基于红外传感器的智能教室照明控制

摘 要 ： 于红 外 热 释 电传 感 器技 术 的 应 用 ， 出 了该 传 感 器 不 能识 别 静 止 人 体 的 解 决 方 案 ， 设 计 出教 室照 明智 能控 基 提 并
制 系统 ， 教 室照 明系统达到“ 使 人在灯 亮、 人走灯灭” 的效果， 从而省 电节能。
关键词 ： 红外热释 电传感 器； 智能控制 ； 节能
中图分类号 ： Ｐ ７ Ｔ ２３ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：６ ２ ５ ５ ２ １ ０ — ０ ０ ０ １ ７ — ４ Ｘ（ ０ ２）５ ０ ６ — ２
随着教育事业 的发展 ， 学校照明电耗越来越大。 高校教室普遍存在一种状况 ，当不多的学生在教室 自习时 ， 所有的灯都开着 ， 造成大量的电能浪费。而 学 校 照 明用 电的 管理 ，基 本 处 于一 种 粗放 式 的 管理 状 态 。照 明 电能损 失越 来越 大 ， 为此很 有 必要开 发教 室 照 明 自动控 制 系统 。 目前 ， 国内外照明 自动控制装置， 基本上采用被 动 的人 体感 应探 测 、 见光 探测 、 释 电红外探测 、 可 热 声 音探 测 等方 法 ， 都存 在一 定 的不 足 。这 些方 法在探 但 测上都存在一定的缺陷， 中热释电红外探测应用最 其 广泛， 但是都不能识别静止人体。本文针对该缺点提 出了可行的解决方案 ， 并结合单片机技术 ， 设计 了一 套基于红外传感器的智能教室照明控制系统方案。
１ 方案设计
传统的外传感器大多用于动态人体的识别 ， 本文 度。传感器工作原理如图 ２ 。 所设 计 的红外传 感器智 能系统 ，不仅 可 以判别动态 中 红外窗口 的人体 ， 也可对 自习室 中相对静止的人体加以识别， 从 左一 右 ｑ 卜一 而达到对教室灯光照明系统进行智能控制的目的。 ＼｛ 敏感元件 １１ 系统 框架 设计 ． （） ａ 敏感元 件夏向串联示意 图 （ ） ｂ 人体从左到右 （ ） ｃ 人体从右到左 由于人体会发出特定波长（０ ｍ左右 ） １ 的红外 输 出信号 输 出信号 线， 因此可采用 目前应用广泛的红外热释 电传感器 ， 图 ２ 热释 电红 外 传 感 器 的 工 作 原 理 来识 别 人 体信 号 【 经 后续 电路放 大 和 ＡＤ转 换 等处 】 １ ， ／ （ ） 感器 的动 态检 测解决 方 案 。 ２传 热释 电红 外传 理后 ， 传递给基于单片机的控制电路 ， 以此来控制灯 而在教室 内很 多情况下 ， 的开关 。做到人在灯亮 ， 人走灯灭 。系统框架如图 １ 感器只对运动的人体敏感 ， 人们都处于相对静止或者 幅度很小 的运 动状态 ， 传 所示。 穗 广… … 一、 ，… … 一 、 ＿ 厂… … 一、 ＿ ， … … —、 感 器 通常 不 能加 以有 效 的识 别 。这 也正 是 目前 市 场
１２传 感器 设计 。
（） １ 传感器工作原理 。热释 电红外传感器 ， 是基 于热电效应的红外传感器 ，其 内部 的热电元 由高热 电系数 的铁钛 酸铅 汞 陶瓷 以及 钽 酸锂 、硫 酸 三甘 铁
等配合滤光镜片窗 口组成 ，其极化 随温度的变化而
改变。
为了抑制因 自身温度变化 而产生 的干扰 ，该传 感 器 在工 艺 上将 两个 特 征一 致 的热 电元 反 向串联 或 接成差动平衡 电路 ， 从而以非接触 的方式 ， 检测出物 体放出的红外线能量变化 ，并将其转换为 电信号输 出。 通过两个晶硅片的反 向串联 ， 传感器中两个极性 相反 、 大小相等的干扰信号在 内部相互抵消 ， 得到能 量补偿 。 对于辐射至传感器的人体红外线 ， 热释电传 感器通过安装在前方的菲涅尔透镜 ，将其聚焦后加 至两个探测元上 ， 使传感器产生并输 出电压信号。菲 涅 尔 透 镜 的应 用 增 强 了元 件 识 别 的 正 对 性 和敏 感
、
每次振 动时间设定为 ２ ， 振动周期为 ３ 每 ３ Ｓ ０Ｓ， ０Ｓ 扫描一次 。如果连续两个周期该 区域 内没有人体信 号， 控制系统执行关闭照明灯的动作 。
图 ６ 单片机的程序设计流 程
图 ３ 振 动 方 案
２ 教 室 区域 规 划
（） ２ 摆动方式。 ４ 图 所示的摆动方式 ， 其基本思路 与振 动方式相 同 。 区别 在于传感 器运动 的方式 ， 是在弹 图 ７为 一个 吸 顶式 安 装 的传 感 器 系 统 。传 感 器 片 的带动下发 生摆动 ， 而达 到相对 运动 的 目的。 从 通过 的敏感范围有限 ， 若教室面积较 大 ， 可将其划分为若 个小型电机驱动凸轮， 即可实现弹片的摆动。 干个分区 ， 以单独控制 ［ 而不必 同时开启教室里 加 ３ 】 ， 的全部 照 明灯 具 ， 从而 达到 省 电节能 的效 果 。 传恐器
Ｅ ｕｐ ｎ Ｍａ ｕａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎｏ５， ０ ２ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｎ ｆ ｃ ｒ ｇＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ． ２ １ ｉ
基于红外传感器 的智能教 室照 明控 制
敖弟维 ’ 王亚伟 杨艳芳 ’ 杨俊彦 ， ， ， ，
（． １ 武汉理工大学 物流工程学院， 湖北 武汉 ４ ０６ ； ． ３０ ３ ２海洋石油工程股份有限公 司， 天津 ３ ０５ ） ０４ ２
《 装备制造技术￣ｏ ２ ２ １ 年第 ５ 期
解决 动态检测 的问题 ，即让传感器产生一定 幅度 的 运动 ， 通过人和传感器之间的相对运动 ， 实现信号 的
有效识别。本文提出了传感器 的运动的两种方式。
１３ 传感 器运 动 的方 式 ．
单片机 的程序设计流程如图 Hale Waihona Puke Baidu 。
（） １ 振动方式 。如图 ３ 所示 ， 把传感器和一个小 型振动器固定在一起。当人进入识别区后 ， 传感器检 测到人体信号 ， 经处理后传给控制 电路 ， 使振动器带 动传感器一起振动， 从而识别出静止的人体。 本系统
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图 １ 智能教室照明控制系统框架
上该类产品的缺陷所在 。 本文所提 出的解决方案 ，是要从另一个角度去
收 稿 日期 ：０ ２ ０ — ７ ２ １－２０
作者简介 ： 弟维 （９８ ） 男 ， 敖 １８一 ， 贵州遵义人 ， 士研究生 ， 硕 研究方向为物流技术与装备。