基于單片機(jī)的走廊節(jié)能衛(wèi)士系統(tǒng)設(shè)計(jì)

刁望棟　郭訓(xùn)虎　邵帥　李銳　門立山

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)走廊中存在的一些能源浪費(fèi)現(xiàn)象，特設(shè)計(jì)了一種走廊節(jié)能衛(wèi)士系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)利用各類傳感器感知環(huán)境，并用STC89C51單片機(jī)編定的特定程序進(jìn)行實(shí)時(shí)智能檢測(cè)和調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)走廊電燈智能化，為人們的生活和工作提供更多的便利。

關(guān)鍵詞：走廊；單片機(jī)；節(jié)能衛(wèi)士系統(tǒng)；傳感器

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.159

目前，在很多學(xué)校、賓館、辦公樓等場(chǎng)所都存在能源浪費(fèi)現(xiàn)象。比如在晚上，不管有沒有人，這些場(chǎng)所走廊里的燈都會(huì)亮一晚上，造成了很多不必要的浪費(fèi)。當(dāng)前，市場(chǎng)上雖然有了聲、光控?zé)?，但這類型燈也有一定的弊端——在賓館、學(xué)校等場(chǎng)所使用該類型燈會(huì)打擾人們休息。鑒于此，我們研究出了一種智能走廊電燈控制系統(tǒng)。運(yùn)用該系統(tǒng)可以有效解決上述問題，最大限度地節(jié)約能源，減少浪費(fèi)。

該系統(tǒng)主要由紅外傳感器、壓力傳感器、單片機(jī)、紅外攝像頭等組成，由紅外線傳感器、壓力傳感器共同控制燈的亮滅。紅外傳感器均勻地安裝在走廊的天花板上方，壓力傳感器置于走廊的地毯處。晚上，在沒有人時(shí)，燈是關(guān)著的。當(dāng)有人走出房間時(shí)，紅外傳感器可以靈敏地感應(yīng)到，并將信號(hào)反饋給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)人的行走路線，開啟相應(yīng)路線上的總開關(guān)。此時(shí)，該路線上的燈不會(huì)全亮。當(dāng)人走到相應(yīng)區(qū)域，置于走廊地毯處的壓力傳感器感應(yīng)到壓力的變化后，也將信號(hào)反饋給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)事先設(shè)定的程序，開啟人所在位置的燈。這樣，人在向前行走的過程中，壓力傳感器依次感應(yīng)到壓力的變化，將人前方的燈逐個(gè)點(diǎn)亮。當(dāng)人離開后，壓力傳感器同樣可以感應(yīng)到壓力的變化，此時(shí)單片機(jī)會(huì)根據(jù)設(shè)定的程序，在幾秒鐘后自動(dòng)關(guān)閉電燈。該系統(tǒng)適用于晚上，白天只需將傳感器斷電即可。

此外，該系統(tǒng)還設(shè)有紅外攝像頭模塊，當(dāng)燈開啟時(shí)，紅外攝像頭開始工作，并且會(huì)隨著人的走動(dòng)而調(diào)整攝像頭的方向，這樣就避免了攝像頭長(zhǎng)時(shí)間工作，僅需要在特定的時(shí)間內(nèi)工作即可，既減少了不必要的消耗，又為人們的安全提供了保障。

1 走廊節(jié)能衛(wèi)士系統(tǒng)的組成及功能

基于單片機(jī)的走廊節(jié)能衛(wèi)士系統(tǒng)主要由LED節(jié)能燈、傳感器系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、排風(fēng)扇等幾部分組成。對(duì)現(xiàn)有的走廊結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造，對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)，并輔以傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)智能開啟、燈跟隨人的走動(dòng)依次亮起、攝像頭跟隨人像拍攝、有毒氣體煙霧的檢測(cè)和清除等功能。

2 基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

運(yùn)用安置在走廊地毯處的壓力傳感器、人體紅外傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、煙霧傳感器等可實(shí)時(shí)檢測(cè)外界條件的變化。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)在電子產(chǎn)品中所占的比例越來(lái)越高，A/D、D/A轉(zhuǎn)換器作為數(shù)字電路與模擬電路之間的橋梁，其意義也越來(lái)越重要。將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)傳遞給STC89C51單片機(jī)，從而通過設(shè)定的程序進(jìn)行智能自動(dòng)控制。

