基于人體感應(yīng)的智能型樓梯通道燈開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)

摘 要：樓梯通道的聲控開(kāi)關(guān)是通過(guò)檢測(cè)聲音來(lái)判斷是否有人通過(guò)樓梯，經(jīng)常存在因干擾聲音而使聲控開(kāi)關(guān)產(chǎn)生誤判而亮燈情況，因此提出一種基于人體感應(yīng)的智能型樓梯通道燈開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)。智能樓梯通道燈開(kāi)關(guān)是通過(guò)紅外傳感器在黑夜中能及時(shí)感應(yīng)到幾米開(kāi)外在樓梯通道中走動(dòng)人體來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制，具有高效、節(jié)能和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：智能開(kāi)關(guān) 人體感應(yīng) 紅外傳感器 P2288

中圖分類號(hào)：TM564 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）01（b）-0017-02

當(dāng)有人在樓梯通道走動(dòng)時(shí)，樓梯通道上的聲控開(kāi)關(guān)能自動(dòng)檢測(cè)到腳步聲音或伴隨的其它聲音，在黑夜中能自動(dòng)點(diǎn)亮樓梯通道燈，并適當(dāng)?shù)难舆t一段時(shí)間后才會(huì)自動(dòng)熄滅，方便人們黑夜中安全通過(guò)樓梯通道。這種只有在黑夜并有聲音時(shí)才會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮樓梯通道燈的聲控開(kāi)關(guān)使用方便，可以達(dá)到節(jié)能的目的，在住宅小區(qū)或辦公樓等建筑群樓梯通道中得到了廣泛的應(yīng)用。但是這種聲控開(kāi)關(guān)只是檢測(cè)樓梯通道中的聲音來(lái)判斷是否有人通過(guò)樓梯，有時(shí)難免因樓梯通道外面的干擾聲音傳入到樓梯通道使聲控開(kāi)關(guān)產(chǎn)生誤判而亮燈，并不能很好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。針對(duì)這種使用功能上設(shè)計(jì)的缺陷，提出一種基于人體感應(yīng)的智能型樓梯通道燈開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法。智能樓梯通道燈開(kāi)關(guān)以單片機(jī)為控制核心，結(jié)合紅外傳感器P2288和光敏電阻，在黑夜中能及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)到幾米開(kāi)外在樓梯通道中走動(dòng)人體，并自動(dòng)點(diǎn)亮樓梯通道燈為其照明，直到檢測(cè)不到人體移動(dòng)為止而自動(dòng)熄滅，實(shí)現(xiàn)節(jié)能更加高效，具有較高的實(shí)用性。

1 智能開(kāi)關(guān)控制原理

紅外傳感器P2288是一種被動(dòng)式紅外傳感器，所謂的被動(dòng)式紅外傳感器是指?jìng)鞲衅鞅旧聿⒉荒馨l(fā)送紅外線，而是利用紅外熱釋電效應(yīng)能將收集的外部紅外線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。智能樓梯通道開(kāi)關(guān)正是應(yīng)用此原理來(lái)檢測(cè)通過(guò)樓梯通道的人體。當(dāng)有人通過(guò)樓梯通道并進(jìn)入到紅外傳感器P2288能感應(yīng)的距離范圍時(shí)，紅外傳感器P2288產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，這種微弱的電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路進(jìn)行濾波、放大和比較整形之后，作為檢測(cè)信號(hào)直接輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)收到感應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)后再通過(guò)光敏電阻檢測(cè)當(dāng)前周圍環(huán)境的夜晚狀態(tài)，如當(dāng)前周圍環(huán)境正處在夜晚狀態(tài)則滿足亮燈條件，單片機(jī)立即點(diǎn)亮樓梯通道燈，然后作適當(dāng)?shù)难訒r(shí)維持亮燈狀態(tài)并不斷繼續(xù)檢測(cè)人體感應(yīng)信號(hào)和當(dāng)前周圍環(huán)境的夜晚狀態(tài)，直到檢測(cè)不到人體感應(yīng)信號(hào)或當(dāng)前周圍環(huán)境不在夜晚狀態(tài)才自動(dòng)熄滅。

