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

武宇欣　張逸冰　孟凡成　石雨婷　胡天帥

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇徐州221116）

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

武宇欣張逸冰孟凡成石雨婷胡天帥

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇徐州221116）

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)研究的高校燈光的節(jié)能智能化系統(tǒng)，核心是開(kāi)發(fā)出以紅外釋電處理芯片和單片機(jī)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(jì)，具有結(jié)構(gòu)清晰、體積小、控制方便、可靠性高、性價(jià)比合理等優(yōu)點(diǎn)，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。

教室燈光；節(jié)能；智能；人體感應(yīng)

1　設(shè)計(jì)問(wèn)題的提出

我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)這種情況：教室空無(wú)一人，可是等還亮著；或者外面陽(yáng)光明媚，教室的燈仍然開(kāi)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(lái)共40000W。雖然不會(huì)出現(xiàn)所有燈管都在做無(wú)用功的情況，但是基于數(shù)量來(lái)看，浪費(fèi)的問(wèn)題還是不可小覷。所以小組人員決定設(shè)計(jì)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(qiáng)為主要依據(jù)的系統(tǒng)，會(huì)根據(jù)光強(qiáng)決定燈光亮度，并且會(huì)出現(xiàn)教室里面沒(méi)人燈還亮著的情況，且在進(jìn)行光照強(qiáng)度檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)中大都采用光敏管，但這只能模糊測(cè)出光照強(qiáng)度，無(wú)法精確；另一種為以人體信號(hào)為依據(jù)，通過(guò)感應(yīng)人體信號(hào)而使燈亮，這樣就會(huì)造成在光照強(qiáng)度足夠的情況下等依然亮著的問(wèn)題。對(duì)于人體的檢測(cè)主要通過(guò)紅外熱釋電傳感器，并且可根據(jù)進(jìn)入教室的人數(shù)而控制開(kāi)燈數(shù)量，但使用此方法在人流過(guò)密的情況下法精確計(jì)數(shù)，效果較差。

綜合以上情況，小組人員對(duì)已有的照明系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)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(qiáng)度閾值之上時(shí)無(wú)法開(kāi)燈，而環(huán)境光在一定強(qiáng)度閾值以下并且檢測(cè)到人體存在時(shí)才能開(kāi)燈。

2　設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制單元由單片機(jī)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(lái)檢測(cè)人體是否存在，光敏模塊智能識(shí)別光線強(qiáng)度，電壓比較器將光線輸入進(jìn)行處理并傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，而負(fù)載燈則是由繼電器來(lái)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(gè)控制器，其中控制器的紅外探頭的有效探測(cè)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(shí)候，觸發(fā)第一組燈亮，第二、第三組燈不會(huì)亮，當(dāng)有人出現(xiàn)在其他排位時(shí)，原理一樣。

3　人體感應(yīng)模塊

本設(shè)計(jì)是全自動(dòng)感應(yīng)，采用被動(dòng)式紅外探頭來(lái)探測(cè)人體發(fā)射的紅外線，并結(jié)合菲尼爾濾光片來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｈ嗽谶M(jìn)入到感應(yīng)范圍時(shí)則輸出低電平，如果在此范圍內(nèi)一直有人體活動(dòng)，則輸出一直保持低電平，直到人離開(kāi)后；人離開(kāi)感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉低電平，輸出待機(jī)時(shí)的高電平。

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

一般來(lái)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(shí)使人體傳感器中的熱釋電元連線方向與人體活動(dòng)方向垂直，同時(shí)盡可能避免外界風(fēng)吹向人體傳感器，通過(guò)這種方法能使人體存在信號(hào)的采集更加可靠。

4　光敏模塊設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)將光敏電阻的變化與電阻進(jìn)行分壓，將分壓后得到的電壓值傳遞到LM 393電壓比較器進(jìn)行比較，通過(guò)10k可調(diào)電阻來(lái)實(shí)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(hào)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理。

5　系統(tǒng)分析與調(diào)試

本設(shè)計(jì)選用KeilC軟件環(huán)境，編譯完KeilC后，運(yùn)用STC_ISP_V480軟件燒錄到開(kāi)發(fā)板上，同時(shí)對(duì)STC_ISP_V480進(jìn)行一些必要的設(shè)置。

圖1　KeilC運(yùn)行圖

6　結(jié)語(yǔ)

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(huì)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(shí)別一定范圍內(nèi)的人體紅外信號(hào)。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(dá)到預(yù)期目標(biāo)。初步試驗(yàn)證明，本系統(tǒng)具有較好的實(shí)用性、適用性，可廣泛應(yīng)用于教書、圖書館等環(huán)境中。

［1］陳明熒.8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

［2］徐新艷.單片機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)踐［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［3］吳金戌，沈慶陽(yáng)，郭庭吉.8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2002.

［4］王千.實(shí)用電子電路大全［M］.電子工業(yè)出版社，2001.

［5］馮博琴.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

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

［7］張淑清，姜萬(wàn)錄，等.單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用［M］.國(guó)防工業(yè)出版社，2003.

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

［9］馮博琴.微型計(jì)算機(jī)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(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)［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(jì)，項(xiàng)目編號(hào)：015001。

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