教室燈光智能控制系統(tǒng)設(shè)計

河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 王 怡 張 鶴 盧 薇 陳艷鋒

教室燈光智能控制系統(tǒng)設(shè)計

河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 王 怡 張 鶴 盧 薇 陳艷鋒

本文以熱釋電紅外感應(yīng)原理和STM32為基礎(chǔ)設(shè)計了教室燈光智能控制系統(tǒng).該系統(tǒng)電路由熱釋電人體紅外傳感器、繼電器,STM32等工作電路組成.利用熱釋電紅外傳感器探測人體紅外線變化,對室內(nèi)的燈進(jìn)行自動控制,當(dāng)檢測到教室內(nèi)有人進(jìn)入時(含人在時),控制系統(tǒng)會將燈自動開啟;當(dāng)人走時系統(tǒng)控制燈延時后關(guān)閉.完成人在燈亮,人走燈滅的效果.

STM32;熱釋電;節(jié)能;綠色照明

0 引言

隨著社會的不斷進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們越來越關(guān)心我們賴以生存的地球,世界上大多數(shù)國家也充分認(rèn)識到了環(huán)境對我們?nèi)祟惏l(fā)展的重要性.節(jié)能燈已成為千家萬戶必需的生活用品,而智能化的熱釋電紅外節(jié)能燈也起到了舉足輕重的作用,現(xiàn)實生活中人們經(jīng)常由于忘記關(guān)燈而造成巨大的能源浪費.教室燈光智能控制系統(tǒng)主要針對教學(xué)樓使用,由于學(xué)校教室多,每個教室的日光燈數(shù)量也很多,導(dǎo)致電能浪費嚴(yán)重,同時也增加了燈的更換頻率.該系統(tǒng)可實現(xiàn):一旦有人員進(jìn)入其紅外傳感作用區(qū)域,電燈就會自動點亮,遠(yuǎn)去后,電燈就會自動熄滅,其功能充分體現(xiàn)了節(jié)能的特點及應(yīng)用于生活中的實用性.

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

總體設(shè)計框圖如1所示,教室燈光智能系統(tǒng)的電路由5部分組成,包括:220V降壓電路,人員檢測電路,微控制器電路,繼電器控制電路,報警電路.

人發(fā)出熱紅外光譜,人體紅外輻射(波長為9.5μm),需要把紅外光先轉(zhuǎn)換成電信號,此過程可以用紅外傳感器來完成.當(dāng)有人進(jìn)入教室內(nèi)檢測區(qū)時,檢測電路向開關(guān)電路提供信號通過繼電器控制電路使控制的燈開啟并工作,當(dāng)人走出教室檢測區(qū)時,檢測電路啟動延時電路并向開關(guān)電路提供信號通過繼電器控制電路使燈亮,當(dāng)延時時間到后,檢測電路向開關(guān)電路提供信號通過繼電器控制電路使燈滅.

圖1 教室燈光智能控制系統(tǒng)總體框圖

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

2.1 電源電路

圖2所示是交流市電轉(zhuǎn)換為低壓直流電路圖,采用變壓器降壓后再整流濾波,變壓器將220V市電轉(zhuǎn)換為6V輸出,整流濾波采用單相橋式整流電路,輸出平均電壓為:

再經(jīng)過AMS1117穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)為3.3V電壓.

圖2 220V轉(zhuǎn)3.3V降壓電路圖

2.2 人員檢測電路

大學(xué)教室一般規(guī)模:小教室高度約為2米~3米,階梯教室高度約為5米.熱釋電可通過調(diào)節(jié)距離電位器順時針旋轉(zhuǎn),感應(yīng)距離增大,最大約7米,反之,感應(yīng)距離減小,約3米.兩種教室均可實現(xiàn),通用性強(qiáng),因此,選用熱釋電紅外傳感器作為檢測元件.人員進(jìn)入教室內(nèi)時,系統(tǒng)檢測到這個信號,熱釋電傳感器接收該信號,經(jīng)過一系列微控制器的處理轉(zhuǎn)化成能夠識別的高低電平.

本設(shè)計主要采用紅外熱釋電處理芯片BISS0001和熱釋電紅外傳感器,主芯片BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路,它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān).BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成.熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換.由于熱釋電元件輸出的是電荷信號,并不能直接使用,因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式,該電阻阻抗高達(dá)104MΩ,故引入的N溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式即源極跟隨器來完成阻抗變換.

2.3 主控電路

將熱釋電檢測的信號傳遞給STM32,如果所得數(shù)值符合設(shè)定值,STM32開始工作.輸出相應(yīng)的高低電平控制繼電器,繼電器對STM32所輸出的信號工作,控制燈的亮滅.

