可檢測靜態(tài)人體的節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計

陳林輝 安成輝 劉小軍 李志軍

摘 ?要：本項目研究的節(jié)能控制系統(tǒng)，與市面上的智能照明系統(tǒng)相比，能夠準(zhǔn)確有效的檢測到靜態(tài)人體。通過熱釋電紅外傳感器和光電傳感器模塊分別采集是否室內(nèi)有人以及光照強度的信息，再送到單片機進行處理，單片機再發(fā)出控制信號來控制節(jié)能燈的亮滅及其亮度，從而實現(xiàn)了節(jié)能燈亮滅及其亮度的智能控制。

關(guān)鍵詞：節(jié)能控制系統(tǒng);熱釋電紅外傳感器;光電傳感器模塊;單片機;智能控制

引言

縱觀現(xiàn)代自動感應(yīng)節(jié)能燈的應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)節(jié)能燈系統(tǒng)存在一些弊端：節(jié)能燈感應(yīng)系統(tǒng)只對動態(tài)人體的感應(yīng)有效，而對靜態(tài)人體的感應(yīng)卻是無效的。簡單的講，就是節(jié)能燈系統(tǒng)對在感應(yīng)范圍內(nèi)一直處于相對運動的人體會有感應(yīng)，并會啟用延時系統(tǒng)命令具體開燈時間;但如果人體處于相對靜止?fàn)顟B(tài)（安靜看書，閉目休息等）或微動狀態(tài)（學(xué)生在寫作業(yè)）時，節(jié)能燈感應(yīng)系統(tǒng)就會感應(yīng)不到人體，節(jié)能燈會自動關(guān)閉。正是由于這種條件的約束使得節(jié)能燈不能全面的推向市場并應(yīng)用服務(wù)于社會。因此，我們完善了感應(yīng)系統(tǒng)功能，增加了人體靜態(tài)感應(yīng)部分，使節(jié)能燈能在學(xué)校、政府機關(guān)、企業(yè)、公司、寫字樓、醫(yī)院、賓館等場所真正的應(yīng)用起來。

1 系統(tǒng)總體功能與結(jié)構(gòu)

1.1 模塊功能

（1）采用熱釋電紅外傳感器探測室內(nèi)是否有人，如果某探測區(qū)域內(nèi)有人存在，則對應(yīng)的熱釋電紅外傳感器檢測到人體輻射出的紅外線，產(chǎn)生微弱的電流，電流經(jīng)過IC電路轉(zhuǎn)換為電壓信號并加以放大，再輸入給單片機進行處理。單片機通過控制繼電器，從而控制節(jié)能燈的斷開和閉合。人若一直在此區(qū)域，繼電器將一直使導(dǎo)通節(jié)能燈回路，如若人離開，則紅外傳感器的下一個周期檢測不到人體，繼電器將斷開節(jié)能燈回路，從而實現(xiàn)了節(jié)能與智能的效果。（2）采用光電傳感器模塊檢測室內(nèi)光照強度，利用光電轉(zhuǎn)換模塊將光照強度轉(zhuǎn)換為電流的大小，再將小信號電流經(jīng)過流壓轉(zhuǎn)換及小信號放大電路后，送給單片機，通過單片機來自動控制節(jié)能燈的亮度。

1.2 結(jié)構(gòu)原理

結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，本系統(tǒng)設(shè)計由熱釋紅外傳感器模塊、光電傳感器模塊stc12c5a60s2單片機、繼電器模塊、手動開關(guān)以及節(jié)能燈組成。通過熱釋電紅外傳感器模塊和光電傳感器模塊采集是否有人存在和光照強度的數(shù)據(jù)，送給單片機，通過單片機來實現(xiàn)智能系統(tǒng)的控制。

