房間智能光控系統的設計

孫景偉 丁學用 常勝波

摘 要：智能光控系統是智能家居中的重要組成部分。尤其是房間智能光控系統在日常生活中具有代表性。本設計是基于STC89C52單片機處理器作為主要核心器件設計的房間智能光控系統，能夠實現房間燈光的自動和手動兩種控制模式。本系統主要由紅外模塊、光敏模塊、ADC0809模數轉換模塊、LCD1602液晶顯示模塊和STC89C52單片機模塊組成。光敏傳感器感應外界的光強信號，經過ADC0809數模轉換模塊將模擬信號轉成數字信號，同時通過紅外傳感器判斷房間內是否有人存在，然后將兩個模塊測得的實時數據傳送給單片機，并和預設值進行比較，通過決定開啟LED燈的數量來控制房間的亮度。

關鍵詞：智能光控；光敏傳感器；紅外傳感器

中圖分類號：TP272 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）12-0094-03

Abstract： Intelligent optical control system is an important part of smart home， especially the room intelligent light control system， which is a representative in daily life. This design is about the room intelligent light control system which is based on the STC89C52 single-chip microcomputer as the main core device， and can achieve automatic and manual control modes of room lighting. The system is mainly composed of infrared module， light-sensitive module， ADC0809 analog-to-digital conversion module， LCD1602 liquid crystal display module and STC89C52 MCU module. The light-sensitive sensor induces the external light intensity signal， converts the analog signal into the digital signal through the ADC0809 digital-analog conversion module， and meanwhile determines whether there is anyone in the room by the infrared sensor. Then the real-time data measured by the two modules are transmitted to the single-chip microcomputer， and compared with the preset values； the brightness of the room is controlled by determining the number of LED lights to be turned on.

Keywords： intelligent optical control； light-sensitive sensor； infrared sensor

引言

房間智能光控系統是現今智能家居系統的重要組成部分，該系統通過光敏傳感器對房間內光線進行實時采集，將采集到的模擬信號通過ADC0809模數轉換芯片轉換成可讀的熟悉信號，并根據紅外傳感器實時監測房間是否有人的存在。進而調節燈的亮度。它將自動控制技術、數據處理技術、通信技術等等有效的綜合起來，運用到房間智能光控系統中，這樣不僅在享受高智能科技給我們帶來的便利之時，還有利于我國的節能減排，環境保護法等政策的實施。

本設計融合了自動控制與手動控制于一體。在智能光控出現故障而不能正常工作的時候，可以切換手動模式進行照明的控制，從而提高房間智能光控系統的實用性。

1 基本原理

1.1 系統整體框架結構圖

該系統的工作流程是：光敏傳感器感應光強，經過ADC0809將模擬信號轉成數字信號，經過紅外傳感器判斷是否有人在房間，然后通過紅外傳感器和ADC0809輸出數字信號到單片機STC89C52中進行處理，并在LCD1602液晶顯示屏中顯示自動模式/手動模式和亮度等信息。結構框圖如圖1所示。

1.2 方案比較

本文的預選設計方案有兩種。第一種方案是通過電阻分壓來控制LED燈的亮度，第二種方案則通過LED的數量控制整個房間的亮度。對比這兩種方案，第一種方案使用的LED燈的數量少，減少了設計所需的成本，但是由于電阻分壓作用使得能源的利用率降低。第二種方案雖使用LED燈的數量較多，增加了設計成本，但控制比較靈活。綜合兩種方案的優缺點，第二種方案更適合本設計。

2 系統的軟件設計

2.1 系統仿真

由于Proteus元器件庫中沒有紅外傳感器和光敏傳感器，故在仿真中用開關代替紅外傳感器接在單片機P3.7口，用滑動變阻器代替光敏傳感器接在單片機IN0口。因為在仿真中無法觀測到燈的亮度，故在設計中以不同的亮度代替。

