節能智能感應燈的設計

王成

【摘 要】論文描述了一種基于單片機控制的節能智能感應燈的設計方案，并進行了實物的制作與測試，達到了對電燈智能感應控制的目的。該裝置功耗小、結構簡單、可靠性高、維護方便，具有一定的實用意義和市場應用價值。

【Abstract】This paper describes a kind of designing scheme of energy-saving intelligent induction lamp， this lamp controlled by the single chip microcomputer. Paper has carried out the physical production and testing，to achieve the purpose of electric lamp intelligent induction control. This lamp has low consumption，simple structure，high reliability and convenient maintenance characters，and has a certain application significance and market application value.

【關鍵詞】智能感應；單片機控制；電燈控制

【Keywords】intelligent induction； single chip microcomputer control； electric lamp control

【中圖分類號】TN216 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）03-0112-02

1 引言

據不完全統計，我國照明用電占我國發電總量的10%-12%，其中因浪費的照明用電占了15%以上：主要集中在樓道、地下車庫、應急走廊。這些地方往往是間歇式人流或是正常情況無人流，但照明燈一般是全天常亮，綜合利用率極低。但是考慮到前期的照明設備的資金投入，一般選擇白熾燈為光源，但長久來看，節能燈可以節省電能70%，LED可以節省電能90%，并且LED使用壽命非常長。如果全國的照明設備全部由LED取代，一年至少可以為我國節省十個三峽水電站的全年發電總量。因此在國家大力發展綠色能源的今天，迫切需要市場上能出現一款LED的節能照明產品[1-2]。

基于這一現狀，筆者設計了一款節能智能感應燈產品，采用LED為光源。廣泛應用于樓道、地下車庫、應急走廊、路燈、家用的照明。通過對一百套產品的跟蹤調查，人們對這款產品的認可度非常高，獲得了一致好評。該裝置的相比傳統照明設備有四點優勢：

①耗電小：提供相同光照條件下白熾燈需要100W，節能燈需要30W，LED只需要10W。

②壽命長：白熾燈平均使用壽命1000h，節能燈平均使用壽命5000h，LED平均使用壽命100000h。

③智能控制：節能感應燈完全由單片機控制，在線或脫機設置好運行模式后即可“一勞永逸”，減少了人工開關燈的煩瑣。

④適用性廣：不同應用場合的節能感應燈在硬件電路上完全一樣，只需要設置不同應用場合即可，設置數據可掉電保存。

2 系統方案設計

整個系統由HC-SR501人體熱紅外傳感模塊、DS1302時鐘模塊、光照檢測模塊、聲音檢測模塊、單片機最小系統、電源管理模塊、LED照明驅動模塊、按鍵輸入模塊、顯示模塊等組成。其中單片機是整個系統的核心，用于讀取光照檢測模塊、聲音檢測模塊、HC_SR501紅外傳感模塊觸發信號，并在條件滿足時驅動LED照明[3-4]。系統總體框架圖如圖1所示。

3 硬件設計

3.1 電源管理模塊

電源管理模塊通過AC-DC離線式開關電源將交流電整流為48V和5V兩組電源：48V電源通過恒流源變換電路供LED照明使用；5V電源供其余模塊使用。離線式開關電源具有輸入電壓范圍廣，待機功耗小，設計成本低，輸入輸出完全隔離等諸多優勢，因此選擇該開關電源拓撲結構為整個系統的電源管理模塊。

3.2 LED燈驅動模塊

LED是一種能夠將電能直接轉化成光能的固體半導體，具有單向導電性，其核心是半導體晶片。由于單只LED的功率有限，一般LED照明燈由多個LED串聯組成，其驅動電源一般為恒流源，以延長使用壽命。同時LED燈在生產、使用、報廢處理均不會產生汞等有害物質，是一種新型的高效光源。基于以上優點，采用10W的LED作為此次設計的光源。

3.3 人體熱紅外傳感模塊

模塊采用LHI778探頭設計，具有靈敏度高、可靠性強、工作電壓寬、感應角度大的特點。由透鏡、感光元件、控制電路等組成，通過探測人體紅外熱釋，來輸出相應高低電平。廣泛應用于安防產品、人體感應玩具、感應燈、工業自動化生產等方面。

3.4 DS1302時鐘模塊

DS1302是目前市場上應用的最廣泛的時鐘芯片之一，最大特點是具備掉電走時功能和閏年補償。其通過3個IO口與單片機通信，程序編寫簡單。在這里主要是給裝置提供系統時間，應用于定時開關燈的場合。

3.5 光照檢測模塊

當白天光照充足時，裝置進入待機模式，不響應所有的觸發信號，只有在光照不足的時候，系統才進入工作模式，響應觸發信號，并判斷是否開燈。光照模塊決定系統處于何種模式，是響應前提觸發條件的前提。

3.6 聲音檢測模塊

當系統處于工作模式時，聲音檢測模塊開始檢測環境音量，并當環境音量達到一定分貝時，模塊輸出低電平，觸發單片機，單片機響應后進行判斷后控制是否開燈；如果系統處于待機模式，無論環境音量如何都不會響應。

3.7 其他模塊

主要包括按鍵輸入模塊、顯示模塊、EEPROM數據儲存模塊。按鍵模塊用于在不同的應用場合，通過按鍵來選擇內置的十種場景應用或者自定義場景，達到一機多用的目的，實現照明燈的自動化與智能化控制。顯示模塊為了在進行設置過程中給用戶提供更直觀的設置情況，采用數碼管作為顯示模塊。EEPROM數據儲存模塊應用于對用戶設置的系統參數進行掉電保存，并在系統上電之初自動讀取。

4 軟件設計

節能智能感應燈的程序結構由人體熱紅外傳感器、按鍵處理、DS1302時鐘、光照檢測、聲音檢測、顯示模塊、LED驅動與控制、EEPROM參數存取等程序組成。程序使用C語言在Keil uVision4中進行編寫調試，采用模塊化程序設計思路，使得程序結構清晰、修改方便、可移植性強、便于調試。裝置上電開機后，先初始化各函數變量和各個模塊，然后讀取EEPROM數據，確定使用場合。然后讀取環境光照數據，當光照充足時，不響應所有的觸發信號，并且關燈；只有在光照不足，且有合適的觸發條件才可以開燈。同時單片機一直檢測按鍵，判斷是否有按鍵按下，若有按鍵按下，判斷鍵值并進行參數的更新操作。

5 結語

該節能智能感應燈在實際的測試與使用過程中體現出較好的實用性，基本滿足了多場合對照明的需求。裝置維護、檢修比較方便，適用性廣泛，綜合效益高。如果裝置用于路燈控制，可以設置為獨立模式，亦可使用串口轉RS485總線，將多個裝置聯機進行數據交換與共享，并且可以在上位機上進行監控與設置[5]，具有很強的擴展性。

【參考文獻】

【1】劉木清，周小麗. 照明自動控制[M].北京：機械工業出版社，2008.

【2】廖赟，胡健生，黃金志，等.路燈節能控制系統[J].世界電子，2005（10）：30-32.

【3】蘇家健，曹柏榮，汪志鋒.單片機原理及應用技術[M].北京：高等教育出版社，2004.

【4】清華大學電子學教研室.模擬電子技術基礎（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2000.

【5】吳桂林，鄭建勇.RS485上下位機多機通信網絡系統設計[J].微計算機信息，2008（36）：112-113.