2.1 系統(tǒng)的自動(dòng)開啟

走廊節(jié)能衛(wèi)士系統(tǒng)的傳感器模塊中設(shè)置有人體紅外檢測(cè)模塊，當(dāng)人體紅外傳感器檢測(cè)到有人出現(xiàn)時(shí)，立即開啟節(jié)能燈系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)；而在沒有人時(shí)，這些系統(tǒng)則處于待機(jī)狀態(tài)，這就大大節(jié)約了能源，減少了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量。

2.2 壓力傳感器檢測(cè)人的位置

在走廊地毯處安置有壓力傳感器，每一塊壓力傳感器代表一個(gè)區(qū)域，當(dāng)人踩在地毯上時(shí)觸發(fā)壓力傳感器，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)壓力傳感器的位置開啟其壓力傳感器上方的LED節(jié)能燈，并且確定攝像頭拍攝的角度，這樣就可以實(shí)時(shí)跟隨人拍攝，從而既節(jié)約了能源，防止用不到的燈一直開著，同時(shí)也減少了攝像頭攝像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量。

2.3 氣敏傳感器感知外界煙霧濃度的變化

近年來(lái)，由于煙霧造成人員中毒或死亡的案例頻頻發(fā)生，因此，我們?cè)谧呃裙?jié)能衛(wèi)士系統(tǒng)中安裝了氣敏傳感器——主要用于檢測(cè)室內(nèi)和室外的煙霧含量、霧氣含量和沙塵量。當(dāng)室內(nèi)燃起火苗或由于某些原因失火，只要?dú)饷魝鞲衅髂軌驒z測(cè)得到，就會(huì)由單片機(jī)控制的監(jiān)控器實(shí)時(shí)進(jìn)行證據(jù)采集，并且報(bào)警通知住戶和管理人員，在最大程度上降低人員的傷亡。另外，設(shè)置在走廊兩頭處的排風(fēng)扇也會(huì)及時(shí)開啟，加快空氣流動(dòng)，從而使煙霧和有毒氣體盡快消散，保障人們的身體健康。

3 走廊節(jié)能衛(wèi)士系統(tǒng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)

走廊節(jié)能衛(wèi)士系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合現(xiàn)代社會(huì)建設(shè)的特點(diǎn)。21世紀(jì)是一個(gè)創(chuàng)新型的時(shí)代，我國(guó)的發(fā)展理念就是構(gòu)建和諧的環(huán)保型社會(huì)。該系統(tǒng)在很大程度上減少了電力資源的浪費(fèi)。比如在一些場(chǎng)所，一個(gè)50 m的走廊至少需要10個(gè)40 W的燈泡，這樣，一晚上就會(huì)消耗將近5 kW·h的電量；而如果采用走廊節(jié)能衛(wèi)士系統(tǒng)，一個(gè)50 m走廊的夜晚照明系統(tǒng)僅消耗不到1 kW·h的電量。全國(guó)這樣的走廊不計(jì)其數(shù)，可見，采用該系統(tǒng)所節(jié)約的電能將是非?？捎^的。走廊節(jié)能衛(wèi)士系統(tǒng)造價(jià)低、實(shí)用性強(qiáng)、維修方便，而且所擁有的攝像頭監(jiān)控模塊可為人們的安全提供雙重保障。

4 發(fā)展前景

走廊節(jié)能衛(wèi)士系統(tǒng)主要應(yīng)用的是STC89C51單片機(jī)以及紅外傳感器、壓力傳感器和氣敏傳感器等，價(jià)格低廉，易于被大眾接受，同時(shí)，系統(tǒng)的架構(gòu)并未發(fā)生大的改變，不必對(duì)原有的走廊進(jìn)行大的改動(dòng)，不會(huì)造成大的經(jīng)濟(jì)損失。該系統(tǒng)通過傳感器和單片機(jī)的編程控制，對(duì)走廊的情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，旨在為人們提供安全的生活、工作環(huán)境，順應(yīng)智能化的潮流，市場(chǎng)前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1]肖洪兵.跟我學(xué)用單片機(jī)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

[2]李廣第.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.

〔編輯：劉曉芳〕