基于单片机的节能控制系统设计分析

孙 蔚

（陕西工业职业技术学院信息工程学院 712000）

1 系统总体设计

本系统的控制核心是MCS51单片机，可应用性较大。2例感光模块对区域不同地方的光照强度进行感知，当有充足的光照时禁止开灯，让缺乏充足的光照时允许开灯，从而对具有充足的光照而打开日光灯的现象进行有效的预防和避免。在区域前后安装的4例红外测量人数模块对区域内的实际人数进行动态统计。人数显示模块能够将区域内的实际人数直观地显示出来。日光灯驱动模块将区域内的日光灯分为8个控制区域，使不同地方的灯具随着区域内人数的增加而开通，随着区域内人数的减少而关断，从而对人少多开灯、无人也开灯的情况进行有效的预防和避免[1]。系统结果如图1所示。

图1 控制系统结构图

各模块分布格局如图2所示。系统包含两种模式，即自动控制和手动控制。手动控制模式有利于在特殊情况下进行人性化控制。

图2 控制系统分布格局

2 系统软件设计

通过红外测量人数模块，控制系统在工作后不断对前后方的红外传感器输出信号进行检测，从而对区域内的人数进行实时的统计。同时，对区域内的光照度进行检测，将模块的输出信号测量出来，区域内具有充足的光照无需开灯的条件是P3.2引脚是高电平；区域内光照欠佳，依据区域内的实际人数对相应区域的日光灯进行开启或关闭的条件是P3.2引脚是低电平[9]。比如，可以将一款软件设置出来，使区域内人数在1～10人之间时只将区域1中的日光灯开启；当区域内人数在11～20人时将区域2中的日光灯开启，依据该种方法对各区域中的日光灯进行依次的开启。而当区域内的人数在70人一下时，将区域8中的日光灯关闭；当区域内的人数在60人一下时，将区域7中的日光灯关闭，依据该种方法对区域中的日光灯进行依次的关闭。当区域内最后1人离开时，区域1中的日光灯在3s后关闭。

3 系统硬件设计

3.1 系统电源转换模块

如果区域的电压为220V，那么供电电路运用15V变压器TRI降压处理，然后通过全波整流桥BRI将直流电计算出来，并通过三端稳压器件7812将+12V直流电压计算出来，提供给电磁继电器使用（A点）。通过三端稳压器件7805将+5V直流电源计算出来提供给单片机系统使用（B点）[2]。电源转换电路如图3所示。

图3 系统电源转换模块

3.2 区域光照度感应模块设计

本系统分别在区域的两侧安置，运用的是两路感光传感电路，对不同地方的光照度进行感测。光敏电阻的管脚间的电阻密切联系着照射到器件表面的光强，作为一种光电传感器极为常见，其阻值随着光强的增大而减小，随着光强的减小而增大[3]。电路通过将一个比较器添加在光敏电阻上，构成一个简单使用的光控开关，系统在比较器输出低电平是允许开灯。比较器的输出连接到单片机的P3.2口的途径是71LS08，从而对两个位置的其中一个位置进行检测，如果缺乏充足的光线，则允许开灯。光敏电阻感光电路如图4所示。

图4 光敏电阻光电路

3.3 红外线测量人数模块

在TSAL6200红外发射二极管和TSOP1838红外接收器的基础上对红外测量人数模块进行设计。红外发射电路作为振荡器产生脉冲信号的途径是NE555，对红外发光二极管TSAL6200进行驱动的途径是三极管Q9，产生系统所需的38kHz频率的红外光的途径是调节变阻器RV3。红外接收电路经非门74LS04输入单片机的P1口的途径是TSOP1838接收器和相应的调理电路[4]。TSOP1838在没有接受到红外光的情况下输出高电平，经过非门之后转变为低电平，系统通过对单片机相应引脚的检测对人进入区域与否的情况进行判断。本系统运用思路检测电路，在单片机的P1.0、1.1、1.2、1.3引脚分别接入输出信号。在区域前方放置两路红外传感，此时输出信号已经将P1.0、1.1引脚输入其中；而在区域后方放置两路红外传感，此时输出信号已经将P1.2、1.3输入其中。实现动态统计区域人数的方法是对前后方的传感信号进行分别的检测[5]。红外发射和接受测量电路如图5所示。

图5 红外发射和接受测量电路

3.4 人数显示模块

该模块能够将区域内的人数直观地显示出来。人数显示电路运用两个74LS74译码器，连接的途径是14个220Ω的限流电阻和2个共阳极数码管。其中，电极片的PO口连接着2个译码器的数据输入口，成为人数信号的输入端。人数显示电路如图6所示。

图6 人数显示电路

3.5 灯光驱动模块

8路模块共同构成了灯光驱动模块，对区域内的8个地点的灯光的亮灭进行控制。单片机的控制信号传输到三极管驱动电磁继电器上的途径是通过P2口，经过限流电阻，从而实现对日光灯的开启或关断。电磁继电器在P2口输出低电平时动作，电磁继电器运用的电源为+12V的直流电源[6～8]。在系统运行的过程中，随着区域内实际人数的增加将1～8区域中的日光灯依据点亮，随着区域内实际人数的减少将1～8区域中的日光灯依次关闭，

图7 灯光驱动电路

在测试系统仿真和单片机焊接成的实际电路时运用Proteus软件，表明系统可以将预期功能较好地完成，对灯具的开启和关闭进行准确的控制，使电能得到了有效的节约，同时促使灯具使用寿命的显著延长，实用价值极高，可以广泛应用于各个场所，为提高社会整体经济效益和环保效益做出了积极的贡献。作为相关研究人员，我们应该继续深入研究该领域的相关技术，从而推动社会更好更快地发展与进步。

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