基于熱釋電紅外傳感器的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊亞豪　尤少軍　孫華青　劉慶蕾　張洋洋

【摘 要】在我國整體用電能耗中，照明用電占有很大部分的比例，很多時(shí)候沒有人但是照明用電依然滿功率工作，在節(jié)能減排大環(huán)境下，照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)顯得非常重要。針對這種情況設(shè)計(jì)了一種智能照明控制系統(tǒng)，利用熱釋電紅外傳感器實(shí)現(xiàn)了人來燈亮，人走燈暗，PWM調(diào)光實(shí)現(xiàn)LED亮度調(diào)節(jié)，光敏電阻實(shí)現(xiàn)燈白天不亮，夜晚亮。本文詳細(xì)地介紹了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理以及系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】照明控制系統(tǒng);節(jié)能;熱釋電;PWM調(diào)光

中圖分類號(hào)： TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）17-0027-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.011

A Design of Intelligent Lighting Control System Based on Pyroelectric Infrared Sensor

YANG Ya-hao YOU Shao-jun SUN Hua-qing LIU Qing-lei ZHANG Yang-yang

（Department of Mathematics and Science ， Huanghe University of Science and Technology， Zhengzhou Henan 450000， China）

【Abstract】Among our country whole power consumption， the power consumption with regard to the lighting takes major rate. When there are no people the power consumption of lighting still shows full charge work in many times. It is obvious very important for the design of lighting under the energy save and reduce discharge environment. In view of this situation， an intelligent lighting control system is designed. The pyroelectric infrared sensor is used to realize the brightness adjustment of LED， the PWM dimming is used to realize the brightness adjustment of LED， and the photoresistor is used to realize the brightness adjustment of LED during the day and at night. In this paper， the structure and working principle of the system and the design of software and hardware of the system are introduced in detail.

【Key words】Lighting Control System;Energy Saving;Pyroelectric;PWM Dimmin

0 引言

隨著日常家居使用的照明系統(tǒng)技術(shù)不斷更新升級(jí)，照明控制系統(tǒng)存在的問題也逐漸暴露了出來，如白天燈的亮度無法適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行變換，而夜晚因亮度突然變換引起的不適。目前在室內(nèi)的智能照明控制的領(lǐng)域當(dāng)中，智能照明系統(tǒng)的節(jié)約能源率理論上可以達(dá)到百分之十五至百分之七十五，延長光源壽命二至四倍。一般可以節(jié)能約百分之十至百分之十五，好一點(diǎn)的大概也可以接近百分之三十左右。同時(shí)，因?yàn)樗鼘φ斩鹊撵`活控制，又實(shí)現(xiàn)了電能的節(jié)省。在節(jié)能減排的大環(huán)境下，智能照明控制系統(tǒng)必將脫穎而出，成為時(shí)代的新寵。

1 智能照明控制系統(tǒng)的工作原理

1.1 智能照明控制系統(tǒng)的組成

本文設(shè)計(jì)的智能照明控制系統(tǒng)是由熱釋電、光照檢測電路、PWM調(diào)制等模塊組成，熱釋電模塊接收人體發(fā)出的熱信號(hào)，以控制燈實(shí)現(xiàn)人來燈亮，人走燈暗的功能;光照檢測電路主要是使用光敏電阻來實(shí)現(xiàn)對燈的控制，實(shí)現(xiàn)白天燈不亮，夜晚燈亮的功能;PWM調(diào)光模塊主要是通過單片機(jī)程序控制輸出高低電平來改變電路電流，本系統(tǒng)主要使用PWM調(diào)光功能來完成人來燈亮100%，人走，延遲一段時(shí)間后，燈亮30%的功能。

1.2 PWM調(diào)光原理

脈沖寬度調(diào)制（PWM）用于調(diào)節(jié)電壓、電流和功率[1-2]。脈沖寬度調(diào)制（PWM）是利用微處理器調(diào)節(jié)電壓、電流的技術(shù)。通過對模擬電路進(jìn)行數(shù)字化控制，有效地控制、調(diào)節(jié)LED燈的亮度可以大大降低系統(tǒng)的不足[3]。脈寬調(diào)制的主要功能就是通過數(shù)字輸出信號(hào)完成對模擬信號(hào)的控制和調(diào)解。理論上，脈沖寬度調(diào)制可以對任何模擬信號(hào)進(jìn)行編碼[4-6]。

1.3 熱釋電紅外傳感器原理

熱釋電紅外探測器的原理與特性：熱釋電紅外探測器的原理主要是電荷的變化，不斷地失去電荷，又不斷地補(bǔ)充電荷，利用中間時(shí)刻電荷失去了穩(wěn)定的平衡這個(gè)過程，在被元件檢測和處理之后，產(chǎn)生了可用信號(hào)。一旦檢測到人體信號(hào)，人體發(fā)出的紅外輻射將由熱釋電模塊處理，產(chǎn)生高電平。

