基于单片机的节能照明控制系统的设计与实现

基于单片机的节能照明控制系统的设计与实现内容摘要：

计方案 设计要求 在一个尽可能大的环境，白天自然光充足时，照明设备不启动；自然光不充足时，会根据人所处的位置，开启该位置的照明设备，若人在室内走 动，则会依次点亮其行走路径上的照明设备；当人离开时，则关闭该处的照明设备。 系统的主要目的是对灯的开关状态进行控制。 当光照检测 模块 和热释电红外线传感器 模块 采集 到 光照强弱、室内是否有人等信息送到单片机 端口 ，单片机根据 接收到的 信息通过控制电路对照明设备进行开关操作，从而实现照明控制， 来 达到节能的目的。 系统设计 系统设计可分为硬件设计和软件设计两部分。 根据我们需要实现的功能，合理选择元器件进行设计。 为了制作出想要的电路板，硬件设计主要涉及到构造原理图，并对原理图用 keil 软件进行仿真，这一步最为重要，它关 系到实验成功与否的关键。 然后一旦仿真测试出我们想要的结果后，就可进行下一步原理图的绘制。 软件设计部分， 应该结合硬件电路所要实现的功能进行设计。 主要针对光电检测电路和热释电传感器输出信号进行处理。 当光强的时候，系统对光照进行检测，产生信号并处理控制灯的开关状态，科学管理灯光的亮与灭，达到节约用电的目的 [3]。 功能描述 本系统设计的智能照明系统的功能如下： ，当人在移动时， 热释电传感器输出为高电平，没人的时候输出为低电平，电平值发送到单片机端口作进一步判断。 ，就已经启动，启动后会通过光敏电阻自动检测室内环境的光强，然后根据光敏传感器来检测光强，当室内光强大时，灯不会打开，当光强不够时就打 5 开照明。 如果白天的亮度达到一定程度，就会自动关闭。 因为采用光强检测，所以不用考虑白天黑夜时间段的问题，只要室内光强不够，且有人活动就会打开灯。 所以 即使 是阴雨天都 会根据实际光强来决定是否开灯。 ，当检测到室内有人 走动 的时候，会显示有人，否则显示无人。 ，即显示此刻的时间。 系统硬件电路框图 系统以单片微型计算 机为核心外加多种接口电路组成，共有 七 个主要部分：STC89C52 芯片、光信号采集电路、人体信号采集电路、输出控制电路、时间显示电路 和复位电路。 系统框图图 1 所示： 图 1 系统硬件电路框图 STC89C52 光信号 判断 电路 热释电传感器模块 照明驱动电路 时间显示电路 复位电路 6 第三章 系统硬件电路设计 单片机介绍 STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K字节的 在系统可编程 Flash 存储器。 STC89C52 使用经典的 MCS51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8K 字节 Flash， 512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器 ，内置 4KB EEPROM， MAX810 复位电路， 3 个 16 位 定时器 /计数器， 4个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构），全双工 串行口。 另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种 软件 可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、 定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结， 单片机 一切工作停止，直到下 一个中断或硬件复位为止。 最高运作频率 35MHz， 6T/12T 可选 [5]。 光照检测电路 光敏电阻的功能描述 光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。 常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。 光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达 1~10M欧 ,在强光条件（ 100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几 千甚 至数 百 欧姆。 光照检测电路 继电器是一种根据电量（电压、电流等）或者根据非电量（温度、时间 、转速、压力）等信号的变化带动触点动作，来接通或者断开所控制的电路或者电器，以实现 7 自动控制和保护电路或者电器设备的电器。 光照检测电路如图 2 所示， 通过用万用表测量，可以知道，当有光照的时候光敏电阻的大小为 ，光照 不强 的时候为。 LM324 可以 当做比较器使用，当有光照的时候，电阻 R2 分得比较大的电压，使得 1 脚输出为低， 此时三极管处于截止状态，继电器不闭合。 当没有光照的时候，光敏电阻阻值较大，分压大于 R2，所以 1脚输出为高电平，继电器闭合。 图 2 光照检测电路 功能描述 全自动感应 ： 人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。 可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。 温度补偿：在夏天当环境温度升高至 30～ 32℃，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能 补偿。 两种触发方式：（可跳线选择） 8 a、不可重复触发方式 :即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平； b、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点 )。 具有感应封锁时间 (默认设置 封锁时间 )：感应模块在每一次感应输出后（高电平变成低电平），可以紧跟着设置一个封锁时间段 ，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。 此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。 (此时间可设置在零点几秒 — 几十秒钟 )[8]。 工作电压范围宽：默认工作电压。 输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。 热释电模块检测原理 热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。 热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点。 实际使用时，在热释电传感器前需安装菲涅尔透镜，这样可大大提高接收灵敏度，增加检测距离及范围。 实验证明，热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜，则其检测距离仅为 2m左右；而配上菲涅尔透镜后，其检测距离可增加到 10m 以上。 由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小 (小于 1mV)，不能直接作为照明系统的控制信号，因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路，使得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号 [3]。 根据以上要求，人体热释电检测电路组成框图如图 3 所示： 图 3 热释 电组成框图 检测对象 菲涅尔透镜 热释电红外传感器 信号处理电路 0V 9 信号处理电路 本设计采用 BISS0001 来完成对热释电传感器输出信号的处理。 它配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动式的热释电红外开关、报警用人体热释电传感器等。 它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。 它主要由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成。 BISS0001 的引脚图如图 4 所示： 图 4 BISS0001 的引脚图 由 BISS0001 构成的信号处理电路如图 5 所示。 图 5 BIS0001 的热释电红外开关应用电路图 10 图 5 中，运算放大器 OP1 将热释电红外传感。