基于熱釋電紅外傳感器的智能照明控制系統設計

楊亞豪　尤少軍　孫華青　劉慶蕾　張洋洋

【摘 要】在我國整體用電能耗中，照明用電占有很大部分的比例，很多時候沒有人但是照明用電依然滿功率工作，在節能減排大環境下，照明控制系統的設計顯得非常重要。針對這種情況設計了一種智能照明控制系統，利用熱釋電紅外傳感器實現了人來燈亮，人走燈暗，PWM調光實現LED亮度調節，光敏電阻實現燈白天不亮，夜晚亮。本文詳細地介紹了該系統的結構和工作原理以及系統的軟硬件設計。

【關鍵詞】照明控制系統;節能;熱釋電;PWM調光

中圖分類號： TP273文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）17-0027-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.011

A Design of Intelligent Lighting Control System Based on Pyroelectric Infrared Sensor

YANG Ya-hao YOU Shao-jun SUN Hua-qing LIU Qing-lei ZHANG Yang-yang

（Department of Mathematics and Science ， Huanghe University of Science and Technology， Zhengzhou Henan 450000， China）

【Abstract】Among our country whole power consumption， the power consumption with regard to the lighting takes major rate. When there are no people the power consumption of lighting still shows full charge work in many times. It is obvious very important for the design of lighting under the energy save and reduce discharge environment. In view of this situation， an intelligent lighting control system is designed. The pyroelectric infrared sensor is used to realize the brightness adjustment of LED， the PWM dimming is used to realize the brightness adjustment of LED， and the photoresistor is used to realize the brightness adjustment of LED during the day and at night. In this paper， the structure and working principle of the system and the design of software and hardware of the system are introduced in detail.

【Key words】Lighting Control System;Energy Saving;Pyroelectric;PWM Dimmin

0 引言

隨著日常家居使用的照明系統技術不斷更新升級，照明控制系統存在的問題也逐漸暴露了出來，如白天燈的亮度無法適當的進行變換，而夜晚因亮度突然變換引起的不適。目前在室內的智能照明控制的領域當中，智能照明系統的節約能源率理論上可以達到百分之十五至百分之七十五，延長光源壽命二至四倍。一般可以節能約百分之十至百分之十五，好一點的大概也可以接近百分之三十左右。同時，因為它對照度的靈活控制，又實現了電能的節省。在節能減排的大環境下，智能照明控制系統必將脫穎而出，成為時代的新寵。

1 智能照明控制系統的工作原理

1.1 智能照明控制系統的組成

本文設計的智能照明控制系統是由熱釋電、光照檢測電路、PWM調制等模塊組成，熱釋電模塊接收人體發出的熱信號，以控制燈實現人來燈亮，人走燈暗的功能;光照檢測電路主要是使用光敏電阻來實現對燈的控制，實現白天燈不亮，夜晚燈亮的功能;PWM調光模塊主要是通過單片機程序控制輸出高低電平來改變電路電流，本系統主要使用PWM調光功能來完成人來燈亮100%，人走，延遲一段時間后，燈亮30%的功能。

1.2 PWM調光原理

脈沖寬度調制（PWM）用于調節電壓、電流和功率[1-2]。脈沖寬度調制（PWM）是利用微處理器調節電壓、電流的技術。通過對模擬電路進行數字化控制，有效地控制、調節LED燈的亮度可以大大降低系統的不足[3]。脈寬調制的主要功能就是通過數字輸出信號完成對模擬信號的控制和調解。理論上，脈沖寬度調制可以對任何模擬信號進行編碼[4-6]。

1.3 熱釋電紅外傳感器原理

熱釋電紅外探測器的原理與特性：熱釋電紅外探測器的原理主要是電荷的變化，不斷地失去電荷，又不斷地補充電荷，利用中間時刻電荷失去了穩定的平衡這個過程，在被元件檢測和處理之后，產生了可用信號。一旦檢測到人體信號，人體發出的紅外輻射將由熱釋電模塊處理，產生高電平。

1.4 光照檢測電路原理

光敏電阻器可以利用光照來改變阻值，它利用了光敏電阻特有的屬性—半導體光電導效應。正向變化的光敏電阻，阻值隨著光照強度正向變化，增加阻值;反相變化的光敏電阻，阻值隨著光照強度反向變化，降低阻值。本設計采用的是正向變化的光敏電阻來實現光照檢測電路的功能。

2 硬件電路的設計

2.1 整體電路設計

本文所探究的智能照明控制系統以單片機為主，主要包括了四個大的模塊：單片機模塊、PWM調光模塊、熱釋電模塊、光照檢測模塊。智能照明控制系統的整體電路圖如圖1所示。

2.2 智能照明控制系統單元電路設計

（1）熱釋電模塊傳感接口電路設計

熱釋電紅外傳感器電路如圖1所示。+5V端為電源正極;P10端為信號端，接收人體釋放的熱信號，對應單片機P10引腳;GND端為電源負極，接地端。

（2）光照檢測電路設計

在光敏電阻的兩端加上+5V的電壓，當光照強度改變的時候，光敏電阻的阻值也隨之變化，從而控制LED燈實現白天不亮，夜晚亮的功能;滑動變阻器與光敏電阻串聯構成分壓電路，以控制端口輸出，達到根據不同的光照度亮燈的效果。

（3）PWM調光程序設計

本系統采用PWM進行亮度調制，由于現在許多微型處理器都集成了PWM控制器，使得調光變得更加方便，只需要通過Keil平臺完成對應的代碼的編寫即可實現我們所需要的功能。

3 軟件編寫與調試工作

3.1 系統程序流程

智能照明控制系統通過熱釋電模塊接收人體信號，檢測是否有人經過，從而觸發PWM調光程序來實現調節LED燈的亮度。當系統檢測到有人經過時，PWM占空比為100%，此時LED燈亮度為100%亮度;當系統檢測沒有人經過時，PWM占空比為30%，此時LED燈的亮度為30%亮度。

3.2 PWM調光程序流程

軟件程序的設計與編寫對于有單片機控制的系統來說至關重要。本系統的設計主要圍繞PWM調光展開，所以主要代碼程序就是PWM調光程序。定時中斷產生PWM調光信號流程圖。

3.3 智能照明控制系統的調試和檢測

將成品實物放置在較亮的環境測試，發現系統無論有沒有人經過，LED燈始終不會亮;然后，將成品實物放置在較暗的環境測試，發現沒有人經過時，LED燈的亮度始終較暗。將成品實物放置在較暗的環境測試，發現當有人經過時，亮度很高。由于實驗室示波器型號比較老，實際測量結果與理論值存在誤差，理論值30%，實際值為28%。

4 結論

隨著中國經濟的不斷發展，國家也越來越重視節能減排，設計出一種高效、節能并且使用便捷的智能照明系統就顯得很重要了。本文利用了熱釋電紅外傳感器、光照度傳感器和單片機組成的智能照明控制系統擁有高效、節能和便捷等優勢，實現了LED燈白天不亮，夜晚亮，人來燈100%亮度，人走后延遲一段時間，亮度降低至30%的功能，預計會在未來主流的照明控制領域得到廣泛使用。

【參考文獻】

[1]程衛東，董永貴.利用熱釋電紅外傳感器探測人體運動特征[J].儀器儀表學報，2015（5）：1021-1023.

[2]王晉，尚相容.白光LED的PWM驅動方式分析[J].電子設計工程，2016（7）：109-111.