可检测静态人体的节能控制系统设计

陈林辉 安成辉 刘小军 李志军

摘  要：本项目研究的节能控制系统，与市面上的智能照明系统相比，能够准确有效的检测到静态人体。通过热释电红外传感器和光电传感器模块分别采集是否室内有人以及光照强度的信息，再送到单片机进行处理，单片机再发出控制信号来控制节能灯的亮灭及其亮度，从而实现了节能灯亮灭及其亮度的智能控制。

关键词：节能控制系统;热释电红外传感器;光电传感器模块;单片机;智能控制

引言

纵观现代自动感应节能灯的应用，我们发现节能灯系统存在一些弊端：节能灯感应系统只对动态人体的感应有效，而对静态人体的感应却是无效的。简单的讲，就是节能灯系统对在感应范围内一直处于相对运动的人体会有感应，并会启用延时系统命令具体开灯时间;但如果人体处于相对静止状态（安静看书，闭目休息等）或微动状态（学生在写作业）时，节能灯感应系统就会感应不到人体，节能灯会自动关闭。正是由于这种条件的约束使得节能灯不能全面的推向市场并应用服务于社会。因此，我们完善了感应系统功能，增加了人体静态感应部分，使节能灯能在学校、政府机关、企业、公司、写字楼、医院、宾馆等场所真正的应用起来。

1 系统总体功能与结构

1.1 模块功能

（1）采用热释电红外传感器探测室内是否有人，如果某探测区域内有人存在，则对应的热释电红外传感器检测到人体辐射出的红外线，产生微弱的电流，电流经过IC电路转换为电压信号并加以放大，再输入给单片机进行处理。单片机通过控制继电器，从而控制节能灯的断开和闭合。人若一直在此区域，继电器将一直使导通节能灯回路，如若人离开，则红外传感器的下一个周期检测不到人体，继电器将断开节能灯回路，从而实现了节能与智能的效果。（2）采用光电传感器模块检测室内光照强度，利用光电转换模块将光照强度转换为电流的大小，再将小信号电流经过流压转换及小信号放大电路后，送给单片机，通过单片机来自动控制节能灯的亮度。

1.2 结构原理

结构原理如图1所示，本系统设计由热释红外传感器模块、光电传感器模块stc12c5a60s2单片机、继电器模块、手动开关以及节能灯组成。通过热释电红外传感器模块和光电传感器模块采集是否有人存在和光照强度的数据，送给单片机，通过单片机来实现智能系统的控制。

2 系统硬件组成

2.1 热释电红外传感器模块

热释电红外传感器由三部分组成，分别是敏感单元、滤光窗和菲涅尔透镜。敏感单元是由特殊材料做出的很薄的薄片，共两片，做在同一硅晶片上，每片薄片两面各引出一根电极，电极两端则构成一个等效小电容，等效小电容能产生自极化，在两端产生微量的极性相反的正负电荷，再把两个等效小电容极性相反的串联起来，就构成了传感器的核心部分。当传感器没有检测到人体辐射的红外线时，两个等效小电容自极化产生的等量电荷因他们极性相反串联而相互抵消，回路中没有电流，传感器无输出。当传感器检测到人体时，两个等效小电容产生的电荷极性相同，产生电流。滤光窗是由一块薄玻片镀上多层滤光层波膜构成的，滤光窗能滤除7um-14um波长以外的红外线。人体温度36-37°，辐射的红外线最强的波长为9.7um，正好在滤光窗的响应波长7um-14um，所以有效检测人体红外线，阻止其它红外线。传感器只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用，不加的话，其检测半径为1m-2m，加的话检测半径为8m-10m。菲涅尔透镜有很多小圆圈，而且都有一定凹陷，可以形成可见区和盲区，当有人在透镜前运动，人体辐射的红外线通过透镜后在传感器上形成不断交替变化的可见区和盲区，使传感器敏感单元的温度不断发生变化从而输出电流。菲涅尔透镜还有聚焦作用给敏感单元。

另外，在热释电红外传感器模块中加入一个磁感圈和一个弹性铁片，磁感圈的任意一底面对准弹性铁片。在初始状态铁片垂直于菲涅尔透镜，当有人在红外传感器检测区域内时，点亮对应的节能灯，单片机输出高频交流控制信号给磁感圈，使磁感圈产生磁场吸起弹性铁片，遮住菲涅尔透镜，并延时3分钟，让两个等效小电容的电荷被空气中的离子中和。延时结束后，打开弹性铁片，可再次检测区域内是否有人存在，从而实现了静态人体的检测。

2.2 光电传感器模块

光电传感器内部核心元件是光敏电阻，光敏电阻的光电效应是其光照强度与电阻阻值成一定的线性关系，从而输出不同大小的电流，在通过运放，将小电流转换为电压并放大，输入给单片。然后再通过单片机来控制节能灯的光照强度。

2.3 控制模块

stc12c5a60s2单片机是由宏晶科技生产的高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8到12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM。本设计使用stc12c5a60s2单片机作为主控制器，通过对于人体的检测和室内光照强度的检测，来控制节能灯的亮灭和照明亮度。如图2程序流程图。

3 结束语

本节能控制系统的设计，通过在热释电红外传感器外加了一个磁感圈和薄弹性铁片，并通过单片机产生两路PWM来产生高频交流信号使磁感圈产生磁场，实现了对静态人体的检测;通过光电传感器实现了节能灯对光照亮度的自動调节。本系统成本低、实用性高，适用于学校、企业、写字楼、大型商场等室内场所，有效的实现了节能与智能的目的。

参考文献

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