基于51單片機的節能燈光控制系統

摘要：文章提出了基于51單片機控制的節能燈光照明控制系統，該系統配合感光元件、熱釋電紅外傳感器、時鐘控制系統、煙霧傳感器搭建在規定的時間范圍內“人進燈亮，人走燈滅”的智能控制系統，該系統同時還具備了實時監測工廠、企業、學校等場所是否出現火災和火災出現時發出聲光報警信號。該系統在實際生活中能夠應用于各類的環境場合，具有廣大的市場前景。

關鍵詞：節能燈；聲光報警；單片機；熱釋電紅外傳感器

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）15-0091-02

在實際生活中，在獲得同等光照亮度的情況下使用節能燈代替白熾燈能夠很大程度上減少電能消耗是一個鐵一樣的事實。節能燈之所以能夠減少電能的消耗是因為它在工作時電能轉化成光能的效率比較高，工作時很少有熱能產生；而諸如白熾燈一樣的照明設備在工作時伴隨著光能的產生同時還會產生大量的熱量浪費。在當今社會中，存在這樣的一個現象：工廠企業、學校、小區過道沒有人經過或工作作業時照明燈具也一直處于工作狀態。這種現象不僅僅造成電能的大量浪費同時還增加了每年照明器具的維護成本，為了減少各單位由于照明系統設備而造成的成本提升，文中提出了一種基于單片機控制的照明系統能夠感應人體的存在，照明設備只能工作在有人存在的條件下，避免了“人走燈亮”的情況。

1 系統結構的組成

系統主要由中央處理系統、鍵盤電路、光敏傳感器電路、電子時鐘電路、液晶顯示電路、熱釋電紅外傳感器電路、煙霧傳感器電路、繼電器電路、電源電路九大部分

組成。

（1）中央處理系統主要是將傳感器送進的數據進行分析處理及時鐘的產生控制。根據系統的功能要求，本系統采用由宏晶科技公司提供的微型控制器STC89C52，該控制器是一款高速型、可靠性強的單片機，內部具有8K的Flash存儲空間、256個字節的RAM空間和3個定時計數器供用戶使用，工作電壓在3.4～5.2V能夠滿足很多工業控制的控制環節。該微處理器憑借著低成本和程序下載方便的優勢占有絕大多數的使用人群，贏得了廣泛的市場份額。

（2）鍵盤電路主要是手動設置系統的時間，用于控制照明燈具工作在設定的時間范圍內。為了增強系統的實用性和簡單操作性，系統設計的鍵盤電路主要是為了滿足各個用戶自行設定照明系統的工作時間，實現了不懂程序的用戶也可以通過按鍵實現自行調整自己設定照明系統的工作時間。這樣大大增強了該系統的使用人群，可以適用于任何用戶，大大提高了系統的市場范圍。

（3）光敏傳感器電路主要是將工作環境的光照信息進行采集，保障照明系統黑暗的環境中工作。照明系統的主要任務是為了照明，所以只有需要照明的環境才啟動系統工作。因此光照采集信號傳感器的好壞直接關系到系統能否正常發揮作用的重要條件，本系統采用高靈敏度的光敏三極管作為采集信號傳感器，能夠將光信號轉變為電信號的同時還可以將轉換出來的電信號進行放大，出來的信號直接可以送給單片機進行處理，這樣大大減輕了硬件搭建的難度同時還相應地減少了放大電路的成本，具有較高的經濟效益。

（4）電子時鐘電路主要是實現一個鐘表以便使系統工作在規定的時間內。一般情況下，工廠、企業、學校單位工作人員以及機器設備是在一定的時間范圍內工作的，為了確定一個工作時間，利用單片機內部的資源通過編寫程序實現電子時鐘而且通過時鐘芯片DS1302保證單片機在掉電的情況下依然能夠精準地記錄時間，從而保證了系統性能的可靠性。