1.4 光照檢測電路原理

光敏電阻器可以利用光照來改變阻值，它利用了光敏電阻特有的屬性—半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)。正向變化的光敏電阻，阻值隨著光照強(qiáng)度正向變化，增加阻值;反相變化的光敏電阻，阻值隨著光照強(qiáng)度反向變化，降低阻值。本設(shè)計(jì)采用的是正向變化的光敏電阻來實(shí)現(xiàn)光照檢測電路的功能。

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

2.1 整體電路設(shè)計(jì)

本文所探究的智能照明控制系統(tǒng)以單片機(jī)為主，主要包括了四個(gè)大的模塊：單片機(jī)模塊、PWM調(diào)光模塊、熱釋電模塊、光照檢測模塊。智能照明控制系統(tǒng)的整體電路圖如圖1所示。

2.2 智能照明控制系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì)

（1）熱釋電模塊傳感接口電路設(shè)計(jì)

熱釋電紅外傳感器電路如圖1所示。+5V端為電源正極;P10端為信號(hào)端，接收人體釋放的熱信號(hào)，對應(yīng)單片機(jī)P10引腳;GND端為電源負(fù)極，接地端。

（2）光照檢測電路設(shè)計(jì)

在光敏電阻的兩端加上+5V的電壓，當(dāng)光照強(qiáng)度改變的時(shí)候，光敏電阻的阻值也隨之變化，從而控制LED燈實(shí)現(xiàn)白天不亮，夜晚亮的功能;滑動(dòng)變阻器與光敏電阻串聯(lián)構(gòu)成分壓電路，以控制端口輸出，達(dá)到根據(jù)不同的光照度亮燈的效果。

（3）PWM調(diào)光程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用PWM進(jìn)行亮度調(diào)制，由于現(xiàn)在許多微型處理器都集成了PWM控制器，使得調(diào)光變得更加方便，只需要通過Keil平臺(tái)完成對應(yīng)的代碼的編寫即可實(shí)現(xiàn)我們所需要的功能。

3 軟件編寫與調(diào)試工作

3.1 系統(tǒng)程序流程

智能照明控制系統(tǒng)通過熱釋電模塊接收人體信號(hào)，檢測是否有人經(jīng)過，從而觸發(fā)PWM調(diào)光程序來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)LED燈的亮度。當(dāng)系統(tǒng)檢測到有人經(jīng)過時(shí)，PWM占空比為100%，此時(shí)LED燈亮度為100%亮度;當(dāng)系統(tǒng)檢測沒有人經(jīng)過時(shí)，PWM占空比為30%，此時(shí)LED燈的亮度為30%亮度。

3.2 PWM調(diào)光程序流程

軟件程序的設(shè)計(jì)與編寫對于有單片機(jī)控制的系統(tǒng)來說至關(guān)重要。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要圍繞PWM調(diào)光展開，所以主要代碼程序就是PWM調(diào)光程序。定時(shí)中斷產(chǎn)生PWM調(diào)光信號(hào)流程圖。

3.3 智能照明控制系統(tǒng)的調(diào)試和檢測

將成品實(shí)物放置在較亮的環(huán)境測試，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)無論有沒有人經(jīng)過，LED燈始終不會(huì)亮;然后，將成品實(shí)物放置在較暗的環(huán)境測試，發(fā)現(xiàn)沒有人經(jīng)過時(shí)，LED燈的亮度始終較暗。將成品實(shí)物放置在較暗的環(huán)境測試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)有人經(jīng)過時(shí)，亮度很高。由于實(shí)驗(yàn)室示波器型號(hào)比較老，實(shí)際測量結(jié)果與理論值存在誤差，理論值30%，實(shí)際值為28%。

4 結(jié)論

隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國家也越來越重視節(jié)能減排，設(shè)計(jì)出一種高效、節(jié)能并且使用便捷的智能照明系統(tǒng)就顯得很重要了。本文利用了熱釋電紅外傳感器、光照度傳感器和單片機(jī)組成的智能照明控制系統(tǒng)擁有高效、節(jié)能和便捷等優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了LED燈白天不亮，夜晚亮，人來燈100%亮度，人走后延遲一段時(shí)間，亮度降低至30%的功能，預(yù)計(jì)會(huì)在未來主流的照明控制領(lǐng)域得到廣泛使用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]程衛(wèi)東，董永貴.利用熱釋電紅外傳感器探測人體運(yùn)動(dòng)特征[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2015（5）：1021-1023.

[2]王晉，尚相容.白光LED的PWM驅(qū)動(dòng)方式分析[J].電子設(shè)計(jì)工程，2016（7）：109-111.