（1）LED：兩種亮度，分別為MAX，MIN。達不到開燈條件時，指示燈亮。

（2）LCD模塊：選用的LCD1602，可以顯示自動模式及手動模式全拼、亮度模式、電壓和紅外檢測信息。

（3）當接通電源之后，紅外傳感器模塊和光敏傳感器模塊開始采集信號，此時指示燈亮，當到站時，紅外檢測到人的存在，達到了開燈條件，此時指示燈滅。根據光敏傳感器采集的信息切換代表不同亮度的LED燈。

2.2 主程序流程圖

主程序的作用是用來調用各個部分子程序的。在程序初始化以后，首先出現的是開機界面，液晶顯示屏左上角顯示電壓，精確到小數點后四位，左下角顯示自動模式或者手動模式，分別以其拼音的全拼代替，右上角顯示燈的亮度，分別顯示為max、mid、min、off，右下角則顯示紅外測得的數據，若監測到有人則顯示為0，監測到無人則顯示為1。自動模式下的光敏傳感器用來感應光線，將檢測到的信號經過ADC0809模數轉換器芯片將模擬信號轉成數字信號，以電壓的形式顯示在LCD1062顯示器上，通過紅外傳感器來判斷是否有人在房間，然后紅外傳感器和ADC0809模數轉換器輸出數字信號到單片機STC89C52中進行處理，通過控制LED燈的數量來調節房間的亮度。

本設計主要通過電壓所在的區間來控制燈的數量，進而控制房間亮度，并分成四個等級：（1）三盞LED燈全亮；（2）前兩盞LED燈亮，最后一盞LED燈不亮；（3）第一盞LED燈亮，后兩盞LED燈不亮；（4）三盞LED燈全不亮。對應的電壓分范圍別為：3<=U<5；2<=U<3；1<=U<2；U<1；在自動模式下，用手動模式來調節房間亮度的開關沒有任何作用。為了避免因為設備故障而導致無法正常使用，本設計集合自動控制與手動控制于一體，當單片機P03所接的按壓式開關未按下時為手動模式，此時通過逐次按下P04所接開關進行亮度調節。手動模式和自動模式原理相同，都是通過控制LED燈的數量來調節房間的亮度。主程序流程圖如圖2所示。

3 硬件調試

該系統的硬件電路主要由STC89C52單片機、LCD1602顯示電路、ADC0809模數轉換模塊電路、光敏傳感器模塊電路、紅外傳感器模塊電路五個模塊構成[3]。單片機通過和各個部分電路相連接，來處理和實現各自功能。按照系統的仿真結果進行硬件組裝及焊接，部分硬件運行圖如圖3、圖4、圖5、圖6。

圖3是自動模式下Mid模式，此時紅外檢測到有人存在，光敏傳感器測得電壓在U在2V-3V之間，兩盞LED燈開啟。圖4是手動模式下Min模式，一盞LED燈開啟，紅外傳感器和光敏傳感器都不起作用，此時按動黑色按鍵便可改變LED燈的開啟數量。圖5是手動模式下Mid模式，此時有兩盞LED燈開啟。圖6是手動模式下Off模式，此時三盞LED燈全部熄滅。

4 結束語

本設計由STC89C52單片機作為主控核心芯片，以紅外傳感器和光敏傳感器為信息采集部分，LCD1602為顯示部分而設計的具有自動模式和手動模式兩種控制模式的智能光控系統。通過紅外傳感器和光敏傳感器來實現的房間智能光控系統，不僅方便了人們的生活，而且還為我國節約能源消耗做出了貢獻，同時可廣泛用于各種燈光控制系統之中。

參考文獻：

[1]段春瑩.基于單片機的光傳輸設備異常診斷[J].中國新通信，2014.

[2]譚浩強.C語言程序設計（第三版）[M].清華大學出版社，2005：78-80.

[3]蘇宗高.基于智能手機系統生理監護儀的設計[D].南昌：南昌航空大學，2013.

[4]黃繼昌.電子元器件應用[M].北京：人民郵電出版社，2004：89-92.

[5]郁有文.傳感器原理及工程應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2001.