室內(nèi)燈光智能控制系統(tǒng)的設(shè)計

歐海燕 翁秋華 陳業(yè)旺

(1．福建工程學(xué)院，福建 福州 350118；2．福建省氣象信息中心，福建 福州 350001)

室內(nèi)燈光智能控制系統(tǒng)的設(shè)計

歐海燕1翁秋華2陳業(yè)旺1

(1．福建工程學(xué)院，福建 福州 350118；2．福建省氣象信息中心，福建 福州 350001)

本文設(shè)計了一套以HT66F70A為主控芯片的智能燈光控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動模式、手動模式轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)通過亮度感應(yīng)模塊采集外界光、熱釋紅外人體傳感模塊采集人員檢測信號，結(jié)合遙控器控制方式，通過單片機(jī)程序控制繼電器對照明燈進(jìn)行有效操控。它不僅能有效判斷人員是否存在，還能人性化選擇室內(nèi)照明方式，具有比較重要的實際應(yīng)用價值。

HT66F70A；熱釋電紅外探測；智能控制；單片機(jī)；亮度采集

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，如今人們生活水平也在不斷提高，對于生活智能化程度提出了更高的要求[1]，智能化將成為未來家電發(fā)展的趨勢。國外在早幾年已經(jīng)開始了燈光智能控制的研發(fā)和應(yīng)用，但我國在這一方面仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方國家，國內(nèi)因沒使用有燈光智能控制造成的用電浪費已經(jīng)成為一個普遍現(xiàn)象[2]。

傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)通過機(jī)械開關(guān)控制，開關(guān)位置固定，不方便人員控制，且存在一定安全隱患。隨著電子技術(shù)的提高和應(yīng)用，照明系統(tǒng)有了聲控、光控等多種控制方式。這種控制方式與傳統(tǒng)控制方式相比，具有更加智能、靈活、節(jié)能等特點。由于聲控?zé)綮`敏度不夠，易造成噪聲污染，而光控照明操作單一。所以，從人性化角度而言，聲控照明系統(tǒng)不夠理想，光控照明不夠智能化。為了使控制燈光能夠更加方便和智能，減少一些不必要的電能損失。本設(shè)計采用熱釋紅外傳感器以檢測人員的存在與否，及時讓照明燈作出反應(yīng)，進(jìn)而減少電能的浪費。采用亮度感應(yīng)器檢測環(huán)境中光的強(qiáng)度，系統(tǒng)通過對環(huán)境光的強(qiáng)弱信號與人體是否存在進(jìn)行智能判斷，之后發(fā)送信號給單片機(jī)處理，通過繼電器自動控制燈的亮滅，代替了傳統(tǒng)的人工手動控制，通過可控硅控制燈光亮度，同時，本設(shè)計設(shè)定多種燈光效果，供用戶選擇，并可通過無線遙控實現(xiàn)控制，這無疑讓我們更加省時省力，并通過視覺帶來一定的放松，這正是如今生活節(jié)奏極快的人們所需的。

2 硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本設(shè)計以單片機(jī)主控模塊為核心，由遙控模塊、亮度感應(yīng)模塊、熱釋紅外人體傳感器、強(qiáng)制開光模塊、繼電器控制模塊等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

亮度感應(yīng)模塊根據(jù)環(huán)境光亮強(qiáng)度采集到的信息轉(zhuǎn)化為電信號傳送到單片機(jī)，單片機(jī)把亮度感應(yīng)模塊采集到的外界光及熱釋紅外人體傳感模塊采集到的有人無人信號和單片機(jī)中預(yù)先設(shè)定的控制信號相比較，當(dāng)這二者滿足所設(shè)條件時通過繼電器模塊操控室內(nèi)燈光的開關(guān)。開啟燈光有一定照度[3]，對應(yīng)模式是“回家模式”。室內(nèi)還有其他模式，它們分別是“會客/工作模式”、“觀影模式”、“睡眠模式”、“離家模式”，各模式的切換分為自動模式與手動模式：

（1）自動模式：用遙控設(shè)置其為自動模式后，單片機(jī)將實時采集得到的光強(qiáng)度分為多個等級，分別對應(yīng)上述幾種燈光模式，當(dāng)檢測到人員時燈光將開啟為當(dāng)前光強(qiáng)等級所對應(yīng)的模式。

