房間智能光控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

孫景偉 丁學(xué)用 常勝波

摘 要：智能光控系統(tǒng)是智能家居中的重要組成部分。尤其是房間智能光控系統(tǒng)在日常生活中具有代表性。本設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)處理器作為主要核心器件設(shè)計(jì)的房間智能光控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)房間燈光的自動和手動兩種控制模式。本系統(tǒng)主要由紅外模塊、光敏模塊、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、LCD1602液晶顯示模塊和STC89C52單片機(jī)模塊組成。光敏傳感器感應(yīng)外界的光強(qiáng)信號，經(jīng)過ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號，同時(shí)通過紅外傳感器判斷房間內(nèi)是否有人存在，然后將兩個模塊測得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，并和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，通過決定開啟LED燈的數(shù)量來控制房間的亮度。

關(guān)鍵詞：智能光控；光敏傳感器；紅外傳感器

中圖分類號：TP272 文獻(xiàn)標(biāo)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(tǒng)是現(xiàn)今智能家居系統(tǒng)的重要組成部分，該系統(tǒng)通過光敏傳感器對房間內(nèi)光線進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，將采集到的模擬信號通過ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成可讀的熟悉信號，并根據(jù)紅外傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測房間是否有人的存在。進(jìn)而調(diào)節(jié)燈的亮度。它將自動控制技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、通信技術(shù)等等有效的綜合起來，運(yùn)用到房間智能光控系統(tǒng)中，這樣不僅在享受高智能科技給我們帶來的便利之時(shí)，還有利于我國的節(jié)能減排，環(huán)境保護(hù)法等政策的實(shí)施。

本設(shè)計(jì)融合了自動控制與手動控制于一體。在智能光控出現(xiàn)故障而不能正常工作的時(shí)候，可以切換手動模式進(jìn)行照明的控制，從而提高房間智能光控系統(tǒng)的實(shí)用性。

1 基本原理

1.1 系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)的工作流程是：光敏傳感器感應(yīng)光強(qiáng)，經(jīng)過ADC0809將模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號，經(jīng)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(shù)字信號到單片機(jī)STC89C52中進(jìn)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(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.2 方案比較

本文的預(yù)選設(shè)計(jì)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(shù)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(shù)量少，減少了設(shè)計(jì)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(shù)量較多，增加了設(shè)計(jì)成本，但控制比較靈活。綜合兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，第二種方案更適合本設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)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(guān)代替紅外傳感器接在單片機(jī)P3.7口，用滑動變阻器代替光敏傳感器接在單片機(jī)IN0口。因?yàn)樵诜抡嬷袩o法觀測到燈的亮度，故在設(shè)計(jì)中以不同的亮度代替。

（1）LED：兩種亮度，分別為MAX，MIN。達(dá)不到開燈條件時(shí)，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(dāng)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(shí)指示燈亮，當(dāng)?shù)秸緯r(shí)，紅外檢測到人的存在，達(dá)到了開燈條件，此時(shí)指示燈滅。根據(jù)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(diào)用各個部分子程序的。在程序初始化以后，首先出現(xiàn)的是開機(jī)界面，液晶顯示屏左上角顯示電壓，精確到小數(shù)點(diǎn)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(shù)據(jù)，若監(jiān)測到有人則顯示為0，監(jiān)測到無人則顯示為1。自動模式下的光敏傳感器用來感應(yīng)光線，將檢測到的信號經(jīng)過ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片將模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)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(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字信號到單片機(jī)STC89C52中進(jìn)行處理，通過控制LED燈的數(shù)量來調(diào)節(jié)房間的亮度。

本設(shè)計(jì)主要通過電壓所在的區(qū)間來控制燈的數(shù)量，進(jìn)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(yīng)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(diào)節(jié)房間亮度的開關(guān)沒有任何作用。為了避免因?yàn)樵O(shè)備故障而導(dǎo)致無法正常使用，本設(shè)計(jì)集合自動控制與手動控制于一體，當(dāng)單片機(jī)P03所接的按壓式開關(guān)未按下時(shí)為手動模式，此時(shí)通過逐次按下P04所接開關(guān)進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。手動模式和自動模式原理相同，都是通過控制LED燈的數(shù)量來調(diào)節(jié)房間的亮度。主程序流程圖如圖2所示。

3 硬件調(diào)試

該系統(tǒng)的硬件電路主要由STC89C52單片機(jī)、LCD1602顯示電路、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)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(gòu)成[3]。單片機(jī)通過和各個部分電路相連接，來處理和實(shí)現(xiàn)各自功能。按照系統(tǒng)的仿真結(jié)果進(jìn)行硬件組裝及焊接，部分硬件運(yùn)行圖如圖3、圖4、圖5、圖6。

圖3是自動模式下Mid模式，此時(shí)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(shí)按動黑色按鍵便可改變LED燈的開啟數(shù)量。圖5是手動模式下Mid模式，此時(shí)有兩盞LED燈開啟。圖6是手動模式下Off模式，此時(shí)三盞LED燈全部熄滅。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)由STC89C52單片機(jī)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(shè)計(jì)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(tǒng)。通過紅外傳感器和光敏傳感器來實(shí)現(xiàn)的房間智能光控系統(tǒng)，不僅方便了人們的生活，而且還為我國節(jié)約能源消耗做出了貢獻(xiàn)，同時(shí)可廣泛用于各種燈光控制系統(tǒng)之中。

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