基于单片机的智能教室照明系统的设计

宋璐 冯艳平 卫亚博

摘要：该文介绍如何设计一种基于单片机的智能教室照明系统，采用STC89C52单片机作为主控芯片，使用热敏电阻和热释电传感器分别实现教室内的光照度以及人体存在信息的采集；使用光驱动芯片PT4115结合基于PWM的调光方法，通过改变输入波形的脉冲宽度即可调整LED光源的亮度。还可通过单片机设定自动和手动两种模式，以便适应复杂的高校教室用灯环境，实现教室照明系统的智能化和人性化，达到节能环保的目的。

关键词：STC89C52；照明系统；智能；PWM

中图分类号：TN02 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）04-0253-02

Abstract： This work designed a set of intelligent classroom lighting system based on MCU. Use STC89C52 as main control chip. Use the thermistor and pyroelectric sensor obtained the light of the classroom and the existence of human body information. Use light chip PT4115 and dimming method based on PWM. By changing the pulse width of input waveform to adjust the brightness of the light source. Also can control MCU to set manual and automatic mode. In order to adapt to the complex light environment of college classroom. To realize the intelligent and humanization classroom lighting system .This system has the power to save energy and protect the environment.

Key words： STC89C52； lighting system； intelligent； PWM

随着经济的发展和科技的进步，人们对照明系统的要求再也不仅仅局限于亮度和价格了，而是对照明系统的节能性和智能管理有了更高的要求，使得照明系统在智能家居中的地位越来越高 [1]。而在大多数高校来说，对教室照明系统的管理都是依靠学生的自觉性和节能意识[2]，尤其是在白天，本身光线较好的情况下，学生或者是其他管理人员也很难注意到照明灯具是否关闭。除此之外，高校智能照明管理系统的硬件条件有限，这就容易造成资源的极大浪费。

为此，设计了一种基于STC89C52单片机的智能教室照明系统，在规定的教学时间里，采用光敏传感器监测自然光的照度，并调整教室灯光照度或者控制灯光自动开启和关闭；采用热释电传感器判断教室是否有学生，若无人自动关闭教室灯光；在规定的教学时间外，自动关闭教室灯光，但可以人为手动开启；在预设的休息时间内，自动关闭教室灯光，并且不能人为开启。这样，在充分保证教室的正常使用的前提下，尽可能地减少电能浪费。

1 硬件设计

基于单片机的智能教室照明系统结构如图1所示，主要包括以下7个组成部分：人体红外探测电路、光信号检测电路、信号处理电路、单片机主控电路、灯光控制电路、上位机通讯电路和电源电路。

1.1 人体红外探测电路

人体红外探测电路由热释电红外传感器D203S和专用处理芯片BISS0001来构成，其中热释电红外传感器D203S是人体红外线热释电传感器，采用双元件构成，可以区分识别运动的生物体和非生物体；BISS0001是具有高性能的传感器信号处理集成电路，由运算放大器，电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器和封锁时间定时器等构成，能够实现传感器信号识别和状态输出[3-4]。

1.2 光信号检测电路

光信号检测电路主要由光敏电阻来构成，具有灵敏度高、测量范围宽和光谱响应范围广等优点[5]。当光敏电阻受到光的照射时，其材料的电导率发生变化，表现出阻值的变化，光照越强，阻值越低，所以可以通过测量电路中的电压值或者电流值，经过A/D转换后，由模拟量转换为数字量，然后送入到单片机主控芯片中进行处理，从而得到相应的光照度。具体的测量方法可参考文献[6]，这里不再赘述。

模数转换器采用串行AD转换器TCL549，与光敏电阻以及主控芯片的接口电路如图3所示。

1.3其他电路

单片机主控电路采用INTEL公司的STC89C52作为主控芯片，是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器、512字节RA、32位I/O口线、内置4KB EEPROM、3个16位定时器/计数器、4个外部中断结构和全双工串行口，具有控制简单，使用方便和成本低等优点[7-8]。

灯光控制电路采用PT4115作为LED光源驱动芯片，为保证LED光源色温稳定，采用PWM调光方法，通过改变输入波形的脉冲宽度来调整亮度[9]。单片机主控电路根据各路传感器检测到的信号产生不同占空比的PWM信号，从而自动调整教室内的光照度。

2 软件设计

系统软件流程图如图3所示，单片机上电后，系统开始初始化，由单片机判断处于自动模式还是手动模式，若为手动模式，则根据当时教室开关状态控制教室内LED灯光状态；若为自动模式，则根据各路传感器监测到的信号，使用预先设定好的阈值控制教室内LED灯光状态。完成一次控制之后，可将教室内的LED灯光状态数据由上位机上报至控制室，由控制室统一存储或者管理。

3 结束语

基于STC89C52单片机设计的智能教室照明系统，能够根据各路传感器检测到的信号自动调整教室灯光的照度，并且可以根据设置好的时间自动控制灯光开启或者关闭。此外，在系统中还设置了可与上位机通信的接口，能将每个教室的灯光情况上报至控制室，也可由控制室统一管理，实现了高校教室照明系统的智能化，具有结构简单、成本低和实用性强等优点，实现了节能环保的目的。

参考文献：

[1] 王东，莫先.基于STM32和HC-SR501智能家居的智能照明系统设计[J].重庆理工大学学报（自然科学），2016，30（6）：135-142.

[2] 刘付伟，栾盈盈，李洋.基于PIC单片机的教室照明系统节能控制器设计[J].电子技术，2013（1）：27-29.

[3] 陈文星，付继宗，魏建英.基于BISS0001信号放大电路的人体红外感应开关设计[J].电脑开发与应用，2013，26（02）：66-68.

[4] 王曦，魏卓.一种远程红外智能照明控制系统的设计[J].河南师范大学学报（自然科學版），2016，44（05）：169-174.

[5] 翁健衎，刘卫玲，常晓明.基于光敏电阻的简易照度计的设计与实现[J].电子测量技术，2017，40（11）：217-220.

[6] 杨东，轩克辉，董雪峰.光敏电阻的特性及应用研究[J].山东轻工业学院学报，2013，27（2）：49-52.

[7] 王瑞琦，刘向阳，邹星兴，刘浩迪，等.基于STC89C52单片机的电子秤设计[J].国外电子测量技术，2017，36（5）：94-97.

[8] 李祥，杨延宁，王魏，马玉昆，等.一种基于STC89C52单片机的脉搏测试仪设计[J].自动化与仪器仪表，2018，2：100-102.

[9] 高兴华，李建永，全继花，赵昆明，等.基于PT4115驱动的高精度数字LED星等模拟器[J].应用光学，2016，37（02）：276-280.

【通联编辑：王力】