（2）手動模式：此模式下若想切換燈光效果，則需通過遙控器切換。

為了防止遙控器失靈或丟失時，系統(tǒng)無法正常工作，本設(shè)計還設(shè)計了強(qiáng)制開關(guān)模塊，手動關(guān)閉燈光。

2.2 HT66F70A單片機(jī)主控模塊介紹

選用HT66F70A單片機(jī)作為主控芯片。HT66F70A單片機(jī)工作電壓2.2V~5.5V（fSYS=8MHz），內(nèi)建8MHz振蕩電路，可不需再外接任何元件，具有Flash Type程式記憶體，容量16K*16Bit，低電壓CMOS微控制器[4]。上電后該芯片即可運(yùn)行，不需要復(fù)位電路、振蕩電路。

HT66F70A單片機(jī)引腳圖如圖2所示：

圖2 T66F70A單片機(jī)引腳圖

2.3 熱釋紅外人體感應(yīng)模塊及強(qiáng)制開關(guān)模塊設(shè)計

(1)熱釋紅外人體感應(yīng)模塊設(shè)計

人的體溫一般穩(wěn)定在37℃，所以人體會發(fā)出波長為10μm左右的紅外線[5]。而被動式熱釋電紅外探測器，就是以探測人體發(fā)射的10μm紅外線進(jìn)行工作的，以此來判斷人員是否存在，確定是否開燈。

該部分電路由被動式熱釋電紅外探測器、紅外熱釋電處理芯片BISS0001組成的熱釋電紅外開關(guān)信號[6]、信號放大電路3部分組成。其電路圖如圖3所示。

當(dāng)被動式熱釋電紅外探測器有信號輸出(小信號)送到BIS0001的14腳時，其內(nèi)部放大器OPl將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由電容和電阻耦合給BIS0001的10腳，經(jīng)內(nèi)部放大器COP2進(jìn)行第二級放大，再經(jīng)內(nèi)部的電壓比較器COPl和COP2雙向鑒幅器處理后，輸出有效觸發(fā)信號，啟動BIS0001內(nèi)部的延遲時間定時器。由2腳的輸出信號(即BIS0001的輸出信號)比較微弱，為了保證整體系統(tǒng)中有可抗干擾的功能，需要對微弱信號進(jìn)行放大，最后將放大后的信號輸入到HT66F70A單片機(jī)中。

圖3 熱釋紅外人體感應(yīng)電路圖

(2)強(qiáng)制開關(guān)模塊

采用按鈕對HT66F70A單片機(jī)引腳pa4作用，強(qiáng)制關(guān)閉燈光。

2.4 紅外接收模塊設(shè)計

為了減少干擾，采用性價比較高的HS0038芯片，它接收頻率為38kHz、周期約26μs的紅外信號，同時對信號進(jìn)行放大、檢波、整形，得到 TTL電平的編碼信號，再送給HT66F70A單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼并執(zhí)行控制燈光命令，其電路圖如圖4所示：

圖4 紅外接收電路圖

2.5 繼電器調(diào)光模塊設(shè)計

該模塊巧妙地將繼電器控制運(yùn)用于單向可控硅調(diào)壓。接通市電后，220v交流電經(jīng)整流后在可控硅兩端形成脈動直流電壓，再經(jīng)51k電阻降壓后作為觸發(fā)電路的直流電源。整流電壓經(jīng)繼電器控制的多個電阻對電容充電。當(dāng)Uc達(dá)到開啟電壓時可控硅導(dǎo)通，此時電容放電Uc減小，而后可控硅又關(guān)斷，以此周而復(fù)始。此電路中繼電器通過調(diào)整控制級的阻值改變可控硅導(dǎo)通角，從而達(dá)到調(diào)光效果。其中HT66F70A單片機(jī)通過pb口控制繼電器。

2.6 遙控模塊設(shè)計

紅外遙控發(fā)射數(shù)據(jù)采用調(diào)制的方式，調(diào)制載波頻率與接收頭吻合，為38KHZ，紅外信號通過紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。遙控器上不同的鍵值對應(yīng)繼電器的開、閉狀態(tài)。

