 【关键词】单片机；红外传感器；光敏电阻 【中图分类号】TP21 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2012)05-0043-02 Indoor lighting control system design based on SCM Abstract: This paper introduces in detail the indoor lighting control system based on the single-chip microcomputer. The complete control system is based on SCM as the core, complementary with infrared detection module, sound and light direction module, digital display module and lighting control module. The infrared detection module is designed to count the number of people. The feasibility and practicality of the indoor lighting control system is considered. Practice shows that the system operation effect is good Keywords: SCM; Infrared sensors; Photoconductive resistance 1 引言 随着计算机网络、通信、控制等技术的发展，智能控制的发展越来越迅猛。目前对灯光的智能控制，已经发展得较为成熟，但是对教室室内灯光的智能控制却是比较缺乏和不完善的。由于人的自觉性以及自觉节能意识普遍薄弱，在白天光线足够强时也开灯，人离开后还亮着灯的现象普遍存在。教室的灯光控制依然是采用传统式的人工管理，教室极多，管理人员要挨个管理，这样就造成了不必要的电能浪费和经济损失。再者，现代自动化程度不断提高，单片机控制的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。例如楼道灯光、厕所灯光、路灯的自动控制等等。所有这些使得室内灯光控制也应该朝着智能控制的方向发展。 2 系统实现的功能及分析 2.1 拟解决的关键问题 （1）人数的采集，也就是要检测到人的进与出的总数。 （2）环境光参数的输入采集问题。 （3）出现照明系统被强行关闭的自动报警电路的设计。 2.2 功能分析 本文所设计的控制器以自然光强度和人体的存在作为控制器的两个主要输入参数。教室或者实验室灯光控制器可实现有效的对灯光智能控制，其输入参数主要是人体存在的信号和环境信号等外界因素。可以实现手动和自动控制相兼容。 （1）在自然光较强，光现足够时，无论人体是否存在，都不开灯。 （2）在自然光较弱时，有人存在且超过一定的时间，控制器自动打开电灯，并且能够根据存在的人数来决定开启的灯光数。当无人在室内时，不开灯；当人数少于2人时，开启两盏灯；人数少于等于4人时，开启四盏灯；人数超过4人时，开启六盏灯，也就是全开。 （3）能够实现手动控制全开或者全开功能。 3 总体方案设计 本设计针对室内灯光的智能控制方法，尤其是智能控制方面的发展现状。提出了一种用利用发射与接收以及光照检测相结合的灯光智能控制系统。系统总体框图如图1所示。本系统控制单元是以单片机主控制模块为核心，其他外围电路主要包括：系统供电模块、硬件时钟模块、光线亮度采集模块、人数采集电路、数码管显示电路、路灯控制电路等模块。 总第14卷153期 大 众 科 技 VoL.14 No.5 2012年5月 Popular Science & Technology May 2012

【收稿日期】2012-03-25 【作者简介】周东辉（1988－），男，浙江丽水人，温州医学院仁济学院生物医学工程系在读生；张鑫（1981－），女，天津人，温州医学院信息与工程学院生物医学工程系讲师，硕士。

- 44 - 图1 系统控制单元框图 本系统采用两组红外发射与接收装置来检测人流的进与出，以此来计算出室内的人数，进而决定开启相对应的灯光数。采用光敏电阻构成的电路来检测环境光的强度，设定一个阀值来决定是否开启灯光。通过对人的存在以及光信号的识别判断，以完成对室内灯光的智能控制。声光报警模块主要是用来通知室内人员系统将关闭照明设备，使人员尽快离开教室。当教室无人时，系统将自动关闭照明设备。 3.1 传感器的选择 根据本系统设计的要求，该控制系统需要两种传感器，一种是光信号强度采集传感器，另外一种是人体信号采集传感器。用于人体信号采集的传感器和光信号强度采集的传感器有很多，这里根据设计的要求采用以下两种传感器。 （1）光敏电阻式传感器 光敏电阻会感应光照强度的变化，电阻大小会随着光强度的增加而减小，进而通过电阻上的电压变化来反应光照强度的变化。传感器输出变化的电压信号给控制器，控制器根据接收到的信号的变化来决定下一步要执行的动作。光敏电阻是一种非常常用的光电元件，它可以十分快捷的反应出光照的变化，应用电路也十分简单、实用。光线亮度采集电路采用光敏电阻构成的电路来检测环境光的强度，设定一个阀值来决定是否开启灯光。通过对人的存在以及光信号的识别判断，以完成对室内灯光的智能控制。 （2）人数检测传感器 由于需要检测室内人数的多少，我们需要统计进出人数。我们选用的人数检测传感器类型是红外发射与接收装置。对于本系统，我们采用普通引脚信号检测的方法用两个传感器。一个放在门前（A），一个放在门口（B），当A先检测到信号，B后检测到信号，则说明此人为进入室内。当B先检测到信号，A后检测到信号，则说明此人为走出教室。以此方式来计算室内人数。人数采集电路如图2

所示： 图2 人数采集电路 3.2 人数显示的方式 人数显示的方式可以选用LCD液晶显示或者LED数码管显示。LCD液晶显示，主要用来显示大量数据、文字，图形，能够显示的位数较多，显得较为清晰、多样、美观，但液晶显示的方式较为复杂。数码管显示也称为LED显示，是一种主动发光的信息显示方式，它的每一个字段由一个发光的二极管组成。由于系统只需要显示人数的多少，而且数码管电路设计简单，故采用数码管显示方式。 3.3 合理调节灯光强度 根据电路的基本原理，设灯上施加的电压为U，灯的阻抗设为定值电阻R，那么它在原电压0U下消耗的功率为0P，适当降低电压1U后，这时消耗的功率1P将随电压的平方关系下降。其有功节电率表示为： %100)(21%01×−=UUε 根据大量的研究资料表明，电源电压每降低10%时，荧光灯照度只降低7%左右，而人眼对光线的感觉则是对数关系：即当光线照度减小10%，人的视觉感觉亮度只减小1%，因此合理减少灯具输入功率所产生的照度微弱变化人眼几乎感觉不到，智能照明控制系统在延长灯具寿命和减少维护成本上都具有积极意义。 4 总结 智能照明控制系统借助各种不同的“智能设置”控制方式和控制元件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和管理来实现最大的节能效果。该智能照明控制系统可以利用最少的能源保证所要求的照度水平。智能照明控制系统也可以用在照明及混合电路中适应性较强。 【参考文献】 [1] 陈晶.基于单片机的教室室内灯光自动控制器的研究[D].福州:福建农林大学,2007.4. [2] 张达敏.教室照明智能欧诺个之气[J].贵州工业大学学报(自然科学版),2003. [3] 李忠国.单片机应用技能实训[M].北京:人民邮电出版社,2006. [4] 张毅刚.单片机原理及应用[M].北京:高等教育出版社, 2006,335-362. [5] 余永权.世界流行单片机技术手册——美国系列[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004. [6] 楼然苗.单片机课程设计指导[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.