自动开关灯照明系统控制器设计

自动开关灯照明系统控制器设计

目录

摘要....................................................................................................... 错误!未定义书签。第1章系统总体设计.. (3)

1.1 系统总体框架 (3)

1.2系统工作原理 (4)

1.3系统硬件电路设计 (4)

1.4 感应器的选择 (4)

第2章系统硬件设计 (6)

2.1 5 V 稳压电路 (6)

2.2单片机最小系统 (6)

2.3过零检测电路 (7)

2.4人体红外热释传感器模块 (7)

2.5 可见光照度传感器模块 (8)

2.6 照明灯驱动电路 (9)

2.7 串口调试模块 (9)

第3章系统软件设计 (11)

3.1系统监控主程序模块 (12)

3.2系统自检初始化 (12)

3.3定时中断处理设计 (13)

3.4人体红外传感器的优缺点 (13)

3.5数据采集软件的实现 (14)

3.6编程仿真 (14)

结论....................................................................................................... 错误!未定义书签。致谢....................................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献..................................................................................................... 错误!未定义书签。

第1章系统总体设计

当今社会经济飞速发展，各类能源浪费问题日趋严峻，尤为显著的如，大型地下停车场、公共卫生间、楼道等场所照明用电。虽然白炽灯拥有许多优点，但是由于其能效过低，已被世界各国相继宣布淘汰。随着互联网技术带动下的物联网的发展，智能家居逐渐开始迅猛发展。照明作为家庭用电中的重要部分，智能照明也拥有广阔的发展前景。而且随着人们对能源节约的越来越深入人心的认识，设计一种自动开关的照明系统的设备显得尤为重要。

尤为显著的如，大型地下停车场、公共卫生间、楼道等场所照明用电。虽然白炽灯拥有许多优点，但是由于其能效过低，已被世界各国相继宣布淘汰。随着普通白炽灯被淘汰[1]，荧光灯、LED 和节能卤钨灯成为目前照明灯具市场的三大主流。荧光灯是当前替代普通白炽灯最主要也是数量最多的照明灯，虽然和普通白炽灯相比能节约 80%的电能，但其价格昂贵，体积较大，发光面积较大，不是点光源，光谱不连续，不能做到 100%的显色性。同时荧光灯含有汞、荧光粉以及大量的电子元器件，废弃后给环境带来的负担是不可估量的。近年来 LED 的发展非常迅速，但成本相对较高，且在技术上还无法做到如黑体辐射的连续光谱，在显色性、颜色一致性方面依然无法和节能卤钨灯媲美，所以离大规模普及仍有一段距离。节能卤钨灯本质上仍是白炽灯，其结构简单、价格低廉、对环境无害，能直接工作于市电电压，瞬时启动，瞬间即可达到最大光输出，和普通的白炽灯相比能节约 30%的电能[2]，节能卤钨灯由于其近似于点光源的集中发光体，几乎黑体辐射的连续光谱、100%的显色性，3 000K 左右色温的柔和色光，无频闪，在很多对照明质量要求较高的场所，仍然有不可比拟的优越性。

考虑到以上因素，按照节能、减排、智能和实用的要求，笔者针对节能卤钨灯设计出基于单片机的智能灯控系统[3]，利用人体红外热释传感器和可见光照度传感器构成环境检测系统，大大提高了灯控系统的灵敏度、精确度和实用性[4]。现代自动化程度不断提高，技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向的发展。于是，开发简便、实用的室内自动开关灯照明系统的设计具有重要的现实意义。

1.1 系统总体框架

本系统以单片机为控制核心，由 5 V 稳压电路、过零检测电路、人体红外热释传感器模块、可见光照度传感器模块、照明灯驱动电路和串口调试模块组成。系统框图图1.1所示。

图1.1系统框图

1.2系统工作原理

利用人体红外热释传感器探测人体特征，可见光照度传感器检测当前环境照度，把传感器检测信号送单片机处理，根据处理结果在单片机每次中断时控制照明灯的开关和亮度。

[5] 串口调试模块作为人机交互工具，便于观察系统相关参数。[6]

1.3系统硬件电路设计

系统控制器主要是以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数。可以实现自动与手动控制相兼容。在自然环境光较强光线较强时，无论是否有人体存在，都不开灯；在环境光较弱时，有人存在且超过一定时间时，系统控制器自动打开电灯，人离开后延时一定时间后再自动关灯。

系统控制单元是以单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：系统供电模块、环境光采集模块、热释红外传感器模块及继电器驱动模块。单片机作为主控芯片，热释红外传感模块识别人体，光敏电阻识别光线，LM393电压比较器将光敏芯片处理给单片机，继电器控制负载灯。

设计可以应用在教室，图书馆等一些公共场所，当光线暗并且有人时，继电器会吸合，从而驱动任何负载，智能延时，当没有人时灯不会亮，从而实现节能、智能的效果。

1.4 感应器的选择

方案一：感应人体采用被动式红外传感技术，利用红外光敏器件将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号，并进行放大处理。它能可靠的将运动着的生物体和飘落的物体加以区别。同时它还具有监控范围大，隐蔽性好，抗干扰能力强和误报率低等特点。被动式红外入侵报警器又称热释电红外入侵报警器，由光学系统，红外传感器和信息处理三部分组成。目前与红外传感器配套的光学系统有三种，即反射式、透射式和折射式。其中反射式光学系统的灵敏度最高，其探测距离可达25～60 m；透射式的灵敏度最低，探测距离为2～10 m；折射式居中，兼有反射式和透射式的优、缺点。

方案二：感应人体采用主动式红外探测器，由红外发射机、红外接收机组成。分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用，