基于单片机的节能灯控制系统设计

2015-11-25蒲永红刘纯鑫李洪阳

产业与科技论坛 2015年3期

□黄超蒲永红刘纯鑫李洪阳

随着经济的飞速发展，能源短缺问题日益突出，作为工业生产和人民生活不可或缺的电力能源更是如此。目前在一些公共场所内，如学校的楼宇楼道、学校教室、图书馆等地方，经常出现空无一人却灯火通明的现象，造成了电能的巨大浪费。随着自动化技术的不断发展，照明灯的控制与管理也朝着智能化方向发展，在很多社区楼道出现的声控灯就是节能灯的一种模式。然而在国内各种教育单位，如中小学高校在内，由于人员紧张，学生增多，在教室、图书馆灯光管理等节能规划方面还比较欠缺，造成了不必要的浪费。针对以上问题，设计开发简便实用的公共场所照明灯自动控制系统具有重要的现实意义。

一、基于单片机的节能灯控制系统硬件设计原理

图1 基于单片机的节能灯控制系统

(一)系统的总体框图。本文的节能灯控制系统利用单片机作为核心控制芯片，整个系统包含图1 所示的七个主要模块，单片机作为主控芯片，人体感应模块识别人体，光敏智能识别光线，电压比较器来将光敏的芯片处理给单片机，继电器控制负载灯，当光线暗并且有人时，继电器会吸合，从而驱动任何负载，智能延时，当没有人时灯不会亮，从而实现节能、智能的效果。

(二)单片机主控模块。本次选用STC89C52 作为控制芯片，STC89C52 是一种带8K 字节闪烁可编程擦除式只读存储器的低电压、高性能微处理器，俗称单片机。STC89C52 单片机的时钟信号可以由内部和外部两种方式产生，内部时钟信号是在该芯片的XTAL1 和XTAL2 引脚外接定时元件，一般是石英晶体和电容组成的谐振回路［1～2］。

(三)人体感应模块。人体感应模块核心元件是被动式红外传感器，利用探测人体发出的10μM 左右的红外线进行工作的［3］。当有人进入特定的环境中，人体发出的红外线被感应器接收，则探测到人存在的信号，被感应到的信号会被封锁一段时间，此时其他信号感应器不接收。假如人体进入传感器捕捉不敏感的地方，感应信号不理想，探测器就会产生误动作，所以安装时要注意人体传感器的方向。人体传感器的电路图如图3 所示，图中三极管是为了增加传感器输出信号的可靠性，同时可以驱动一个LED 充当指示作用。

图2 单片机的最小系统

图3 人体传感器电路图

(四)光敏模块。光敏模块主要由光敏电阻和LM393 电压比较器组成，光敏电阻器的电阻值随入射光的强弱而改变，所以称为光电导探测器。光敏电阻有两种，其中一种入射光越强，其电阻减小，相反电阻增大。另外一种入射光薄弱，电阻减小，反之相反。

电压比较器主要用于对两个输入电压进行比较，根据比较结果来确定是输出高电平还是低电平电压，从而判断输入信号的极性。电压比较器常用于自动控制、越限报警等场合。本文的节能灯系统利用光敏阻值的变化与电阻进行分压，得到的电压值给LM393 电压比较器进行电压比较，通过10k 可调电阻可以实现光线限值的调节。感应光线是否过弱，将信号给单片机处理，其原理如图4。

图4 光敏模块电路图

(五)继电器驱动模块。继电器驱动模块主要是利用电磁继电器吸合和释放来带动负载的接通和断开［4］。本系统的继电器驱动电路主要由三极管来完成，其电路原理图如图5 所示，PNP 型号的三极管来驱动继电器，LED 灯是继电器吸合的指示灯，当继电器吸合时，驱动负载，电灯点亮;同时LED 也会得电，达到指示的作用。

图5 继电器驱动电路图

二、系统软件设计及实现

节能灯系统的软件设计根据所要实现的功能，采用模块化的程序设计思想，让单片机加载程序并运行，对距离、时间、光照强度进行测量，根据测量结果控制继电器的输出，系统的软件总流程图如图6 所示。本系统软件部分采用C 语言的编程实现，在编译完C 后，再烧录到开发板上，实现实物与程序的连接。在完成对程序的调试、烧录之后，还需要对其进行演示，把开发板与电脑连上，设置好对应的接口，完成供电及下载。开始供电后，稍等十几秒时间，因为人体感应模块要预热一段时间。当看到人体感应模块检测人体指示灯正常亮了，那说明系统可以正常工作了，当光敏检测到环境暗时，同时检测到人体时，继电器就会吸合，继电器指示灯会亮起。人体感应模块检测不到人体时，继电器会断开。