由于人體在樓梯通道內(nèi)移動(dòng)時(shí)所發(fā)出的紅外線極其微弱，為防止其它熱源的紅外輻射光（紅外線的波長(zhǎng)小于7.5 m或大于14 m）干擾智能樓梯通道開(kāi)關(guān)內(nèi)的紅外傳感器工作，防止智能樓梯通道開(kāi)關(guān)誤判斷而亮燈，需要在紅外傳感器P2288頂部蓋上一塊方形的干涉濾光片。干涉濾光片只讓人體移動(dòng)時(shí)特有的紅外光譜（紅外線的波長(zhǎng)在7.0～14 m之間）能順利進(jìn)入到紅外傳感器，保證智能樓梯通道開(kāi)關(guān)準(zhǔn)確檢測(cè)到在樓梯通道移動(dòng)的人體。同時(shí)為能將收集的紅外線最大限度的聚集于干涉濾光片，擴(kuò)大紅外傳感器在樓梯通道的感應(yīng)范圍，還需要在干涉濾光片前端再配上菲涅爾透鏡。

2 智能開(kāi)關(guān)硬件設(shè)計(jì)

智能樓梯通道開(kāi)關(guān)的硬件電路由主控制電路、人體感應(yīng)檢測(cè)電路、夜晚狀態(tài)檢測(cè)電路和控制燈亮滅電路等四個(gè)部分組成。設(shè)計(jì)方案的硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)在樓梯通道移動(dòng)的人體準(zhǔn)確可靠，較之聲控開(kāi)關(guān)控制樓梯通道燈的亮滅更加及時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能更加高效，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。其中主控制電路器選用在系統(tǒng)可編程的STC12C2052單片機(jī)，此外單片機(jī)內(nèi)部還具有256個(gè)字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，2K個(gè)字節(jié)片內(nèi)FLASH程序存儲(chǔ)器，完全能夠滿足系統(tǒng)程序運(yùn)行和數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)的需要。

2.1 人體感應(yīng)檢測(cè)電路

人體感應(yīng)檢測(cè)電路是智能樓梯通道開(kāi)關(guān)能否及時(shí)準(zhǔn)確有效檢測(cè)有無(wú)人體通過(guò)樓梯通道的關(guān)鍵。電路選用的P2288紅外傳感器只對(duì)移動(dòng)人體發(fā)出的紅外線具有高度敏感性，對(duì)靜止或移動(dòng)緩慢的人體不敏感，同時(shí)可抑制可見(jiàn)光或其它大部分紅外線對(duì)傳感器的干擾，具有良好的抗干擾能力，工作性能穩(wěn)定。人體感應(yīng)檢測(cè)電路如圖1所示，當(dāng)有人體通過(guò)樓梯通道并進(jìn)入到紅外傳感器P2288的感應(yīng)范圍時(shí)，紅外傳感器P2288能及時(shí)得到響應(yīng)并產(chǎn)生微弱的電信號(hào)。這種微弱的電信號(hào)經(jīng)三極管放大后送比較器進(jìn)行整形后，可作為人體感應(yīng)檢測(cè)信號(hào)輸入到單片機(jī)處理。調(diào)節(jié)電阻R5在適當(dāng)?shù)淖柚担梢哉{(diào)節(jié)電路人體感應(yīng)的靈敏度，調(diào)節(jié)電阻R1在適當(dāng)?shù)淖柚担梢哉{(diào)節(jié)電路人體感應(yīng)的距離。

