智能照明控制系統的設計與實現

張 壹，張栩嘉，田 焱，吳祎林，馬志軍

（山西大學 物理電子工程學院，山西 太原 030006）

目前，國內大部分地區的大、中、小學校教室，一般的公共場合，以及公寓、賓館都普遍存在著照明燈具管理不善的問題，這其中包括照明時間設置的不妥和人為節能意識的不足，因此造成了能源的浪費。為了合理利用能源，節約能源，我們初步研究與設計一種價格低廉功耗較低，能夠在學校和公共場合普及的智能照明系統，從而解決公共場合的能源浪費的問題。

1 系統的整體設計簡介

本系統主要分為3個部分，它們分別是:獨立感應控制部分、局部感應控制部分和整體控制部分。這三者呈逐步遞進的關系。其中在獨立感應控制部分中采用熱式紅外感應器、光敏電阻分別對周圍環境的紅外源（人員出入）與光照變化進行感應，并以此做出系統開啟的控制。如圖1所示，邏輯分析電路通過分析紅外傳感器和光傳感器采集的信號做出照明電路的開啟判斷，從而控制照明電路的合理利用，達到節約能源的目的。

2 系統的硬件設計

2.1 獨立感應控制部分的設計

圖1 獨立感應控制系統框圖Fig.1 Block diagram of independent induction control system

該部分是基于re200b熱釋紅外[1]為主的感應電路來實現的，包括兩個感應器：熱釋紅外感應器和光傳感器，熱釋紅外傳感器是一種新型敏感元件，它是由高熱電系數材料，配以濾光鏡片盒，阻抗匹配用場效應管組成。它能以非接觸方式檢測出來自人體發出的紅外輻射，將其轉化成電信號輸出，并可有效抑制人體輻射波長意外的干擾輻射，如陽光、燈光及其反射光，而光傳感器來實現白天與黑夜的總控制。熱釋紅外感應器來感應人體的溫度，經試驗測得當人體在距離紅外感應探頭兩米遠的時候，探頭會產生電流，該電流通過放大電路產生一個模擬波，輸出一個+5 V的方波。在該部分當中要用到的熱釋紅外感應器RE200b采用的是熱釋電材料極化溫度的特性探測紅外輻射，并配合雙靈敏元互補方法抑制溫度變化產生的干擾，提高了傳感器的工作穩定性。其中RE200b的主要參數如下：基片材料 硅；基片厚度 0.5 mm；工作波長 7～14 μm；平均透過率 >75%；噪聲 <200 mV （mVp－p）（25℃）；輸出信號 >2.5 V，工作電壓 2.2～15 V；平衡度 <20%；源極電壓 0.4～1.1 V （VD=10 V，Rs=47 kΩ，25℃）； 工作電壓8.5～24（VD=10 V，Rs=47 kΩ，25 ℃）；工作溫度 －20～+70 ℃；視場 139°×126°。

按照圖2連接電路圖進行反復測試RE200b，掌握了RE200b的準確的輸出信號的大小，即輸出信號>2.5 V（420°k黑體1 Hz調制頻率0.3～3.0 Hz帶寬72.5 db增益）和產生信號的特點——當人側向沿著探頭走過時，感應到的電壓幅度最大即最敏感。

而紅外傳感信號處理器BISS0001正是應用于熱釋紅外開關，來實現紅外感應器信號的采集、放大、并將其進行模擬數字轉換的芯片。我們設計出來的電路實現感應信號的放大后再通過A/D轉換形成一個穩定的數字信號。如圖3，即為采用BISS0001所連接的電路圖[2]。

圖2 感應模塊控制電路Fig.2 Control circuit induction module

通過采用以上實驗得出，在沒有BISS0001時，感應距離為1 cm，使用BISS0001后感應距離被放大為2 m。根據實際情況，2 m的感應范圍可以較準確的統計進出人數。

圖3 BISS0001連接電路Fig.3 Circuit of BISS00001

2.2 局部感應控制部分的設計

實現該部分主要是采用89c51單片機[3]作為控制總體電路的核心部分，該核心部分把環境當中各種模擬信號轉換成數字信號，并進行分析，進而達到控制的目的。通過對單片機進行編程，使之能夠對感應器探測到的模擬數據轉換成可分析的數字信號。例如，光敏電阻通過光強改變而對局部控制系統輸入不同的信號，只有當達到一定的程度時才會使單片機執行對照明系統控制的操作。

2.3 總控系統的設計

總控制系統的設計思路是以物聯網為出發點開始的。基于傳感網絡的物聯網應用架構主要是指無線傳感網絡，該系統由分布在自由空間里的一組“自治的”無線傳感器組成，共同協作完成對特定周邊環境狀況的監控。本項目之中，主要利用計算機與外設的端口通信，計算機與計算機之間的信息共享來實現一定程度上的局域網絡連接控制。

3 感應系統的軟件設計

本系統程序分為4個部分：初始化、自檢、模擬參數掃描、觸發響應、中斷響應。CPU初始化和自檢后，主程序執行鍵盤掃描和按鍵響應程序，有中斷請求時，執行中斷服務程序。圖4為電路程序框圖。實現單片機智能感應控制的部分程序如下[4－5]，該程序實現了當熱釋紅外傳感器感應到人體恒溫37°信號后，將信號傳遞給單片機，再由單片機分析控制照明裝置開啟的效果。

圖4 軟件控制流程圖Fig.4 Flow chart of software control

#include

void delay（）；

sbit CONT=P0^2；

sbit SUN=P0^1；

sbit BODY=P0^0；

sbit body=P1^0；

sbit BEEP=P3^5；

sbit LIGHT=P3^6；

void main （void）

{

LIGHT=1；

BEEP=1；

while （1） {BODY=!body；

if （CONT==1&&SUN==1&&BODY==1） {BEEP=1；LIGHT=1；}

else if（CONT==1&&SUN==1&&BODY==0） {BEEP=1；LIGHT=1；}

else if（CONT==1&&SUN==0&&BODY==1） {BEEP=1；LIGHT=1；}

else if（CONT==1&&SUN==0&&BODY==0） {BEEP=1；LIGHT=1；}

else if（CONT==0&&SUN==1&&BODY==1） {BEEP=1；LIGHT=1；}

else if（CONT==0&&SUN==1&&BODY==0） {BEEP=1；LIGHT=1；}

else if （CONT==0&&SUN==0&&BODY==1） {BEEP=1；LIGHT=1；}

else if（CONT==0&&SUN==0&&BODY==0） {BEEP=1；LIGHT=0；}

else{BEEP=0；LIGHT=0；}

}

}

void delay（）

{

int t，ms；

ms=65535；

while（ms--）

{

for（t=0； t<3； t++）；

}}

4 結束語

本文所設計的智能照明控制系統能夠實現多種照明效果，改善工作環境、提高工作效率，具有非常優秀的節能效果，在今后照明系統設計中的應用將非常廣泛。可以結合辦公樓宇的自動控制系統、多媒體系統、探測報警系統共同構成照明智能化網絡系統。

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