基于紅外傳感器的教室節能照明控制系統

陳建有 梁娟

摘 要：針對目前校園中普遍存在忘記隨手關燈的現象，本文設計了一款基于紅外傳感器的教室節能照明控制系統。該系統采用STC89C51單片機作為控制模塊的主導元件，用熱釋電紅外人體傳感器檢測判斷人體的留存，同時對環境光進行檢測和判斷，根據教室合理照明條件，自動打開和關閉教室里的燈，實現對教室照明系統的的智能控制，從而減少了教室電力的浪費。

關鍵詞：STC89C51單片機;熱釋電紅外人體傳感器;報警電路

0 引言

高校教室普遍存在教室無人而燈全部打開的現象，照明電能損失越來越大。而學校照明用電管理基本上是人工操作，由于教室數量過多而管理員數量有限，沒有辦法及時對每一間教室燈的狀態進行控制。因此，很有必要設計一種教室照明自動控制系統，做到有人時燈打開，無人時燈自動關閉。

1 系統總體設計方案

本系統采用STC89C51單片機微控制器作為核心部分，還有一些其它相應模塊，如熱釋電紅外傳感器模塊、環境光采集模塊、看門狗電路、復位電路、時鐘電路、顯示電路、超時報警電路、電源等幾部分組成。教室燈的強度通過環境光采集電路進行測量，熱釋電紅外傳感器模塊檢測教室中是否有人，顯示電路顯出熱度值，時鐘電路供應時鐘頻率，超時報警電路提示關閉教室燈光，電源為整個電路提供電量。總體的設計框圖如圖1所示：

2 系統硬件設計

2.1 微控制器電路

控制教室照明核心部件是STC89C51微控制器，它消耗的功率很低，具有8位CMOS 微處理器，具有在線的可編輯Flash存儲器。該單片機的優點：其片內部擁有Flash，可以多次對單片機進行編程，可以很方便地在線編程，單片機內部有128字節的RAM、 4KB的EEPROM，它并沒有片外擴展的RAM，使電路結構變得簡潔，并且完全兼容MCS5l系列單片機的所有功能。

2.2 系統時鐘電路設計

時鐘電路是為單片機提供精確定時的內置電路，主要用于計時、通訊時鐘發生器、時間中斷源等等。系統將選用適合系統且低廉的實時時鐘芯片DS1302，作為臨時性存放數據的RAM寄存器。芯片的優點是芯片的體積微小，操作很簡單，時鐘精度很高，除此之外，它還具有可以進行串行的傳輸數據，但系統出現了掉電的情況，可以對電源進行保護并且可以提供一種可編程的充電功能，不想使用時，也可以關閉充電功能。DS1302芯片需要使用到三根線來與系統的單片機進行連接通信，很符合系統的要求。

2.3 復位電路設計

為了讓系統得到復位是系統復位電路的功能，可以實現穩定的工作。在單片機正常運行的過程中，可能因為受到外界各種各樣的不定因素的影響，從而造成單片機中的程序發生死機、跑偏以及出現癱瘓等現象，因此，要想良好地使單片機可以正常地工作，不出現以上的現象，就需要設計重新復位的辦法讓單片機程序正常工作，因此還應該在系統中設計復位電路。該設計使用上電自動復位。

2.4 按鍵模塊設計

設計中采用獨立按鍵主要用于讓單片機捕獲到外部的低電平，該設計中有四個獨立按鍵，其中兩個是進行電機的開啟與關閉。感應門的設計中使用獨立按鍵編程簡單，使用靈活，滿足了各種人機交互的需求。獨立按鍵的原理是將按鍵的一端接地，一端直接連單片機的I/O口，當按鍵按下時，單片機開啟讀的功能，單片機讀取一個低電平后就執行一個動作。

2.5 環境光采集模塊設計

該模塊設計選用的是光敏電阻。制作材料為硫化鎘、硒、硫化鋁等材料。這些制作材料在光照條件下會產生載流子，然而這些載流子又都會參與導電，因此，在施加電場力的作用下，載流子就會發生漂移，電子帶負電，將會奔向電源的正極，空穴負電，將會奔向電源的負極，會影響光敏電阻的阻值變化，使其阻值快速減小。可以用光電敏電阻值的變化，以及并聯分壓的方法，來獲得電壓值，將得到的電壓與LM393的電壓進行比較，并利用10k可調控電阻來調節光線大小。如果感應光太弱，則信號由微控制器處理。

2.6 熱釋電紅外感應模塊設計

該系統中的熱釋電紅外傳感模塊主要是用來檢測教室中是不是有紅外線，并確定教室中是不是有人在。它是數據收集的核心模塊，用來判斷課堂中紅外線的強度，判斷課堂中的人數來控制課堂中的光強度。

人體所發出的紅外線波長大約為10um左右，所屬范圍為遠紅外區，因此，它會發出一定波長紅外光。紅外傳感源使用熱電元件，當人體發出的紅外輻射溫度有所變化時，它將會對其進行接收，并且將會失去電荷向外釋放。然后，電路在檢測和處理之后產生熱電紅外傳感信號。注意：要合理地安裝人體傳感器。因為當人移步到教室中的紅外傳感器檢測盲區時候，熱釋電傳感器反射的信號將不能令人滿意，有時會發生故障。

2.7 液晶顯示電路設計

為了達到好的人與機器進行交流互連的界面，我們選用1602液晶顯示屏，因為它十分符合系統的需求，1602液晶顯示屏可以顯出用戶的設定作息時刻和用戶所查問的資料。液晶顯示電路運用了液晶的物理特性，設備的顯示區域通過電壓對其進行控制，電路中有電流通過設備就會有顯示，可以將圖形顯示出來。該設備具有很好的優點：它的體積小，重量很輕盈，消耗的功耗比較低等等。可以很好地用它來顯示字母、數字、符號等等，讓設備的顯示器與驅動器模塊進行對應連接，可以直接明了地顯示出程序中的內容。

2.8 超時報警電路設計

在課堂上，如果使用手動控制，學生和管理員的工作可能會有疏忽。有可能造成教室燈開著，處于長時間的工作狀況，就會造成教室能源出現浪費，系統裝有超時報警電路可以很有效地提醒管理員是不是要關閉教室中的燈光。該電路模塊的設計，可以減輕管理人員的負擔，可以方便他們對教室中燈光控制的管理，從而保護公共設施，減少資源的浪費。

3 系統軟件設計