基于PCF8591的智能照明系统设计

张汉飞

(仙桃职业学院，湖北 仙桃 433000)

基于PCF8591的智能照明系统设计

张汉飞

(仙桃职业学院，湖北 仙桃 433000)

智能照明系统有智能和人工两种使用方式。在智能方式下，环境光线强(白天)时系统不开启照明，环境光线弱(夜晚)时系统自动开启照明；在人工方式下，可使用“开”、“关”按钮控制系统开启/关闭照明。在家庭、办公室和各公共场所使用这种智能照明系统，将给生活和工作带来很大的便利。

智能； A/D转换；照明

0 引言

智能照明系统在默认的智能方式下，能自动采集自然光线，当自然光线较强时不开启照明，当自然光线较弱时自动开启照明；由使用方式切换按钮切换到人工方式时，按下“开”按钮开启照明，按下“关”按钮则关闭照明。该照明系统具适用于家庭、学校、图书馆、办公室等各种场合。

1 智能照明系统硬件设计

智能照明系统采用MCS-51单片机作为控制器，由感光、A/D、照明和按钮四个部分组成。感光部分采集自然光线并将自然光强度转换为模拟电压信号；A/D部分将模拟电信号转换为数字信号后送单片机处理；照明部分使用8个LED，由单片机I/O口直接控制；按钮部分采用三个独立按键，一个控制系统在“智能”和“人工”两种使用方式之间切换，另外两个分别在人工方式时控制系统的开启和关闭。

(1)感光

感光元件选用硫化镉光敏电阻，该光敏电阻具有在特定波长光的照射下，其阻值迅速减小的特性。将光敏电阻与一个5K欧姆的定值电阻串联在+5V电源和地之间，取光敏电阻两端的电压(0-5V)送A/D转换器。

(2)A/D

单片机不能直接处理模拟电压信号，A/D转换器选用PCF8591。PCF8591 是单电源，低功耗8 位CMOS 数据采集器件，具有4 个模拟输入、一个输出和一个串行I2C 总线接口。3个地址引脚A0、A1 和A2 用于编程硬件地址。

将PCF8591的地址引脚A2A1A0接地，光敏电阻两端的电压从AIN0(通道0)输入PCF8591。PCF8591与单片机之间用I2C协议串行通信，用单片机P2.0和P2.1分别与PCF8591的SCL和SDA连接，作为I2C通信的时钟总线和数据总线。PCF8591的参考电压连接+5V电源。

(3)照明

照明部分选用8个LED，通过单片机P1端口直接控制。

(4)按钮

照明系统中共用到三个按钮，采用三个独立按键分别通过单片机的P2.5-P2.7控制。

单片机的P0口通过上拉电阻连接一个共阳数码管，数码管显示字符“0”和“1”分别表示智能照明系统的默认智能方式和人工方式。

智能照明系统的硬件电路图如下所示：

图1 智能照明系统电路图

2 软件设计

照明系统默认为智能使用方式，照明系统中的“智能/人工”按钮被按下偶数次时，照明系统处于智能方式，此时单片机P0口控制数码管显示字符“0”；当“智能/人工”按钮被按下奇数次时，照明系统处于人工使用方式，单片机P0口控制数码管显示字符“1”。

在智能使用方式下，光明电阻感知自然环境光线，其电阻值随环境光线的强弱变化，将光敏电阻两端的电压从AIN0输入A/D转换器PCF8591，A/D转换器将模拟电压值转换为8位二进制数字量(00H-FFH)后送单片机处理，当数字量大于或等于96H时，表示自然环境光线较弱，单片机P1口控制LED点亮；当转换后的数字量小于96H时，表示自然环境光线较强，单片机P1口控制LED熄灭。当切换到人工使用方式时，按下按钮“开”则单片机P1口点亮LED，当按下按钮“关”时单片机P1口控制LED灭。

3 功能测试

将完整的程序下载到单片机中，照明系统默认为智能模式：当自然环境光线较强(如白天)时灯不亮，当自然环境光线较弱(如夜晚)时灯启动照明。按下一次“智能/人工”按钮后，按下“开”按钮则灯亮，按下“关”按钮则灯灭。

4 结语

基于PCF8591的智能照明系统能根据自然环境光线的强弱自动开启或关闭照明，也能根据实际需要人工开启或关闭照明。该智能照明系统具有成本低、性能稳定、使用方便等诸多优势，可广泛应用于家庭、办公室以及各种公共场所。

[1]朱彬，张联. 单片机原理及应用[M]. 北京交通大学出版社，2016(6).

[2]王静霞.单片机应用技术(C语言版)[M].电子工业出版社，2015(7).

(编辑 文新梅)

Design of Intelligent Lighting System based on PCF8591

ZHANG Hanfei

(Hubei Xiantao Vocational College, Xiantao 433000, China)

Intelligent lighting system has both intelligent and artificial use modes. In the intelligent mode, the system does not open the lighting when the environment light is strong (day), and the system automatically opens the lighting when the environment light is weak (night). In the artificial mode, the “open” and “off” buttons control system, so that the system can open / close lighting. The use of this intelligent lighting system in family, office and public places will bring great convenience for life and work.

intelligence; A / D conversion; lighting

2017-03-01

张汉飞 (1981—)，本科，讲师。主要研究方向：《EDA》、《传感器》、《通信原理》等课程的教学研究工作。

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1672-0601(2017)06-0117-02