智能樓宇照明控制系統設計

楊濤 劉興 楊濟海 王珺

摘? ?要：文章把單片機技術和脈寬調制技術（PWM）結合起來，設計一套智能化樓宇照明控制系統，實現燈光光強的自動調節，即在不改變PWM方波周期的前提下，利用單片機控制PWM的占空比，來改變電壓的大小實現照明亮度的調節。該系統可以實現自動調節亮度和異常報警等功能，提高照明系統的節能性和智能性，進而提高智能樓宇自動化水平。

關鍵詞：智能照明系統;STC89C51單片機;脈寬調制技術

隨著智能樓宇、智能家居的日益普及，對于照明系統的智能化、人性化要求越來越高，在此背景下，智能樓宇照明控制系統應運而生，該系統的開發應用旨在為用戶提供一款節能環保、操作方便、實時智能、適合智能小區的樓宇照明控制系統，實現自動調節燈光亮度和異常報警等功能，符合時代的發展需求。

1? ? 系統功能介紹

本系統設計的智能樓宇照明控制系統以STC89C51單片機為核心，采用多種脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation，PWM）技術[1]來調節樓宇內公共照明設備的光線強度，可實現以下功能：

（1）能夠使用按鍵在手動模式和自動模式間自由切換。（2）在手動模式下，能夠通過按鍵按照不同需要，提高或降低光線亮度。（3）在自動模式下，系統能夠根據時鐘控制裝置和感光裝置調節設備光照強度。（4）在自動模式下，利用動靜監測控制技術對公共區域進行監測，1 min內監測不到有人，則降低或者關閉燈光以節約用電。（5）使用期間，如果發生火災，煙霧報警器會發出警報提醒，系統根據應急狀態自動解除調光控制，打開樓宇內應急通道的所有燈光。

2? ? 系統硬件設計

系統以STC89C51單片機最小系統為核心，包括：按鍵模塊、光照強度采集模塊、電源模塊、人體感應模塊、距離測量模塊、蜂鳴器模塊等，組成智能樓宇照明控制系統。系統結構框架如圖1所示，總電路原理如圖2所示。

2.1? 光強采集模塊

光照強度采集以光敏電阻作為傳感器，環境亮度的高低決定了光敏電阻的大小，進而影響其輸出電壓，系統數模轉換部分采用8位ADC0832轉換芯片[2]，處理器依據光強采集模塊輸出電壓的高低，啟動或者關閉一定數量的LED照明設備，從而控制智能樓宇內部的亮度。

2.2? 照明電路控制模塊

系統采用多LED燈串聯模式，以S8550三極管進行控制[3]，其基極串聯一個限流電阻后連到單片機的IO口，發射極接電源，集電極串聯LED小燈后連到電源地。當單片機該IO口輸出一個低電平信號時，三極管導通，繼而點亮對應的LED燈。

2.3? 紅外人體感應模塊

系統采用HC-SR501作為人體紅外感應模塊，基于紅外線技術，以LHI778紅外探頭為核心設計，安裝在設備最前面的菲涅爾透鏡可以增強探測器的反應速度[4]，具有靈敏度高、可靠性強、超低電壓工作模式等優點。

2.4? 報警電路模塊

系統采用源蜂鳴器作為報警裝置，采用PNP三極管S8550進行控制，源蜂鳴器里裝備震蕩電路，單片機不需要持續發出高低電平來保持運轉，只需輸出電平即可，極大簡化了單片機的程序設計[5]。

3? ? 系統軟件設計

系統初始化后，先檢測按鍵狀態，當電路被接通時，切換工作模式。若系統判定為自動狀態，先回憶過去1 min內的人物狀態，假如有人經過，根據時鐘判斷此時為“白天”或“黑夜”，并讀取ADC0832中的數據，檢測并計算當前環境中的光照，進一步控制照明設備的亮度，若沒有人通過就會主動滅掉燈光;若系統判定為手動模式，將會檢測按鍵2，3的狀態，每按一下按鍵2，燈光亮度就會降低一度，按鍵3則相反。若檢測到有異常事故發生時將啟動蜂鳴器發出報警，并自動解除自動調光控制，啟動應急通道內所有照明設備。系統工作流程如圖3所示。

4? ? 結語

智能樓宇照明控制系統將嵌入式應用技術與物聯網理論知識相結合，實現了根據周圍環境的亮度變化和時鐘裝置自動調節照明設備的亮度，發生火災事故時啟動聲光警報并啟動應急燈光等功能。同時，本系統也可根據需要擴展溫濕度監測等更多功能。

[參考文獻]

[1]張永昌，謝偉，李正熙.PWM整流器功率脈動最小化方法的研究[J].中國電機工程學報，2013（18）：57-64.

[2]袁雨桐.基于單片機照明節電系統設計[J].計算機產品與流通，2019（11）：84.

[3]王一博.一種基于Arduino的新型智能臺燈設計[J].電子制作，2019（16）：31-33.

[4]張燕玲，馮穎，盧英君，等.基于用戶體驗的兒童健康智能臺燈設計[J].中國新技術新產品，2019（12）：17-18.

[5]張正明，王麗娟.雙定時器的蜂鳴器應用設計[J].中國新通信，2019（16）：85-86.

Design of lighting control system for intelligent building

Yang Tao1， Liu Xing1， Yang Jihai1， Wang Jun2

（1.State Grid Jiangxi Information & Telecommunication Company， Nanchang 330096， China; 2.School of Electrical Engineering， Northeast Electric Power University， Jilin 132012， China）

Abstract：A multi-functional intelligent building lighting control system is designed by combining the single-chip microcomputer technology and PWM dimming technology in this paper， which can realize the automatic adjustment of light intensity. That is， on the premise of not changing the PWM square wave period， using the single-chip microcomputer to control the duty cycle of PWM to change the voltage to realize the adjustment of lighting brightness. The system can realize the functions of automatic adjustment of brightness and abnormal alarm， improve the energy saving and intelligence of lighting system， and then improve the automation level of intelligent buildings.

Key words：intelligent lighting control system; STC89C51 single-chip microcomputer; pulse width modulation technology