3 軟件設(shè)計

本文設(shè)計的系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

當(dāng)系統(tǒng)上電，單片機(jī)通過設(shè)置70A開啟外部中斷INT1，用以檢測以BISS0001芯片為核心的電路經(jīng)濾波、放大后得到的光信號與熱釋電傳感器的信號，進(jìn)行閾值判斷，是否檢測到人，若有人且光信號達(dá)到預(yù)設(shè)值則點亮照明燈，否則關(guān)閉。

遙控器部分采用了NEC協(xié)議，將紅外一體化接收頭的輸出脈沖用_pa3引腳的外部中斷INT0功能接收，利用簡易型TM檢測脈寬，實現(xiàn)紅外解碼功能，且TM設(shè)置了比較匹配中斷響應(yīng)，防止TM計數(shù)異常。

由于70A的系統(tǒng)時鐘選取了fH/2，選用此系統(tǒng)時鐘不需要其他外部器件，無需額外引腳。采用74hc573芯片用以驅(qū)動照明燈，將部分I/O口設(shè)為輸出模式，以控制照明燈和繼電器，配合遙控器設(shè)置“回家”、“會客/工作”、“睡眠”、“觀影”、“離家”模式，通過按鍵選擇需求模式，有效調(diào)節(jié)照明亮度。

4 系統(tǒng)測試結(jié)果

通過硬件和軟件調(diào)試，實物測試結(jié)果有：

（1）當(dāng)檢測到人時燈亮情況，當(dāng)人離開時燈滅情況，對應(yīng)結(jié)果如圖6所示：

圖6 人員在與不在燈狀態(tài)

（2）遙控器選擇“會客/工作”、“觀影”、“睡眠”、“離家”模式，對應(yīng)結(jié)果如圖7所示：

圖7 遙控器選擇4種模式

5 結(jié)論

本文設(shè)計了一套基于HT66F70A主控的單片機(jī)智能燈光控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由遙控模塊、亮度感應(yīng)模塊、熱釋紅外人體傳感器等組成。該系統(tǒng)可以自動檢測人員的存在與否，進(jìn)而控制照明燈光，人員也可以通過遙控器控制照明燈的亮度與亮滅。該系統(tǒng)使照明設(shè)備的使用更靈活，也更加方便，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)燈光亮度，選擇燈光效果，更具人性化。此系統(tǒng)能通過遙控器控制照明燈，比傳統(tǒng)的照明燈更加智能，同時通過自動檢測人員存在與否控制照明燈以減少不必要的電能損失，更節(jié)能。

[1]陳臣．基于Android的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計[D]．湖南：湖南師范學(xué)院，2016．

[2]李書婷，韓國富，吳小林，等．基于STC89C52單片機(jī)的教室燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]．自動化與儀器儀表，2017(1)：52-54．

[3]魏立明．建筑電氣照明技術(shù)與應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015．

[4]鐘啟仁．HT66Fxx Flash 單片機(jī)原理與實踐[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社．2012．

[5]陳文星，付繼宗，魏建英．基于BISS0001信號放大電路的人體紅外感應(yīng)開關(guān)設(shè)計[J]．電腦開發(fā)與應(yīng)用，2013(2)：66-68．

[6]魏麗君，唐冬梅，肖遼亮．基于熱釋電紅外傳感器微弱信號處理電路的設(shè)計與分析[J]．儀表技術(shù)與傳感器，2013(7)：89-91．

Design of the Intelligent Lighting Control System in Indoor Lighting

Ou Haiyan1Weng Qiuhua2Chen Yewang1
（1.Fujian University of Technology,Fuzhou 350118,Fujian; 2.Fujian Meteorological Information Center,Fuzhou 350001,Fujian）

tract】 In this paper,a set of intelligent lighting control system based on HT66F70A is designed to realize the shift between automatic mode and manual mode.The system controls light effectively through brightness sensor module which collects external light signal and pyroelectric infrared sensor module which collects personal infrared signal,combined with the remote control which can control indoor lighting with single-chip microcomputer program controlling the relay.It not only can effectively judge whether human exists,but also can choose the way of indoor lighting,having important practical value.

words】 HT66F70A;pyroelectric infrared detection;intelligent control;single-chip microcomputer;brightness collection

TP273.5；TP368.1

A

1008-6609(2017)04-0050-04

歐海燕（1983-），女，福建莆田人，碩士，助理實驗師，研究方向為電子技術(shù)、通信技術(shù)。