圖3 微控制器電路圖

2.4 報警電路

本系統(tǒng)采用蜂鳴器報警,通常工作電流較大,所以增加了一個三極管來增加通過蜂鳴器的電流.在每天零點到六點期間,教室停止使用,當(dāng)有人非法進(jìn)入時,熱釋電感應(yīng)到有人進(jìn)入,報警電路工作.

3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計由4部分組成:信號檢測與處理設(shè)計、延時模塊設(shè)計、實時時鐘設(shè)計、報警模塊設(shè)計.

3.1 信號檢測與處理設(shè)計

熱釋電首先需要將傳感器探測得到的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號.再將信號傳遞給單片機(jī)STM32.如果所得數(shù)值符合設(shè)定值,STM32開始進(jìn)行判斷工作.若接收數(shù)字信號為高電平,則輸出相應(yīng)信號使繼電器接通將燈點亮;若接收數(shù)字信號為低電平,則進(jìn)入程序中的延時模塊.

3.2 延時模塊設(shè)計

接收信號為低電平時,延時10s,再次檢測若仍為低電平,則繼電器不工作,燈熄滅;若為高電平,則繼電器接通,將燈點亮.

3.3 實時時鐘設(shè)計

RTC,可提供時鐘日歷的功能.修改這個計數(shù)器的值也就重新設(shè)置了系統(tǒng)當(dāng)前的時間和日期.在本系統(tǒng)中,外接32.768KHz的晶振,經(jīng)過預(yù)分頻模塊用來產(chǎn)生1秒的RTC時間基準(zhǔn),每分鐘檢測一次,當(dāng)時間達(dá)到零點時,啟動報警模塊,早上六點時,關(guān)閉報警模塊,系統(tǒng)正常工作.

3.4 報警模塊設(shè)計

每當(dāng)時間到達(dá)零點時,若有人進(jìn)入,熱釋電檢測到這個信號,系統(tǒng)將信號處理,轉(zhuǎn)化成能夠識別的高低電平.PA12輸出高電平,蜂鳴器響.

圖4 軟件系統(tǒng)流程圖

4 結(jié)語

基于熱釋電紅外傳感器與STM32設(shè)計的教室燈光智能控制系統(tǒng),該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點,但是熱釋電人體紅外傳感器靈敏度較高,容易誤觸發(fā).其誤報率與安裝的位置和方式有關(guān)系,正確的安裝應(yīng)滿足下列條件:

(1)傳感器應(yīng)離地面2.0~2.2米.

(2)傳感器應(yīng)遠(yuǎn)離空調(diào)、冰箱、火爐等空氣、溫度變化比較敏感的地方.

(3)傳感器探測范圍內(nèi)不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物.

(4)傳感器不要直對窗口,否則窗外的熱氣流擾動和人員走動會引起誤報,不要安裝在有強(qiáng)氣流活動的地方.經(jīng)過多次測試,該系統(tǒng)工作情況穩(wěn)定,可應(yīng)用于教室等場所,為節(jié)約電能做出貢獻(xiàn),實現(xiàn)了綠色照明,環(huán)保節(jié)能.

[1]翟明靜,徐建剛,劉廣陵.基于阻容降壓的穩(wěn)壓電路設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2015,41(10):142-144,148.

[2]畢威.基于ZigBee的路燈智能控制系統(tǒng)[J].微處理機(jī),2017(3):93-96.

[3]王晨輝,吳悅,楊凱.基于STM32的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2016,42(1):51-57.

[4]林雪梅.熱釋電紅外傳感器及其應(yīng)用[J].甘肅科技縱橫,2005,34(1):41-42.

Design of Intelligent lighting control system of classroom

Wang Yi,Zhang He,Lu Wei,Chen Yanfeng

This paper designs an Intelligent control system of classroom based on the principle of Pyroelectric Infrared Radial Sensor and STM32.This system is consisted of Pyroelectric Infrared Radial Sensor,relays,STM32 and other operating circuits.It can use Pyroelectric Infrared Radial Sensor to detect the changes of human body's infrared,and control the indoor lamp automatically.When the system detects people entering the classroom(including people in),lamp will light automatically.Otherwise,it will make the lamp turn off after the delay time .The system has the effect of"the lamp lighting when people enter and the lamp off when people out".

STM32;Pyroelectric;Energy-saving;Green-lighting

王怡(1995-),女,河南新鄉(xiāng)人,現(xiàn)就讀于河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院2014級電氣控制及其自動化專業(yè).

陳艷鋒(1979-),男,河南新鄉(xiāng)人,實驗師,研究方向:智能家居.