基于单片机的室内节能灯的设计

李东蛟

摘 要：照明用灯是我们日常生活中必不可少的生活用品，占据了人类生活的重要部分。在能耗方面所占的比例越来越大，在能源使用日益紧张的今天，如何提高照明用灯的节能性能是一个重要的研究方向。本文使用89C51单片机设计灯体的主控制器和遥控开关盒的遥控开关控制器，利用热释电红外传感器检测人体热释电信号控制节能灯的開关，利用光强度传感器检测室内亮度，根据室内亮度调节节能灯的照明度，并利用无线发送模块设计遥控开关盒，实现手动遥控节能灯的开关功能。

关键词：主控制器；遥控开关控制器；热释电红外传感器；光强度传感器；无线发送模块

中图分类号：S611 文献标识码：A

0.引言

随着社会科技的发展，人类的生活发生了翻天覆地的变化，随着生活质量的提高，人们对照明的要求越来越高，照明在能耗中所占的比重也越来越多，为了节约照明对能源的消耗量，智能化、自动化等技术引入到了照明控制系统中。目前，大部分家庭和公共场所都使用手动开关灯大方式，常常由于人的疏忽，在人员离开时，灯也时常开着，有的公共场所甚至一整夜都开着灯，这种现象造成了电能的极大浪费。针对这些实际的问题，将自动化技术引入到照明系统中，可以节约电能，减少不必要的浪费。

1.节能灯的功能简述

节能灯包括灯体和遥控开关盒，灯体主要包括主控制器模块、热释电红外传感器模块、光强度传感器模块、无线接收模块等，主控制器模块由89C51单片机设计。遥控开关盒主要包括遥控开关控制器和无线发送模块，遥控开关控制器由89C51单片机设计。

灯体内的主控制器通过三极管连接热释电红外传感器的引脚，当室内无人时，热释电红外传感器引脚为低电平，三极管不导通，照明灯保持关闭状态；当室内有人时，热释电红外传感器输出引脚为高电平，三极管导通，照明灯开启。光强度传感器感应室内的光线强度并把信号输送到主控制器上的单片机内，单片机根据读取的室内亮度值，调节灯的亮度。

当室内有人需要休息时，即使是夜晚也需要强制将灯关闭，此时为了方便操作，节能灯具有相配合使用的遥控开关盒，遥控开关盒内有遥控开关控制器、无线发送模块和开、关灯按钮，当人手动按下遥控开关盒的开灯按钮或者关灯按钮时，遥控开关盒内的无线发送模块发送开灯或关灯信号，灯体内的无线接收模块接收开关灯信号，切断电路或者导通电路，使灯开启或者关闭。

2.节能灯的硬件设计

2.1 灯体的电路设计

主控制器采用89C51单片机设计，热释电传感器采用型号为HC-SR501的传感器，光强度传感器采用型号为BH1750FVI的传感器，无线接收模块采用nRF24L01实现无线收发功能。

灯体内的主控制器上的89C51的单片机的引脚P2.0通过NPN型的三极管连接热释电红外传感器HC-SR501的输出OUT引脚，当室内无人时，OUT引脚为低电平，三极管不导通，灯保持关闭状态；当室内有人时，热释电红外传感器的输出OUT引脚为高电平，三极管导通，灯L1开启，单片机P2.0引脚收到低电平，单片机引脚P1.0连接光强度传感器BH1750FVI的SCL引脚，P1.1连接SDA引脚，主单片机通过SDA引脚实时读取室内光照度值，主单片机的引脚P2.7输出可调脉宽PWM调节灯L1的亮度。单片机89C51的P2.1～P2.6连接nRF24L01无线接收模块的CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ引脚，当人手动按下遥控开关盒上的开灯按钮和关灯按钮时，灯座内的nRF24L01无线接收模块MISO引脚接收到遥控开关的开关灯指令，执行相应的开灯或是关灯指令。

2.2 遥控开关盒的电路设计

遥控开关盒内的遥控开关控制器也采用89C51单片机设计，无线发送模块采用nRF24L01实现无线发送功能。

遥控开关盒内的89C51的遥控单片机的引脚P2.1和P2.2上连接开灯按钮K1和关灯按钮K2，当按下开灯或关灯按钮时，引脚P2.1或P2.2收到低电平，遥控单片机将开灯关灯指令通过nRF24L01无线发送模块的MOSI引脚发送出去，无线控制节能灯的点亮和熄灭。遥控开关盒上的指示灯L2连接到遥控单片机引脚P2.0上，指示灯L2用来指示是否按下遥控开关上的开灯或关灯按钮。当按下开灯和关灯按钮时，遥控单片机给引脚P2.0写入低电平，遥控开关上的指示灯L2点亮，当松开开灯和关灯按钮时，遥控单片机给引脚P2.0写入高电平，遥控开关上的指示灯L2熄灭。单片机89C51的引脚P1.0～P1.5连接nRF24L01无线发送模块的CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ引脚，当人手动按下开灯按钮和关灯按钮时，灯座内的nRF24L01无线接收模块MISO引脚接收到遥控开关的开关灯指令，执行相应的开灯或是关灯指令，从而节能灯由无线接收和发送模块实现遥控灯的开关的功能。

3.系统的软件程序设计

程序流程图如图1所示。

系统上电后首先进行初始化，程序首先判断是否室内有人出现，如果没人出现，那么节能灯关闭，如果室内有人出现，那么判断是否按下了遥控开关盒上的关灯按钮，如果没有按下关灯按钮，那么节能灯点亮，并且根据采集到的室内的光线的强弱，调节节能灯的光照度。如果室内有人，但是人按下了遥控开关盒上的关灯按钮，那么即使室内有人，那么节能灯也维持被强制关闭的状态，当再次按下遥控开关盒上的开灯按钮时，节能灯才能点亮。

结论

文章设计的节能灯能够实现公共场合及家庭照明用灯的遥控开关和自动开关功能，及随着室内亮度不同自动调节光的亮度的节能灯的开关调节装置，遥控开关盒能够遥控灯的开关和自动控制灯开关及调节光线强弱，具有遥控开关和自动开关功能的节能灯，可在公共场所和家庭中使用，节约电能，而且结构简单成本低，使用维修方便。

参考文献

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