节能智能感应灯的设计

王成

【摘 要】论文描述了一种基于单片机控制的节能智能感应灯的设计方案，并进行了实物的制作与测试，达到了对电灯智能感应控制的目的。该装置功耗小、结构简单、可靠性高、维护方便，具有一定的实用意义和市场应用价值。

【Abstract】This paper describes a kind of designing scheme of energy-saving intelligent induction lamp， this lamp controlled by the single chip microcomputer. Paper has carried out the physical production and testing，to achieve the purpose of electric lamp intelligent induction control. This lamp has low consumption，simple structure，high reliability and convenient maintenance characters，and has a certain application significance and market application value.

【关键词】智能感应；单片机控制；电灯控制

【Keywords】intelligent induction； single chip microcomputer control； electric lamp control

【中图分类号】TN216 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）03-0112-02

1 引言

据不完全统计，我国照明用电占我国发电总量的10%-12%，其中因浪费的照明用电占了15%以上：主要集中在楼道、地下车库、应急走廊。这些地方往往是间歇式人流或是正常情况无人流，但照明灯一般是全天常亮，综合利用率极低。但是考虑到前期的照明设备的资金投入，一般选择白炽灯为光源，但长久来看，节能灯可以节省电能70%，LED可以节省电能90%，并且LED使用寿命非常长。如果全国的照明设备全部由LED取代，一年至少可以为我国节省十个三峡水电站的全年发电总量。因此在国家大力发展绿色能源的今天，迫切需要市场上能出现一款LED的节能照明产品[1-2]。

基于这一现状，笔者设计了一款节能智能感应灯产品，采用LED为光源。广泛应用于楼道、地下车库、应急走廊、路灯、家用的照明。通过对一百套产品的跟踪调查，人们对这款产品的认可度非常高，获得了一致好评。该装置的相比传统照明设备有四点优势：

①耗电小：提供相同光照条件下白炽灯需要100W，节能灯需要30W，LED只需要10W。

②寿命长：白炽灯平均使用寿命1000h，节能灯平均使用寿命5000h，LED平均使用寿命100000h。

③智能控制：节能感应灯完全由单片机控制，在线或脱机设置好运行模式后即可“一劳永逸”，减少了人工开关灯的烦琐。

④适用性广：不同应用场合的节能感应灯在硬件电路上完全一样，只需要设置不同应用场合即可，设置数据可掉电保存。

2 系统方案设计

整个系统由HC-SR501人体热红外传感模块、DS1302时钟模块、光照检测模块、声音检测模块、单片机最小系统、电源管理模块、LED照明驱动模块、按键输入模块、显示模块等组成。其中单片机是整个系统的核心，用于读取光照检测模块、声音检测模块、HC_SR501红外传感模块触发信号，并在条件满足时驱动LED照明[3-4]。系统总体框架图如图1所示。

3 硬件设计

3.1 电源管理模块

电源管理模块通过AC-DC离线式开关电源将交流电整流为48V和5V两组电源：48V电源通过恒流源变换电路供LED照明使用；5V电源供其余模块使用。离线式开关电源具有输入电压范围广，待机功耗小，设计成本低，输入输出完全隔离等诸多优势，因此选择该开关电源拓扑结构为整个系统的电源管理模块。

3.2 LED灯驱动模块

LED是一种能够将电能直接转化成光能的固体半导体，具有单向导电性，其核心是半导体晶片。由于单只LED的功率有限，一般LED照明灯由多个LED串联组成，其驱动电源一般为恒流源，以延长使用寿命。同时LED灯在生产、使用、报废处理均不会产生汞等有害物质，是一种新型的高效光源。基于以上优点，采用10W的LED作为此次设计的光源。

3.3 人体热红外传感模块

模块采用LHI778探头设计，具有灵敏度高、可靠性强、工作电压宽、感应角度大的特点。由透镜、感光元件、控制电路等组成，通过探测人体红外热释，来输出相应高低电平。广泛应用于安防产品、人体感应玩具、感应灯、工业自动化生产等方面。

3.4 DS1302时钟模块

DS1302是目前市场上应用的最广泛的时钟芯片之一，最大特点是具备掉电走时功能和闰年补偿。其通过3个IO口与单片机通信，程序编写简单。在这里主要是给装置提供系统时间，应用于定时开关灯的场合。

3.5 光照检测模块

当白天光照充足时，装置进入待机模式，不响应所有的触发信号，只有在光照不足的时候，系统才进入工作模式，响应触发信号，并判断是否开灯。光照模块决定系统处于何种模式，是响应前提触发条件的前提。

3.6 声音检测模块

当系统处于工作模式时，声音检测模块开始检测环境音量，并当环境音量达到一定分贝时，模块输出低电平，触发单片机，单片机响应后进行判断后控制是否开灯；如果系统处于待机模式，无论环境音量如何都不会响应。

3.7 其他模块

主要包括按键输入模块、显示模块、EEPROM数据储存模块。按键模块用于在不同的应用场合，通过按键来选择内置的十种场景应用或者自定义场景，达到一机多用的目的，实现照明灯的自动化与智能化控制。显示模块为了在进行设置过程中给用户提供更直观的设置情况，采用数码管作为显示模块。EEPROM数据储存模块应用于对用户设置的系统参数进行掉电保存，并在系统上电之初自动读取。

4 软件设计

节能智能感应灯的程序结构由人体热红外传感器、按键处理、DS1302时钟、光照检测、声音检测、显示模块、LED驱动与控制、EEPROM参数存取等程序组成。程序使用C语言在Keil uVision4中进行编写调试，采用模块化程序设计思路，使得程序结构清晰、修改方便、可移植性强、便于调试。装置上电开机后，先初始化各函数变量和各个模块，然后读取EEPROM数据，确定使用场合。然后读取环境光照数据，当光照充足时，不响应所有的触发信号，并且关灯；只有在光照不足，且有合适的触发条件才可以开灯。同时单片机一直检测按键，判断是否有按键按下，若有按键按下，判断键值并进行参数的更新操作。

5 结语

该节能智能感应灯在实际的测试与使用过程中体现出较好的实用性，基本满足了多场合对照明的需求。装置维护、检修比较方便，适用性广泛，综合效益高。如果装置用于路灯控制，可以设置为独立模式，亦可使用串口转RS485总线，将多个装置联机进行数据交换与共享，并且可以在上位机上进行监控与设置[5]，具有很强的扩展性。

【參考文献】

【1】刘木清，周小丽. 照明自动控制[M].北京：机械工业出版社，2008.

【2】廖赟，胡健生，黄金志，等.路灯节能控制系统[J].世界电子，2005（10）：30-32.

【3】苏家健，曹柏荣，汪志锋.单片机原理及应用技术[M].北京：高等教育出版社，2004.

【4】清华大学电子学教研室.模拟电子技术基础（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2000.

【5】吴桂林，郑建勇.RS485上下位机多机通信网络系统设计[J].微计算机信息，2008（36）：112-113.