基于單片機的高校節(jié)能智能化燈光系統(tǒng)的設(shè)計總結(jié)

武宇欣　張逸冰　孟凡成　石雨婷　胡天帥

（中國礦業(yè)大學(xué)江蘇徐州221116）

基于單片機的高校節(jié)能智能化燈光系統(tǒng)的設(shè)計總結(jié)

武宇欣張逸冰孟凡成石雨婷胡天帥

（中國礦業(yè)大學(xué)江蘇徐州221116）

本項目設(shè)計研究的高校燈光的節(jié)能智能化系統(tǒng)，核心是開發(fā)出以紅外釋電處理芯片和單片機為主構(gòu)件的紅外傳感控制電路系統(tǒng)。采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)清晰、體積小、控制方便、可靠性高、性價比合理等優(yōu)點，便于改進和擴充。

教室燈光；節(jié)能；智能；人體感應(yīng)

1　設(shè)計問題的提出

我們經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)這種情況：教室空無一人，可是等還亮著；或者外面陽光明媚，教室的燈仍然開著。一間教室14盞燈，一層樓二十七間教室，一棟教學(xué)樓共1890盞燈，所有教學(xué)樓共10000盞燈，每盞燈的功率是40W，這樣算下來共40000W。雖然不會出現(xiàn)所有燈管都在做無用功的情況，但是基于數(shù)量來看，浪費的問題還是不可小覷。所以小組人員決定設(shè)計一套智能化的燈光系統(tǒng)。

目前已有的高校燈光節(jié)能控制系統(tǒng)，一種是以光強為主要依據(jù)的系統(tǒng)，會根據(jù)光強決定燈光亮度，并且會出現(xiàn)教室里面沒人燈還亮著的情況，且在進行光照強度檢測的實驗中大都采用光敏管，但這只能模糊測出光照強度，無法精確；另一種為以人體信號為依據(jù)，通過感應(yīng)人體信號而使燈亮，這樣就會造成在光照強度足夠的情況下等依然亮著的問題。對于人體的檢測主要通過紅外熱釋電傳感器，并且可根據(jù)進入教室的人數(shù)而控制開燈數(shù)量，但使用此方法在人流過密的情況下法精確計數(shù)，效果較差。

綜合以上情況，小組人員對已有的照明系統(tǒng)進行了改進，實現(xiàn)了教室燈光的智能化控制，便于管理，且成本較低。工作模式為：當(dāng)環(huán)境光在一定強度閾值之上時無法開燈，而環(huán)境光在一定強度閾值以下并且檢測到人體存在時才能開燈。

2　設(shè)計總體方案設(shè)計

系統(tǒng)控制單元由單片機主控模塊為核心，結(jié)合復(fù)位電路、LED指示模塊、人體感應(yīng)模塊、光敏模塊、晶振電路及繼電器模塊。其中，人體感應(yīng)模塊用來檢測人體是否存在，光敏模塊智能識別光線強度，電壓比較器將光線輸入進行處理并傳輸?shù)絾纹瑱C，而負載燈則是由繼電器來控制。

控制器安裝位置：假設(shè)教室有9排座位，教室的天花板上有三組燈，一組燈的有效照明范圍是3排，則每組燈配備一個控制器，其中控制器的紅外探頭的有效探測范圍設(shè)置為剛好與照明燈的有效照明范圍重合（如圖1所示）。這樣，當(dāng)有人出現(xiàn)在第一或第二或第三排的時候，觸發(fā)第一組燈亮，第二、第三組燈不會亮，當(dāng)有人出現(xiàn)在其他排位時，原理一樣。

3　人體感應(yīng)模塊

本設(shè)計是全自動感應(yīng)，采用被動式紅外探頭來探測人體發(fā)射的紅外線，并結(jié)合菲尼爾濾光片來達到實驗?zāi)康摹Ｈ嗽谶M入到感應(yīng)范圍時則輸出低電平，如果在此范圍內(nèi)一直有人體活動，則輸出一直保持低電平，直到人離開后；人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉低電平，輸出待機時的高電平。

系統(tǒng)設(shè)置了感應(yīng)封鎖時間。每一次感應(yīng)輸出后，會有一段延時時間，這樣就可以保證在封鎖時間內(nèi)不受任何信號的影響。

一般來講，我們不能將燈光控制器安裝在電燈能直射到的位置，以此避免燈光和環(huán)境光混淆。在安置人體傳感器時使人體傳感器中的熱釋電元連線方向與人體活動方向垂直，同時盡可能避免外界風(fēng)吹向人體傳感器，通過這種方法能使人體存在信號的采集更加可靠。

4　光敏模塊設(shè)計

該系統(tǒng)將光敏電阻的變化與電阻進行分壓，將分壓后得到的電壓值傳遞到LM 393電壓比較器進行比較，通過10k可調(diào)電阻來實現(xiàn)光線限值的調(diào)節(jié)。判斷感應(yīng)的光線是否滿足條件，將判斷信號傳輸給單片機進行后續(xù)處理。

5　系統(tǒng)分析與調(diào)試

本設(shè)計選用KeilC軟件環(huán)境，編譯完KeilC后，運用STC_ISP_V480軟件燒錄到開發(fā)板上，同時對STC_ISP_V480進行一些必要的設(shè)置。

圖1　KeilC運行圖

6　結(jié)語

由于教室面積、燈具數(shù)量各不相同，教室內(nèi)部安裝智能控制系統(tǒng)的數(shù)量也會有所不同。人體傳感器的數(shù)量受教室面積的影響較大，一套智能控制系統(tǒng)只能較好識別一定范圍內(nèi)的人體紅外信號。因此，在面積不同的教室內(nèi)需要安裝數(shù)量不同的智能控制系統(tǒng)，以便達到預(yù)期目標(biāo)。初步試驗證明，本系統(tǒng)具有較好的實用性、適用性，可廣泛應(yīng)用于教書、圖書館等環(huán)境中。

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［8］吳金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051單片機實踐與應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001.

［9］馮博琴.微型計算機原理與接口技術(shù)［M］.清華大學(xué)出版社，2004.

［10］張毅剛.M CS-51單片機應(yīng)用設(shè)計［M］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

高校教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計，項目編號：015001。

武宇欣（1994—）女，黑龍江大慶人，中國礦業(yè)大學(xué)本科生，工業(yè)工程專業(yè)。