基于单片机的高校节能智能化灯光系统的设计总结

武宇欣　张逸冰　孟凡成　石雨婷　胡天帅

（中国矿业大学江苏徐州221116）

基于单片机的高校节能智能化灯光系统的设计总结

武宇欣张逸冰孟凡成石雨婷胡天帅

（中国矿业大学江苏徐州221116）

本项目设计研究的高校灯光的节能智能化系统，核心是开发出以红外释电处理芯片和单片机为主构件的红外传感控制电路系统。采用模块化结构设计，具有结构清晰、体积小、控制方便、可靠性高、性价比合理等优点，便于改进和扩充。

教室灯光；节能；智能；人体感应

1　设计问题的提出

我们经常会发现这种情况：教室空无一人，可是等还亮着；或者外面阳光明媚，教室的灯仍然开着。一间教室14盏灯，一层楼二十七间教室，一栋教学楼共1890盏灯，所有教学楼共10000盏灯，每盏灯的功率是40W，这样算下来共40000W。虽然不会出现所有灯管都在做无用功的情况，但是基于数量来看，浪费的问题还是不可小觑。所以小组人员决定设计一套智能化的灯光系统。

目前已有的高校灯光节能控制系统，一种是以光强为主要依据的系统，会根据光强决定灯光亮度，并且会出现教室里面没人灯还亮着的情况，且在进行光照强度检测的实验中大都采用光敏管，但这只能模糊测出光照强度，无法精确；另一种为以人体信号为依据，通过感应人体信号而使灯亮，这样就会造成在光照强度足够的情况下等依然亮着的问题。对于人体的检测主要通过红外热释电传感器，并且可根据进入教室的人数而控制开灯数量，但使用此方法在人流过密的情况下法精确计数，效果较差。

综合以上情况，小组人员对已有的照明系统进行了改进，实现了教室灯光的智能化控制，便于管理，且成本较低。工作模式为：当环境光在一定强度阈值之上时无法开灯，而环境光在一定强度阈值以下并且检测到人体存在时才能开灯。

2　设计总体方案设计

系统控制单元由单片机主控模块为核心，结合复位电路、LED指示模块、人体感应模块、光敏模块、晶振电路及继电器模块。其中，人体感应模块用来检测人体是否存在，光敏模块智能识别光线强度，电压比较器将光线输入进行处理并传输到单片机，而负载灯则是由继电器来控制。

控制器安装位置：假设教室有9排座位，教室的天花板上有三组灯，一组灯的有效照明范围是3排，则每组灯配备一个控制器，其中控制器的红外探头的有效探测范围设置为刚好与照明灯的有效照明范围重合（如图1所示）。这样，当有人出现在第一或第二或第三排的时候，触发第一组灯亮，第二、第三组灯不会亮，当有人出现在其他排位时，原理一样。

3　人体感应模块

本设计是全自动感应，采用被动式红外探头来探测人体发射的红外线，并结合菲尼尔滤光片来达到实验目的。人在进入到感应范围时则输出低电平，如果在此范围内一直有人体活动，则输出一直保持低电平，直到人离开后；人离开感应范围则自动延时关闭低电平，输出待机时的高电平。

系统设置了感应封锁时间。每一次感应输出后，会有一段延时时间，这样就可以保证在封锁时间内不受任何信号的影响。

一般来讲，我们不能将灯光控制器安装在电灯能直射到的位置，以此避免灯光和环境光混淆。在安置人体传感器时使人体传感器中的热释电元连线方向与人体活动方向垂直，同时尽可能避免外界风吹向人体传感器，通过这种方法能使人体存在信号的采集更加可靠。

4　光敏模块设计

该系统将光敏电阻的变化与电阻进行分压，将分压后得到的电压值传递到LM 393电压比较器进行比较，通过10k可调电阻来实现光线限值的调节。判断感应的光线是否满足条件，将判断信号传输给单片机进行后续处理。

5　系统分析与调试

本设计选用KeilC软件环境，编译完KeilC后，运用STC_ISP_V480软件烧录到开发板上，同时对STC_ISP_V480进行一些必要的设置。

图1　KeilC运行图

6　结语

由于教室面积、灯具数量各不相同，教室内部安装智能控制系统的数量也会有所不同。人体传感器的数量受教室面积的影响较大，一套智能控制系统只能较好识别一定范围内的人体红外信号。因此，在面积不同的教室内需要安装数量不同的智能控制系统，以便达到预期目标。初步试验证明，本系统具有较好的实用性、适用性，可广泛应用于教书、图书馆等环境中。

［1］陈明荧.8051单片机课程设计实训教材［M］.北京：清华大学出版社，2003.

［2］徐新艳.单片机原理、应用与实践［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［3］吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.8051单片机实践与应用［M］.北京：清华大学出版社，2002.

［4］王千.实用电子电路大全［M］.电子工业出版社，2001.

［5］冯博琴.微型计算机原理与接口技术［M］.北京：清华大学出版社，2004.

［6］张毅刚.M CS-51单片机应用设计［M］.哈尔滨工业大学出版社，2004.

［7］张淑清，姜万录，等.单片微型计算机接口技术及应用［M］.国防工业出版社，2003.

［8］吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.8051单片机实践与应用［M］.北京：清华大学出版社，2001.

［9］冯博琴.微型计算机原理与接口技术［M］.清华大学出版社，2004.

［10］张毅刚.M CS-51单片机应用设计［M］.哈尔滨工业大学出版社，2004.

高校教室灯光节能控制系统的设计，项目编号：015001。

武宇欣（1994—）女，黑龙江大庆人，中国矿业大学本科生，工业工程专业。