基于單片機的節能燈控制系統設計

□黃 超 蒲永紅 劉純鑫 李洪陽

隨著經濟的飛速發展，能源短缺問題日益突出，作為工業生產和人民生活不可或缺的電力能源更是如此。目前在一些公共場所內，如學校的樓宇樓道、學校教室、圖書館等地方，經常出現空無一人卻燈火通明的現象，造成了電能的巨大浪費。隨著自動化技術的不斷發展，照明燈的控制與管理也朝著智能化方向發展，在很多社區樓道出現的聲控燈就是節能燈的一種模式。然而在國內各種教育單位，如中小學高校在內，由于人員緊張，學生增多，在教室、圖書館燈光管理等節能規劃方面還比較欠缺，造成了不必要的浪費。針對以上問題，設計開發簡便實用的公共場所照明燈自動控制系統具有重要的現實意義。

一、基于單片機的節能燈控制系統硬件設計原理

圖1 基于單片機的節能燈控制系統

(一)系統的總體框圖。本文的節能燈控制系統利用單片機作為核心控制芯片，整個系統包含圖1 所示的七個主要模塊，單片機作為主控芯片，人體感應模塊識別人體，光敏智能識別光線，電壓比較器來將光敏的芯片處理給單片機，繼電器控制負載燈，當光線暗并且有人時，繼電器會吸合，從而驅動任何負載，智能延時，當沒有人時燈不會亮，從而實現節能、智能的效果。

(二)單片機主控模塊。本次選用STC89C52 作為控制芯片，STC89C52 是一種帶8K 字節閃爍可編程擦除式只讀存儲器的低電壓、高性能微處理器，俗稱單片機。STC89C52 單片機的時鐘信號可以由內部和外部兩種方式產生，內部時鐘信號是在該芯片的XTAL1 和XTAL2 引腳外接定時元件，一般是石英晶體和電容組成的諧振回路［1～2］。

(三)人體感應模塊。人體感應模塊核心元件是被動式紅外傳感器，利用探測人體發出的10μM 左右的紅外線進行工作的［3］。當有人進入特定的環境中，人體發出的紅外線被感應器接收，則探測到人存在的信號，被感應到的信號會被封鎖一段時間，此時其他信號感應器不接收。假如人體進入傳感器捕捉不敏感的地方，感應信號不理想，探測器就會產生誤動作，所以安裝時要注意人體傳感器的方向。人體傳感器的電路圖如圖3 所示，圖中三極管是為了增加傳感器輸出信號的可靠性，同時可以驅動一個LED 充當指示作用。

圖2 單片機的最小系統

圖3 人體傳感器電路圖

(四)光敏模塊。光敏模塊主要由光敏電阻和LM393 電壓比較器組成，光敏電阻器的電阻值隨入射光的強弱而改變，所以稱為光電導探測器。光敏電阻有兩種，其中一種入射光越強，其電阻減小，相反電阻增大。另外一種入射光薄弱，電阻減小，反之相反。

電壓比較器主要用于對兩個輸入電壓進行比較，根據比較結果來確定是輸出高電平還是低電平電壓，從而判斷輸入信號的極性。電壓比較器常用于自動控制、越限報警等場合。本文的節能燈系統利用光敏阻值的變化與電阻進行分壓，得到的電壓值給LM393 電壓比較器進行電壓比較，通過10k 可調電阻可以實現光線限值的調節。感應光線是否過弱，將信號給單片機處理，其原理如圖4。

圖4 光敏模塊電路圖

(五)繼電器驅動模塊。繼電器驅動模塊主要是利用電磁繼電器吸合和釋放來帶動負載的接通和斷開［4］。本系統的繼電器驅動電路主要由三極管來完成，其電路原理圖如圖5 所示，PNP 型號的三極管來驅動繼電器，LED 燈是繼電器吸合的指示燈，當繼電器吸合時，驅動負載，電燈點亮;同時LED 也會得電，達到指示的作用。

圖5 繼電器驅動電路圖

二、系統軟件設計及實現

節能燈系統的軟件設計根據所要實現的功能，采用模塊化的程序設計思想，讓單片機加載程序并運行，對距離、時間、光照強度進行測量，根據測量結果控制繼電器的輸出，系統的軟件總流程圖如圖6 所示。本系統軟件部分采用C 語言的編程實現，在編譯完C 后，再燒錄到開發板上，實現實物與程序的連接。在完成對程序的調試、燒錄之后，還需要對其進行演示，把開發板與電腦連上，設置好對應的接口，完成供電及下載。開始供電后，稍等十幾秒時間，因為人體感應模塊要預熱一段時間。當看到人體感應模塊檢測人體指示燈正常亮了，那說明系統可以正常工作了，當光敏檢測到環境暗時，同時檢測到人體時，繼電器就會吸合，繼電器指示燈會亮起。人體感應模塊檢測不到人體時，繼電器會斷開。

圖6 系統軟件總流程圖

三、結語

本文的節能燈控制系統以單片機為核心，利用C 語言編程，通過人體傳感電路、光敏電路、繼電器驅動等相關電路的功能，實現了對照明燈的自動開關控制。系統的硬件及軟件設計簡單實用，實驗結果顯示，該系統具有良好的穩定性，能有效節省電能。

［1］徐新艷.單片機原理、應用與實踐［M］.北京:高等教育出版社，2005

［2］吳金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051 單片機實踐與應用［M］.北京:清華大學出版社，2002

［3］趙玉安.人體熱釋電紅外線傳感器介紹［J］.中國電子制作，2006，9(1)

［4］李強華，尚江龍，張根寶，楊紅喜.教學樓智能燈光控制系統設計［J］.計算機測量與控制，2007，15(8):1011～1013