基于單片機的室內節(jié)能燈的設計

李東蛟

摘 要：照明用燈是我們日常生活中必不可少的生活用品，占據了人類生活的重要部分。在能耗方面所占的比例越來越大，在能源使用日益緊張的今天，如何提高照明用燈的節(jié)能性能是一個重要的研究方向。本文使用89C51單片機設計燈體的主控制器和遙控開關盒的遙控開關控制器，利用熱釋電紅外傳感器檢測人體熱釋電信號控制節(jié)能燈的開關，利用光強度傳感器檢測室內亮度，根據室內亮度調節(jié)節(jié)能燈的照明度，并利用無線發(fā)送模塊設計遙控開關盒，實現(xiàn)手動遙控節(jié)能燈的開關功能。

關鍵詞：主控制器；遙控開關控制器；熱釋電紅外傳感器；光強度傳感器；無線發(fā)送模塊

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A

0.引言

隨著社會科技的發(fā)展，人類的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，隨著生活質量的提高，人們對照明的要求越來越高，照明在能耗中所占的比重也越來越多，為了節(jié)約照明對能源的消耗量，智能化、自動化等技術引入到了照明控制系統(tǒng)中。目前，大部分家庭和公共場所都使用手動開關燈大方式，常常由于人的疏忽，在人員離開時，燈也時常開著，有的公共場所甚至一整夜都開著燈，這種現(xiàn)象造成了電能的極大浪費。針對這些實際的問題，將自動化技術引入到照明系統(tǒng)中，可以節(jié)約電能，減少不必要的浪費。

1.節(jié)能燈的功能簡述

節(jié)能燈包括燈體和遙控開關盒，燈體主要包括主控制器模塊、熱釋電紅外傳感器模塊、光強度傳感器模塊、無線接收模塊等，主控制器模塊由89C51單片機設計。遙控開關盒主要包括遙控開關控制器和無線發(fā)送模塊，遙控開關控制器由89C51單片機設計。

燈體內的主控制器通過三極管連接熱釋電紅外傳感器的引腳，當室內無人時，熱釋電紅外傳感器引腳為低電平，三極管不導通，照明燈保持關閉狀態(tài)；當室內有人時，熱釋電紅外傳感器輸出引腳為高電平，三極管導通，照明燈開啟。光強度傳感器感應室內的光線強度并把信號輸送到主控制器上的單片機內，單片機根據讀取的室內亮度值，調節(jié)燈的亮度。

當室內有人需要休息時，即使是夜晚也需要強制將燈關閉，此時為了方便操作，節(jié)能燈具有相配合使用的遙控開關盒，遙控開關盒內有遙控開關控制器、無線發(fā)送模塊和開、關燈按鈕，當人手動按下遙控開關盒的開燈按鈕或者關燈按鈕時，遙控開關盒內的無線發(fā)送模塊發(fā)送開燈或關燈信號，燈體內的無線接收模塊接收開關燈信號，切斷電路或者導通電路，使燈開啟或者關閉。

2.節(jié)能燈的硬件設計

2.1 燈體的電路設計

主控制器采用89C51單片機設計，熱釋電傳感器采用型號為HC-SR501的傳感器，光強度傳感器采用型號為BH1750FVI的傳感器，無線接收模塊采用nRF24L01實現(xiàn)無線收發(fā)功能。

燈體內的主控制器上的89C51的單片機的引腳P2.0通過NPN型的三極管連接熱釋電紅外傳感器HC-SR501的輸出OUT引腳，當室內無人時，OUT引腳為低電平，三極管不導通，燈保持關閉狀態(tài)；當室內有人時，熱釋電紅外傳感器的輸出OUT引腳為高電平，三極管導通，燈L1開啟，單片機P2.0引腳收到低電平，單片機引腳P1.0連接光強度傳感器BH1750FVI的SCL引腳，P1.1連接SDA引腳，主單片機通過SDA引腳實時讀取室內光照度值，主單片機的引腳P2.7輸出可調脈寬PWM調節(jié)燈L1的亮度。單片機89C51的P2.1～P2.6連接nRF24L01無線接收模塊的CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ引腳，當人手動按下遙控開關盒上的開燈按鈕和關燈按鈕時，燈座內的nRF24L01無線接收模塊MISO引腳接收到遙控開關的開關燈指令，執(zhí)行相應的開燈或是關燈指令。

2.2 遙控開關盒的電路設計

遙控開關盒內的遙控開關控制器也采用89C51單片機設計，無線發(fā)送模塊采用nRF24L01實現(xiàn)無線發(fā)送功能。

遙控開關盒內的89C51的遙控單片機的引腳P2.1和P2.2上連接開燈按鈕K1和關燈按鈕K2，當按下開燈或關燈按鈕時，引腳P2.1或P2.2收到低電平，遙控單片機將開燈關燈指令通過nRF24L01無線發(fā)送模塊的MOSI引腳發(fā)送出去，無線控制節(jié)能燈的點亮和熄滅。遙控開關盒上的指示燈L2連接到遙控單片機引腳P2.0上，指示燈L2用來指示是否按下遙控開關上的開燈或關燈按鈕。當按下開燈和關燈按鈕時，遙控單片機給引腳P2.0寫入低電平，遙控開關上的指示燈L2點亮，當松開開燈和關燈按鈕時，遙控單片機給引腳P2.0寫入高電平，遙控開關上的指示燈L2熄滅。單片機89C51的引腳P1.0～P1.5連接nRF24L01無線發(fā)送模塊的CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ引腳，當人手動按下開燈按鈕和關燈按鈕時，燈座內的nRF24L01無線接收模塊MISO引腳接收到遙控開關的開關燈指令，執(zhí)行相應的開燈或是關燈指令，從而節(jié)能燈由無線接收和發(fā)送模塊實現(xiàn)遙控燈的開關的功能。

3.系統(tǒng)的軟件程序設計

程序流程圖如圖1所示。

系統(tǒng)上電后首先進行初始化，程序首先判斷是否室內有人出現(xiàn)，如果沒人出現(xiàn)，那么節(jié)能燈關閉，如果室內有人出現(xiàn)，那么判斷是否按下了遙控開關盒上的關燈按鈕，如果沒有按下關燈按鈕，那么節(jié)能燈點亮，并且根據采集到的室內的光線的強弱，調節(jié)節(jié)能燈的光照度。如果室內有人，但是人按下了遙控開關盒上的關燈按鈕，那么即使室內有人，那么節(jié)能燈也維持被強制關閉的狀態(tài)，當再次按下遙控開關盒上的開燈按鈕時，節(jié)能燈才能點亮。

結論

文章設計的節(jié)能燈能夠實現(xiàn)公共場合及家庭照明用燈的遙控開關和自動開關功能，及隨著室內亮度不同自動調節(jié)光的亮度的節(jié)能燈的開關調節(jié)裝置，遙控開關盒能夠遙控燈的開關和自動控制燈開關及調節(jié)光線強弱，具有遙控開關和自動開關功能的節(jié)能燈，可在公共場所和家庭中使用，節(jié)約電能，而且結構簡單成本低，使用維修方便。

參考文獻

[1]李鑫鑫，王志坤，劉松，等.智能燈光節(jié)能系統(tǒng)的研究與設計[J].高科技產品研發(fā)，2015，169（1）：23-24.

[2]陶資，謝艷新，孫麗爽，等.基于單片機的教室燈光智能控制系統(tǒng)的研究[J].吉林農業(yè)科技學院學報，2014，23（2）：33-35.

[3]云中華，白天蕊.基于BH1750FVI的室內光照強度測量儀[J].技術縱橫，2012（6）：27-29.