什么是人体感应智能照明控制器

什么是人体感应智能照明控制器

1引言

在科学技术不断进步和能源利用日益紧张的状况下，节能减排自然成了社会所关注的焦点，因此各种智能节能产品层出不穷。本设计正是为了响应节能减排的号召。灯具作为千家万户不可缺少的用品，节能自然是基本要求。因为难免会出现人离开了，但是忘记关灯情况，本设计所设计的智能光控人体感应灯正是为了解决这一问题。

这个光控人体感应灯可以广泛的应用在生活中的方方面面，比如安装在家里，楼道里，或者作为路灯使用也是不错的选择。其目的都是为了节能。它是一个利用单片机控制的小型设备，同时拥有光控模块和人体感应模块。在白天或者是光照强度较高的情况下，由于有光控模块，所以该设备会始终保持关闭。当夜幕降临或者光照强度低到预设的程度时，人体感应模块检测到有人靠近，就会立即启动照明电路。当照明电路启动，又检测到人已经离开，则会经过预设好的短暂延迟之后自动关闭照明电路。值得一提的是，通过调节光控模块，可以满足各种光照条件下的照明需求。

随着单片机技术的日益成熟，以及光控技术和人体感应技术的完善，使得本设计变得可以实现。目前，经过设计与制作调试，本设备已经能够正常完成所有预设的功能。能够切实做到人来灯亮，人走灯灭的功能。

2 人体感应灯整体方案设计

这款设计主要是使用单片机和一些不同功能的模块共同组成的具有光控效果和人体感应能力的节能灯。白天，因为有足够的光线强度进行照射，灯的自控开关会一直处于敞开状态，灯会是关闭的；晚上的时候，光线较弱，灯的自控系统会通过红外线感应人体信号，灯就会自动点亮。在人要离开的时候，可以通过按键的设置来设置灯在自动熄灭时的延迟时间，这样，在人们离开以后，灯会根据感应信号的消失，在特定的时间时会自动熄灭，以此来达到节能的目的。该设计改变了原有的设计思路，从而达到了节能降耗的目的，并且使用简单、灵敏、广泛使用性强。

详细模块框图如图1所示。

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图1 系统模块框图

3总体工作方案电路图

将各模块的电路图连接起来组成总体工作电路图如图2所示。

该设计的主体思路：在环境光线暗时，光敏电阻的阻值会无限制的增大，相当于是一条断路，在与该电阻相串联的一条支路上分的电压会减小并且连接在比较器的负端；在另外一条串联电路中，有滑动变阻器的支路，相比较分得的电压就会增大；在经过单片机进行电压数据比较时候，会根据数据来确定继电器的闭合和断开。在红外系统检测到人体信号时，感应模块就会输出高电压，同时输送到单片机的P2.4端口和P1.0端口，在两个端口同时接受到数据时，在经过系统的检测，满足相应的条件时，从而控制继电器来点亮灯。

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J1图2 总体电路图

4 人体感应灯硬件电路设计

4.1 STC12C5A60S2单片机

STC12C5A60S2 单片机是基于51内核为基础的集成线路系统，单独的STC 系统是建立在时间/机器周期为主体的芯片结构，属于名副其实的智能、低耗、抗干扰的新型单片机，不仅传承了原有8051的系统有点，提高了运作效率，而且内部配置了性能卓越的MAX810专用复位系统，更在4路PWM8路高速10位A、D转换的支持下，进一步提升了感应灵敏性和抗干扰能力。

STC12C5A60S2 单片机最大优势就是运行速率快，在有限时间内，增强型的8051要比普通的8051快10倍以上；STC12C5A60S2的运行电压可调空间广，在5.5V--3.8V之间；耗能低，此设计可根据实际需求进行空闲和工作控制，大大节省了能源利用；以及更高的工作频率，其最高工作频率可达576MHz。另外，该单片机具备全双工异步串行口(UART),兼容8051串口，可快速实现指令融合和高速SPI 通信等功能。

4.2光控模块

4.2.1 光敏电阻

光敏电阻，顾名思义，就是对光线变化具有感应，从而对自身电阻值而产生变化的电阻。它工作的主要原理就是自身有内光电效应。这种电阻制作简单，在半导体光敏材料的两端装上电极引线，并且装在一个密封的管壳里就可以构成,如图4所示。

基于不同半导体导电能力的差异性出发，可有效根据载流子数目加以判定，因为载流子是半导体的核心部件。当光敏电阻接受光照刺激时，半导体内电子趋于活跃状态，从而释放自身能量，这时电子会向自由电子装换，过程中伴随着空穴的产生，电子—空穴对就会降低电阻阻值。光照越强，电子—空穴对就越多，阻值越低，形成正比关系。一旦光敏电阻接通，就会有电流产生，而且电流大小和光照强度是呈正比的，光照强，通过光敏电阻的电流就越强，反之则相反。如果光照变弱或消失，则电流相应减小，电阻凸显出来。

基于以上光敏电阻两端电流的变化趋势可知，电流大小和光照强度是呈正比的，只要有光线存在的地方，就会产生电流，而且随强度不断增大，实现了光电转换的功能。光敏电阻就是普通的回路装置，直流电或交流电都可以使用。

光敏电阻又被称为光导管，它是对光线进行感应的一种光电元件，它是由半导体制作而成，它是利用内光电原理工作的，在光照射时，会使它的阻值变小，这种现象叫做光导效应。一般都是采用敷、喷、烧结等多种不同的方法在绝缘衬底上安装很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，安装在可以透光的密封的套管内，防止受潮影响光敏电阻的灵敏度。光敏电阻的原理结构如图所示。在没有光照时，光敏电阻的阻值很高，在受到光照时，价带中的电子吸收光照中的能量，在价带中活跃到导带中，从而在价带中产生带正电荷的空穴，也可理解为电子—空穴对的起源，另外，电子—空穴对的介入，会不同程度的影响光敏电阻中载流子数量，载流子数量的减少势必影响电阻阻值。由图3所示，光照消失，电子—空穴对复合，光敏电阻恢复原值。

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图3 光敏电阻原理图

大量实践证明，光敏电阻只要通电，就会形成微弱电流，而在光照强度的刺激性，表现越来越明显，实现了光电转换的功能。光敏电阻就是普通的回路装置，直流电或交流电都可以使用。

4.2.2 光控模块设计

光控模块汇集了关敏电阻和分压型滑动变阻器的设计优势，如图4所示。

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J2

光敏电阻

R1

POT2

+5V

P1.0

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图4光控模块