2 系統(tǒng)硬件組成

2.1 熱釋電紅外傳感器模塊

熱釋電紅外傳感器由三部分組成，分別是敏感單元、濾光窗和菲涅爾透鏡。敏感單元是由特殊材料做出的很薄的薄片，共兩片，做在同一硅晶片上，每片薄片兩面各引出一根電極，電極兩端則構(gòu)成一個等效小電容，等效小電容能產(chǎn)生自極化，在兩端產(chǎn)生微量的極性相反的正負(fù)電荷，再把兩個等效小電容極性相反的串聯(lián)起來，就構(gòu)成了傳感器的核心部分。當(dāng)傳感器沒有檢測到人體輻射的紅外線時，兩個等效小電容自極化產(chǎn)生的等量電荷因他們極性相反串聯(lián)而相互抵消，回路中沒有電流，傳感器無輸出。當(dāng)傳感器檢測到人體時，兩個等效小電容產(chǎn)生的電荷極性相同，產(chǎn)生電流。濾光窗是由一塊薄玻片鍍上多層濾光層波膜構(gòu)成的，濾光窗能濾除7um-14um波長以外的紅外線。人體溫度36-37°，輻射的紅外線最強的波長為9.7um，正好在濾光窗的響應(yīng)波長7um-14um，所以有效檢測人體紅外線，阻止其它紅外線。傳感器只有配合菲涅爾透鏡使用才能發(fā)揮最大作用，不加的話，其檢測半徑為1m-2m，加的話檢測半徑為8m-10m。菲涅爾透鏡有很多小圓圈，而且都有一定凹陷，可以形成可見區(qū)和盲區(qū)，當(dāng)有人在透鏡前運動，人體輻射的紅外線通過透鏡后在傳感器上形成不斷交替變化的可見區(qū)和盲區(qū)，使傳感器敏感單元的溫度不斷發(fā)生變化從而輸出電流。菲涅爾透鏡還有聚焦作用給敏感單元。

另外，在熱釋電紅外傳感器模塊中加入一個磁感圈和一個彈性鐵片，磁感圈的任意一底面對準(zhǔn)彈性鐵片。在初始狀態(tài)鐵片垂直于菲涅爾透鏡，當(dāng)有人在紅外傳感器檢測區(qū)域內(nèi)時，點亮對應(yīng)的節(jié)能燈，單片機輸出高頻交流控制信號給磁感圈，使磁感圈產(chǎn)生磁場吸起彈性鐵片，遮住菲涅爾透鏡，并延時3分鐘，讓兩個等效小電容的電荷被空氣中的離子中和。延時結(jié)束后，打開彈性鐵片，可再次檢測區(qū)域內(nèi)是否有人存在，從而實現(xiàn)了靜態(tài)人體的檢測。

2.2 光電傳感器模塊

光電傳感器內(nèi)部核心元件是光敏電阻，光敏電阻的光電效應(yīng)是其光照強度與電阻阻值成一定的線性關(guān)系，從而輸出不同大小的電流，在通過運放，將小電流轉(zhuǎn)換為電壓并放大，輸入給單片。然后再通過單片機來控制節(jié)能燈的光照強度。

2.3 控制模塊

stc12c5a60s2單片機是由宏晶科技生產(chǎn)的高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8到12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM。本設(shè)計使用stc12c5a60s2單片機作為主控制器，通過對于人體的檢測和室內(nèi)光照強度的檢測，來控制節(jié)能燈的亮滅和照明亮度。如圖2程序流程圖。

3 結(jié)束語

本節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計，通過在熱釋電紅外傳感器外加了一個磁感圈和薄彈性鐵片，并通過單片機產(chǎn)生兩路PWM來產(chǎn)生高頻交流信號使磁感圈產(chǎn)生磁場，實現(xiàn)了對靜態(tài)人體的檢測;通過光電傳感器實現(xiàn)了節(jié)能燈對光照亮度的自動調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)成本低、實用性高，適用于學(xué)校、企業(yè)、寫字樓、大型商場等室內(nèi)場所，有效的實現(xiàn)了節(jié)能與智能的目的。

參考文獻

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