2.2 夜晚狀態(tài)檢測(cè)電路

夜晚狀態(tài)檢測(cè)電路選用光敏電阻為傳感器0。光敏電阻在光亮的環(huán)境狀態(tài)下電阻值很小，相當(dāng)于短路；在夜晚天黑的環(huán)境狀態(tài)下電阻值很大，相當(dāng)于開(kāi)路。夜晚狀態(tài)檢測(cè)電路如圖2所示，夜晚狀態(tài)下輸入單片機(jī)的檢測(cè)信號(hào)為低電平，光亮狀態(tài)下輸入單片機(jī)的檢測(cè)信號(hào)為高電平，調(diào)節(jié)電阻R8和R9阻值的適當(dāng)比例，可以調(diào)節(jié)夜晚狀態(tài)天黑程度的亮燈條件。

2.3 控制燈亮滅電路

控制樓梯通道燈亮滅電路如圖3所示。樓梯通道燈的照明由市電提供電源，所以采用繼電器把系統(tǒng)供電的直流電和交流電隔離，電路中二極管為續(xù)流二極管，用來(lái)在繼電器通斷時(shí)保護(hù)電路。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)點(diǎn)亮樓梯通道燈，輸出低電平時(shí)熄滅樓梯通道燈。

3 智能開(kāi)關(guān)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)上述智能開(kāi)關(guān)的硬件電路原理圖，樓梯通道燈亮?xí)r必須同時(shí)滿足在夜晚狀態(tài)和有人體在樓梯通道通過(guò)兩個(gè)基本條件，只要在光亮狀態(tài)或沒(méi)有人體在樓梯通道通過(guò)這兩項(xiàng)中的任何一個(gè)項(xiàng)成立則樓梯通道燈都必須熄滅。因此在軟件設(shè)計(jì)上主控制器所先要對(duì)周圍環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，只要在光亮狀態(tài)下，則不必檢測(cè)人體感應(yīng)信號(hào)，樓梯通道燈直接處于熄滅狀態(tài)。當(dāng)周圍環(huán)境狀態(tài)處在夜晚狀態(tài)時(shí)，主程序則需要再檢測(cè)人體感應(yīng)信號(hào)，一旦檢測(cè)到樓梯通道有人體移動(dòng)，則立即開(kāi)啟點(diǎn)亮樓梯通道燈并維持亮燈適當(dāng)時(shí)間。之后主控制器繼續(xù)檢測(cè)周圍環(huán)境狀態(tài)和人體感應(yīng)信號(hào)，一旦環(huán)境狀態(tài)處于光亮狀態(tài)或檢測(cè)不到人體感應(yīng)信號(hào)，則立即熄滅樓梯通道燈。智能開(kāi)關(guān)控制樓梯通道燈亮滅的主程序流程圖（如圖4）。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)方案采用以STC12C2052單片機(jī)為核心的智能開(kāi)關(guān)，硬件電路簡(jiǎn)單，體積小，安裝方便，非常適合應(yīng)用在住宅小區(qū)或辦公樓等建筑群公共樓梯通道中。把智能開(kāi)關(guān)樣機(jī)安裝在樓梯通道距離地面大致2 m的位置上，在不同的工作環(huán)境下經(jīng)過(guò)的多次測(cè)試，系統(tǒng)工作情況穩(wěn)定可靠，能及時(shí)準(zhǔn)確感應(yīng)到通過(guò)樓梯通道的人體，通過(guò)調(diào)節(jié)電路有關(guān)參數(shù)，最大感應(yīng)距離可達(dá)15 m，取得了滿意的設(shè)計(jì)效果，必將有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]百度文庫(kù).熱釋電人體感應(yīng)紅外線傳感器的原理及應(yīng)用[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/c9d9e85c3b3 567ec102d8a96.html，2010，11，13.

[2]宏晶科技（深圳）有限公司.STC12C2052系列單片機(jī)器件手冊(cè)[S].

[3]張佳一.熱釋電紅外傳感器放大電路的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[J].廣西通信技術(shù)，2006，3：24-26.

[4]徐軍，馮輝.傳感器技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)訓(xùn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[5]雷伏容.單片機(jī)常用模塊設(shè)計(jì)查詢手冊(cè)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.