基于單片機的智能教室照明系統的設計

宋璐 馮艷平 衛亞博

摘要：該文介紹如何設計一種基于單片機的智能教室照明系統，采用STC89C52單片機作為主控芯片，使用熱敏電阻和熱釋電傳感器分別實現教室內的光照度以及人體存在信息的采集；使用光驅動芯片PT4115結合基于PWM的調光方法，通過改變輸入波形的脈沖寬度即可調整LED光源的亮度。還可通過單片機設定自動和手動兩種模式，以便適應復雜的高校教室用燈環境，實現教室照明系統的智能化和人性化，達到節能環保的目的。

關鍵詞：STC89C52；照明系統；智能；PWM

中圖分類號：TN02 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）04-0253-02

Abstract： This work designed a set of intelligent classroom lighting system based on MCU. Use STC89C52 as main control chip. Use the thermistor and pyroelectric sensor obtained the light of the classroom and the existence of human body information. Use light chip PT4115 and dimming method based on PWM. By changing the pulse width of input waveform to adjust the brightness of the light source. Also can control MCU to set manual and automatic mode. In order to adapt to the complex light environment of college classroom. To realize the intelligent and humanization classroom lighting system .This system has the power to save energy and protect the environment.

Key words： STC89C52； lighting system； intelligent； PWM

隨著經濟的發展和科技的進步，人們對照明系統的要求再也不僅僅局限于亮度和價格了，而是對照明系統的節能性和智能管理有了更高的要求，使得照明系統在智能家居中的地位越來越高 [1]。而在大多數高校來說，對教室照明系統的管理都是依靠學生的自覺性和節能意識[2]，尤其是在白天，本身光線較好的情況下，學生或者是其他管理人員也很難注意到照明燈具是否關閉。除此之外，高校智能照明管理系統的硬件條件有限，這就容易造成資源的極大浪費。

為此，設計了一種基于STC89C52單片機的智能教室照明系統，在規定的教學時間里，采用光敏傳感器監測自然光的照度，并調整教室燈光照度或者控制燈光自動開啟和關閉；采用熱釋電傳感器判斷教室是否有學生，若無人自動關閉教室燈光；在規定的教學時間外，自動關閉教室燈光，但可以人為手動開啟；在預設的休息時間內，自動關閉教室燈光，并且不能人為開啟。這樣，在充分保證教室的正常使用的前提下，盡可能地減少電能浪費。

1 硬件設計

基于單片機的智能教室照明系統結構如圖1所示，主要包括以下7個組成部分：人體紅外探測電路、光信號檢測電路、信號處理電路、單片機主控電路、燈光控制電路、上位機通訊電路和電源電路。

1.1 人體紅外探測電路

人體紅外探測電路由熱釋電紅外傳感器D203S和專用處理芯片BISS0001來構成，其中熱釋電紅外傳感器D203S是人體紅外線熱釋電傳感器，采用雙元件構成，可以區分識別運動的生物體和非生物體；BISS0001是具有高性能的傳感器信號處理集成電路，由運算放大器，電壓比較器、狀態控制器、延遲時間定時器和封鎖時間定時器等構成，能夠實現傳感器信號識別和狀態輸出[3-4]。

1.2 光信號檢測電路

光信號檢測電路主要由光敏電阻來構成，具有靈敏度高、測量范圍寬和光譜響應范圍廣等優點[5]。當光敏電阻受到光的照射時，其材料的電導率發生變化，表現出阻值的變化，光照越強，阻值越低，所以可以通過測量電路中的電壓值或者電流值，經過A/D轉換后，由模擬量轉換為數字量，然后送入到單片機主控芯片中進行處理，從而得到相應的光照度。具體的測量方法可參考文獻[6]，這里不再贅述。

模數轉換器采用串行AD轉換器TCL549，與光敏電阻以及主控芯片的接口電路如圖3所示。

1.3其他電路

單片機主控電路采用INTEL公司的STC89C52作為主控芯片，是一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K字節系統可編程Flash存儲器、512字節RA、32位I/O口線、內置4KB EEPROM、3個16位定時器/計數器、4個外部中斷結構和全雙工串行口，具有控制簡單，使用方便和成本低等優點[7-8]。

燈光控制電路采用PT4115作為LED光源驅動芯片，為保證LED光源色溫穩定，采用PWM調光方法，通過改變輸入波形的脈沖寬度來調整亮度[9]。單片機主控電路根據各路傳感器檢測到的信號產生不同占空比的PWM信號，從而自動調整教室內的光照度。

2 軟件設計

系統軟件流程圖如圖3所示，單片機上電后，系統開始初始化，由單片機判斷處于自動模式還是手動模式，若為手動模式，則根據當時教室開關狀態控制教室內LED燈光狀態；若為自動模式，則根據各路傳感器監測到的信號，使用預先設定好的閾值控制教室內LED燈光狀態。完成一次控制之后，可將教室內的LED燈光狀態數據由上位機上報至控制室，由控制室統一存儲或者管理。

3 結束語

基于STC89C52單片機設計的智能教室照明系統，能夠根據各路傳感器檢測到的信號自動調整教室燈光的照度，并且可以根據設置好的時間自動控制燈光開啟或者關閉。此外，在系統中還設置了可與上位機通信的接口，能將每個教室的燈光情況上報至控制室，也可由控制室統一管理，實現了高校教室照明系統的智能化，具有結構簡單、成本低和實用性強等優點，實現了節能環保的目的。

參考文獻：

[1] 王東，莫先.基于STM32和HC-SR501智能家居的智能照明系統設計[J].重慶理工大學學報（自然科學），2016，30（6）：135-142.

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[3] 陳文星，付繼宗，魏建英.基于BISS0001信號放大電路的人體紅外感應開關設計[J].電腦開發與應用，2013，26（02）：66-68.

[4] 王曦，魏卓.一種遠程紅外智能照明控制系統的設計[J].河南師范大學學報（自然科學版），2016，44（05）：169-174.

[5] 翁健衎，劉衛玲，常曉明.基于光敏電阻的簡易照度計的設計與實現[J].電子測量技術，2017，40（11）：217-220.

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[7] 王瑞琦，劉向陽，鄒星興，劉浩迪，等.基于STC89C52單片機的電子秤設計[J].國外電子測量技術，2017，36（5）：94-97.

[8] 李祥，楊延寧，王魏，馬玉昆，等.一種基于STC89C52單片機的脈搏測試儀設計[J].自動化與儀器儀表，2018，2：100-102.

[9] 高興華，李建永，全繼花，趙昆明，等.基于PT4115驅動的高精度數字LED星等模擬器[J].應用光學，2016，37（02）：276-280.

【通聯編輯：王力】