LED教室走廊智能燈的控制系統設計

安新艷

【摘要】針對傳統人工管理教室走廊的照明系統的不便，造成人力和能源的浪費，本文設計了一款以低功耗的STC89C52RC單片機為主控部件，采用光控傳感器和聲控傳感器相結合的控制電路，實現了智能化管理，及時的打開和關閉LED燈，既滿足了有人通過時的照明需求，又解決了因未及時關燈而造成的能源浪費。

【關鍵詞】智能化;光電檢測模塊;聲控傳感器模塊;繼電器

由于教室的分布比較廣，學生的人數比較多，在教室走廊的照明系統的管理當中，傳統的方法是統一管理，當教室絕對沒人時走廊燈滅，只要有一人在燈就常亮，不能根據使用的要求及時地關燈，造成能源的浪費。

本設計以低功耗的STC89C52RC單片機為主控部件，采用光電傳感器和聲控傳感器相結合的控制電路，實現當背景光線達到設定的閾值時，不管是否有人通過發出聲音燈都不會亮;當背景光線達不到設定的閾值時，如果無人通過時則燈不亮，當有人通過發出聲音時燈亮，人離開以后，延時一段時間燈滅，既滿足了有人通過時的照明需求，又解決了因未及時關燈而造成的能源浪費。

1.傳感器介紹

本文根據需求使用了光控和聲控兩個傳感器。

1.1 光控傳感器--光敏電阻的工作原理

光敏電阻是由半導體光敏材料構成，對光照特別敏感，當半導體材料受到光照時，它的導電性能增強，電阻值降低;當半導體材料受到的光照變弱時，它的導電性能變弱，電阻值升高;當照射光消失后，光敏電阻的阻值恢復原值，在光敏電阻的兩端加上電壓，電阻的變化就引起流過光敏電阻的電流的變化，從而實現光電轉換。

1.2 聲控傳感器--咪頭的工作原理

聲控傳感器-咪頭可以檢測到物體發出的聲音產生的振動，從而檢測到物體的存在。我們選用的是駐極體全向咪頭6050。它內部存在一個由振膜，墊片和極板組成的電容器，因為膜片上充有電荷，并且是一個塑料膜，因此當膜片受到聲壓強的作用，膜片要產生振動，從而改變了膜片與極板之間的距離，從而改變了電容器兩個極板之間的距離，產生了一個距離的變化，故而引起一個電壓的變化，由于這個電壓的變化是由聲音振動引起的，因此完成了一個由聲信號到電信號的轉換。

2.控制系統硬件設計

控制系統以低功耗的STC89C52RC單片機為核心控制器，結合外部光控檢測模塊和聲控檢測模塊，繼電器開關模塊和實際的負載LED燈組成，系統的結構框圖如圖1所示：

圖1 LED教室走廊智能燈的控制系統框圖

2.1 電源模塊

電源電路由變壓器、整流橋、電容，穩壓管等組成。先采用變壓器對220v市電進行交流變壓、然后通過整流橋進行整流，再通過電容濾波，最后再用穩壓管穩壓后獲得5V的穩壓電源，為后面的光控檢測模塊電路，聲控檢測模塊電路，繼電器模塊提供低壓穩壓電源。

2.2 光控檢測模塊

光電檢測模塊是三線制，有三個引腳分別為VCC（5V），GND，DO。具體的電路圖如圖2所示，由光敏電阻5516和電壓比較器LM393、電阻、二極管構成。當白天光照比較強時，光敏電阻的亮電流大約在5～10KΩ左右，相對比較小，分的電壓比較小，經過電壓比較器的比較輸出低電平給單片機，反之當夜晚光照比較弱時，光敏電阻的暗電阻大約在0.6MΩ左右，相對比較大，分的的電壓比較大，經過電壓比較器的比較輸出高電平給單片機。

圖2 光控檢測模塊電路圖

2.3 聲控檢測模塊

聲控傳感器模塊是三線制，有三個引腳，分別為VCC（5V），GND，DO。具體的電路圖如圖3所示，由駐極體全向咪頭6050和電壓比較器LM393，可調電阻等構成，通過咪頭感知聲音的振動，從而改變電壓比較器兩端的電壓，當聲音的強度超過設定的閾值則電壓比較器輸出低電平，反之輸出高電平。

圖3 聲控檢測模塊電路圖

2.4 繼電器模塊

繼電器模塊采用了RM1LS繼電器控制模塊，是標準的1路繼電器控制模塊，采用低電平信號觸發，僅需5mA電流即可驅動控制能力為10A的繼電器吸合，性能穩定，可廣泛使用在各種功率控制類場合。

該模塊的常開接口的最大負載交流250V/10A，直流30V/10A;采用大功率高耐壓三極管2907A，驅動能力強，性能穩定;觸發電流5mA;工作電壓5V;繼電器低電平吸合，模塊含有限流電阻;容錯設計，即使控制線斷，繼電器也不會動作。

（1）模塊控制端有3線接口，VCC/DC+：直流電源正極（5V）;GND/DC-：直流電源負極;CL1：繼電器1控制接口，低電平繼電器吸合。

（2）模塊輸出端有3線接口，NO1：繼電器常開接口，繼電器吸合前懸空，吸合后與COM1短接;COM1：繼電器公用接口;NC1：繼電器常閉接口，繼電器吸合前與COM1短接，吸合后懸空。

2.5 模擬實物連接電路圖

圖4為模擬控制電路實物連接電路圖，負載LED燈的220V電源端被斷開為A點和B點，分別接到繼電器的公共端和常開端。

在光線比較亮或者無人通過時單片機沒有檢測到有效信號，發給繼電器一個高電平，繼電器的公共端處于常開狀態，負載LED燈處于斷開不點亮;當單片機接收到光控檢測模塊和聲控檢測模塊檢測到的有效電平時，將繼電器控制端設置為低電平，繼電器吸合則負載形成回路點亮。

圖4 模擬實物連接電路圖

3.軟件設計

在光電檢測到亮度大于設定的閾值時，不管有沒有檢測到聲音都不點亮LED燈;當光電檢測到的亮度小于設定的閾值時，如果沒有檢測到聲音則不點亮LED燈，當檢測到聲音則點亮LED燈。流程圖如圖5所示：

圖5 LED教室走廊智能燈的控制系統流程圖

4.結束語

經過實驗證明，系統以單片機為控制核心，結合光控檢測模塊和聲控檢測模塊，通過控制繼電器的吸合與斷開能夠很好地控制教室走廊LED燈的亮滅，還可以根據要求調節可變電阻來調節光電檢測模塊和聲控傳感器的靈敏度，安全可靠，高效節能。既節省了能源，又節約了人力，該系統有著實際的應用價值，值得推廣。

參考文獻

[1]孫余凱，吳鳴山，項綺明.傳感器應用電路300例[M].北京：電子工業出版社.

[2周海.智能路燈節能控制系統研究[D].武漢：武漢理工大學，2009.

[3]馮勇，楊旭.白光LED可控恒流源驅動系統設計[J].電器開關，2008（4）.

[4]賀一鳴，王崇貴，劉進宇.智能路燈控制系統設計與應用研究[J].現代電子技術，2010（1）.

[5]張喜成.LED直流驅動電路設計新方法[J].國照明電路，2009（1）：33-34.

[6]陳永秘.LED及電子產品制作[J].鄭州：河南科學出版社，2010（7）.