基于單片機的高校節能智能化燈光系統的設計總結

武宇欣　張逸冰　孟凡成　石雨婷　胡天帥

（中國礦業大學江蘇徐州221116）

基于單片機的高校節能智能化燈光系統的設計總結

武宇欣張逸冰孟凡成石雨婷胡天帥

（中國礦業大學江蘇徐州221116）

本項目設計研究的高校燈光的節能智能化系統，核心是開發出以紅外釋電處理芯片和單片機為主構件的紅外傳感控制電路系統。采用模塊化結構設計，具有結構清晰、體積小、控制方便、可靠性高、性價比合理等優點，便于改進和擴充。

教室燈光；節能；智能；人體感應

1　設計問題的提出

我們經常會發現這種情況：教室空無一人，可是等還亮著；或者外面陽光明媚，教室的燈仍然開著。一間教室14盞燈，一層樓二十七間教室，一棟教學樓共1890盞燈，所有教學樓共10000盞燈，每盞燈的功率是40W，這樣算下來共40000W。雖然不會出現所有燈管都在做無用功的情況，但是基于數量來看，浪費的問題還是不可小覷。所以小組人員決定設計一套智能化的燈光系統。

目前已有的高校燈光節能控制系統，一種是以光強為主要依據的系統，會根據光強決定燈光亮度，并且會出現教室里面沒人燈還亮著的情況，且在進行光照強度檢測的實驗中大都采用光敏管，但這只能模糊測出光照強度，無法精確；另一種為以人體信號為依據，通過感應人體信號而使燈亮，這樣就會造成在光照強度足夠的情況下等依然亮著的問題。對于人體的檢測主要通過紅外熱釋電傳感器，并且可根據進入教室的人數而控制開燈數量，但使用此方法在人流過密的情況下法精確計數，效果較差。

綜合以上情況，小組人員對已有的照明系統進行了改進，實現了教室燈光的智能化控制，便于管理，且成本較低。工作模式為：當環境光在一定強度閾值之上時無法開燈，而環境光在一定強度閾值以下并且檢測到人體存在時才能開燈。

2　設計總體方案設計

系統控制單元由單片機主控模塊為核心，結合復位電路、LED指示模塊、人體感應模塊、光敏模塊、晶振電路及繼電器模塊。其中，人體感應模塊用來檢測人體是否存在，光敏模塊智能識別光線強度，電壓比較器將光線輸入進行處理并傳輸到單片機，而負載燈則是由繼電器來控制。

控制器安裝位置：假設教室有9排座位，教室的天花板上有三組燈，一組燈的有效照明范圍是3排，則每組燈配備一個控制器，其中控制器的紅外探頭的有效探測范圍設置為剛好與照明燈的有效照明范圍重合（如圖1所示）。這樣，當有人出現在第一或第二或第三排的時候，觸發第一組燈亮，第二、第三組燈不會亮，當有人出現在其他排位時，原理一樣。

3　人體感應模塊

本設計是全自動感應，采用被動式紅外探頭來探測人體發射的紅外線，并結合菲尼爾濾光片來達到實驗目的。人在進入到感應范圍時則輸出低電平，如果在此范圍內一直有人體活動，則輸出一直保持低電平，直到人離開后；人離開感應范圍則自動延時關閉低電平，輸出待機時的高電平。

系統設置了感應封鎖時間。每一次感應輸出后，會有一段延時時間，這樣就可以保證在封鎖時間內不受任何信號的影響。

一般來講，我們不能將燈光控制器安裝在電燈能直射到的位置，以此避免燈光和環境光混淆。在安置人體傳感器時使人體傳感器中的熱釋電元連線方向與人體活動方向垂直，同時盡可能避免外界風吹向人體傳感器，通過這種方法能使人體存在信號的采集更加可靠。

4　光敏模塊設計

該系統將光敏電阻的變化與電阻進行分壓，將分壓后得到的電壓值傳遞到LM 393電壓比較器進行比較，通過10k可調電阻來實現光線限值的調節。判斷感應的光線是否滿足條件，將判斷信號傳輸給單片機進行后續處理。

5　系統分析與調試

本設計選用KeilC軟件環境，編譯完KeilC后，運用STC_ISP_V480軟件燒錄到開發板上，同時對STC_ISP_V480進行一些必要的設置。

圖1　KeilC運行圖

6　結語

由于教室面積、燈具數量各不相同，教室內部安裝智能控制系統的數量也會有所不同。人體傳感器的數量受教室面積的影響較大，一套智能控制系統只能較好識別一定范圍內的人體紅外信號。因此，在面積不同的教室內需要安裝數量不同的智能控制系統，以便達到預期目標。初步試驗證明，本系統具有較好的實用性、適用性，可廣泛應用于教書、圖書館等環境中。

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［9］馮博琴.微型計算機原理與接口技術［M］.清華大學出版社，2004.

［10］張毅剛.M CS-51單片機應用設計［M］.哈爾濱工業大學出版社，2004.

高校教室燈光節能控制系統的設計，項目編號：015001。

武宇欣（1994—）女，黑龍江大慶人，中國礦業大學本科生，工業工程專業。