（5）液晶顯示電路主要是將系統工作的時間段在液晶上顯示出來，方便工作人員在必要的情況下進行靈活調節。1602液晶顯示模塊憑借著價格低的優勢贏得了廣大人士的青睞，系統將單片機產生的時鐘信息在液晶1602上顯示，同時用戶可以在液晶上獲得自己設定照明設備的工作時間，極大地方便各個人群的使用。

（6）熱釋電紅外傳感器電路主要是檢測是否有人體存在，如果存在人體則系統在滿足規定條件下才啟動照明，否則關閉照明系統。企業、工廠、學校等單位經常存在非人類的生物存在，為了防止照明系統由于誤判斷（把老鼠一類的生物當成人類）而啟動照明器具，系統采用HP-208型號的傳感器能夠準確地檢測是否有人體存在，從而保證系統的穩定可靠的運行。

（7）煙霧傳感器電路主要是檢測系統的工作環境是否處于異常情況，如果出現火災的跡象則單片機發出聲光報警以提醒工作人員進行消防檢測工作，保障企業工廠單位的安全性。該照明系統應用領域可以是工廠、學校、政府單位以及各種娛樂場所，可以增強系統的綜合分析處理能力，擴充系統的應用功能而特定添加煙霧傳感器，可以檢測系統工作環境是否存在火災的隱患，傳感器通過采集的信息在液晶上進行顯示同時如果采集的數據超過設定的火災閾值將啟動蜂鳴器和發光二極管進行聲光報警，保證各個工作單位的安全性。

（8）繼電器電路單片機屬于一個控制型的處理系統，驅動能力比較弱。為了控制照明系統的開通需要能夠控制強電的器件。單片機使用的是+5V的電源進行供電，而照明燈具一般是工作市電或者380V的電源上，屬于強電部分。為了防止強電干擾單片機的正常工作實現弱電控制強電的過程采用了繼電器電路，在符合照明系統工作時通過單片機控制繼電器開關的閉合，達到強電開光的閉合，最終實現照明燈具的啟動和關斷過程。

（9）電源電路主要是給單片機和傳感器單元模塊提供電能以維持系統的正常工作，本系統結合了實際環境響應節能減排的號召而采用了通過太陽能電池片采集太能光將光能轉變成電能。太陽能電池片的轉換效率和光照強度、光照角度的有關，所以在現實生活中太陽能輸出端的電壓是不穩定的，隨著時間的推移電源電壓會發生變化。系統通過橋式整流電路將含有較大的諧波分量整流成較穩定的直流電源，最后再通過整流芯片7805將輸出電壓穩定在+5V。

2 照明系統工作的條件

黑暗狀態下；設定工人上班的時間范圍內；有人體存在的環境中。

3 照明控制系統和傳統照明系統突出優點

做到“人進燈亮，人走燈滅”，所以更加節省電能；采用太陽能電池板轉化成電能，更加節能環保；可以應用燈光控制的同時還具備火災檢測盒火災報警功能，安全性更高；可以通過按鍵實現時間的任意修改，滿足社會上的各個工作單位。

4 結語

本系統通過建立合適的系統模型，搭建符合要求的電路結構，模擬燈光控制系統的工作方式結果表明實驗結果可以達到預定的要求，即在黑暗條件下且在規定的時間范圍內如果有人體出現在照明系統中照明燈具就會通過繼電器閉合電路實現啟動照明設備，同時如果工作環境中出現煙霧情況單片機就會發出聲光報警信號以提醒工作人員進行消防工作。經試驗表明該系統的開發成本低廉而且具有廣大的市場潛力能夠滿足各種單位人群的使用，能夠為社會提供一個智能的燈光控制，節省了大量的成本。

參考文獻

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[3] 程春.大學教室智能照明控制器及其系統的研究與開發[D].北京化工大學.

作者簡介：黃欣（1990—），男，廣西人，甘肅西北民族大學電氣工程學院2010級自動化1班學生，研究方向：智能家居、節能減排、物聯網。

（責任編輯：劉 晶）