室内灯光智能控制系统的设计

欧海燕 翁秋华 陈业旺

(1．福建工程学院，福建 福州 350118；2．福建省气象信息中心，福建 福州 350001)

室内灯光智能控制系统的设计

欧海燕1翁秋华2陈业旺1

(1．福建工程学院，福建 福州 350118；2．福建省气象信息中心，福建 福州 350001)

本文设计了一套以HT66F70A为主控芯片的智能灯光控制系统，实现自动模式、手动模式转换。该系统通过亮度感应模块采集外界光、热释红外人体传感模块采集人员检测信号，结合遥控器控制方式，通过单片机程序控制继电器对照明灯进行有效操控。它不仅能有效判断人员是否存在，还能人性化选择室内照明方式，具有比较重要的实际应用价值。

HT66F70A；热释电红外探测；智能控制；单片机；亮度采集

1 引言

随着社会经济的不断发展，如今人们生活水平也在不断提高，对于生活智能化程度提出了更高的要求[1]，智能化将成为未来家电发展的趋势。国外在早几年已经开始了灯光智能控制的研发和应用，但我国在这一方面仍远远落后于西方国家，国内因没使用有灯光智能控制造成的用电浪费已经成为一个普遍现象[2]。

传统的照明控制系统通过机械开关控制，开关位置固定，不方便人员控制，且存在一定安全隐患。随着电子技术的提高和应用，照明系统有了声控、光控等多种控制方式。这种控制方式与传统控制方式相比，具有更加智能、灵活、节能等特点。由于声控灯灵敏度不够，易造成噪声污染，而光控照明操作单一。所以，从人性化角度而言，声控照明系统不够理想，光控照明不够智能化。为了使控制灯光能够更加方便和智能，减少一些不必要的电能损失。本设计采用热释红外传感器以检测人员的存在与否，及时让照明灯作出反应，进而减少电能的浪费。采用亮度感应器检测环境中光的强度，系统通过对环境光的强弱信号与人体是否存在进行智能判断，之后发送信号给单片机处理，通过继电器自动控制灯的亮灭，代替了传统的人工手动控制，通过可控硅控制灯光亮度，同时，本设计设定多种灯光效果，供用户选择，并可通过无线遥控实现控制，这无疑让我们更加省时省力，并通过视觉带来一定的放松，这正是如今生活节奏极快的人们所需的。

2 硬件设计

2.1 系统结构框图

本设计以单片机主控模块为核心，由遥控模块、亮度感应模块、热释红外人体传感器、强制开光模块、继电器控制模块等组成，其结构框图如图1所示：

图1 系统结构框架

亮度感应模块根据环境光亮强度采集到的信息转化为电信号传送到单片机，单片机把亮度感应模块采集到的外界光及热释红外人体传感模块采集到的有人无人信号和单片机中预先设定的控制信号相比较，当这二者满足所设条件时通过继电器模块操控室内灯光的开关。开启灯光有一定照度[3]，对应模式是“回家模式”。室内还有其他模式，它们分别是“会客/工作模式”、“观影模式”、“睡眠模式”、“离家模式”，各模式的切换分为自动模式与手动模式：

（1）自动模式：用遥控设置其为自动模式后，单片机将实时采集得到的光强度分为多个等级，分别对应上述几种灯光模式，当检测到人员时灯光将开启为当前光强等级所对应的模式。

（2）手动模式：此模式下若想切换灯光效果，则需通过遥控器切换。

为了防止遥控器失灵或丢失时，系统无法正常工作，本设计还设计了强制开关模块，手动关闭灯光。

2.2 HT66F70A单片机主控模块介绍

选用HT66F70A单片机作为主控芯片。HT66F70A单片机工作电压2.2V~5.5V（fSYS=8MHz），内建8MHz振荡电路，可不需再外接任何元件，具有Flash Type程式记忆体，容量16K*16Bit，低电压CMOS微控制器[4]。上电后该芯片即可运行，不需要复位电路、振荡电路。

HT66F70A单片机引脚图如图2所示：

图2 T66F70A单片机引脚图

2.3 热释红外人体感应模块及强制开关模块设计

(1)热释红外人体感应模块设计

人的体温一般稳定在37℃，所以人体会发出波长为10μm左右的红外线[5]。而被动式热释电红外探测器，就是以探测人体发射的10μm红外线进行工作的，以此来判断人员是否存在，确定是否开灯。

该部分电路由被动式热释电红外探测器、红外热释电处理芯片BISS0001组成的热释电红外开关信号[6]、信号放大电路3部分组成。其电路图如图3所示。

当被动式热释电红外探测器有信号输出(小信号)送到BIS0001的14脚时，其内部放大器OPl将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由电容和电阻耦合给BIS0001的10脚，经内部放大器COP2进行第二级放大，再经内部的电压比较器COPl和COP2双向鉴幅器处理后，输出有效触发信号，启动BIS0001内部的延迟时间定时器。由2脚的输出信号(即BIS0001的输出信号)比较微弱，为了保证整体系统中有可抗干扰的功能，需要对微弱信号进行放大，最后将放大后的信号输入到HT66F70A单片机中。

图3 热释红外人体感应电路图

(2)强制开关模块

采用按钮对HT66F70A单片机引脚pa4作用，强制关闭灯光。

2.4 红外接收模块设计

为了减少干扰，采用性价比较高的HS0038芯片，它接收频率为38kHz、周期约26μs的红外信号，同时对信号进行放大、检波、整形，得到 TTL电平的编码信号，再送给HT66F70A单片机，经单片机解码并执行控制灯光命令，其电路图如图4所示：

图4 红外接收电路图

2.5 继电器调光模块设计

该模块巧妙地将继电器控制运用于单向可控硅调压。接通市电后，220v交流电经整流后在可控硅两端形成脉动直流电压，再经51k电阻降压后作为触发电路的直流电源。整流电压经继电器控制的多个电阻对电容充电。当Uc达到开启电压时可控硅导通，此时电容放电Uc减小，而后可控硅又关断，以此周而复始。此电路中继电器通过调整控制级的阻值改变可控硅导通角，从而达到调光效果。其中HT66F70A单片机通过pb口控制继电器。

2.6 遥控模块设计

红外遥控发射数据采用调制的方式，调制载波频率与接收头吻合，为38KHZ，红外信号通过红外发光二极管发射出去。遥控器上不同的键值对应继电器的开、闭状态。

3 软件设计

本文设计的系统软件流程图如图5所示。

图5 系统软件流程图

当系统上电，单片机通过设置70A开启外部中断INT1，用以检测以BISS0001芯片为核心的电路经滤波、放大后得到的光信号与热释电传感器的信号，进行阈值判断，是否检测到人，若有人且光信号达到预设值则点亮照明灯，否则关闭。

遥控器部分采用了NEC协议，将红外一体化接收头的输出脉冲用_pa3引脚的外部中断INT0功能接收，利用简易型TM检测脉宽，实现红外解码功能，且TM设置了比较匹配中断响应，防止TM计数异常。

由于70A的系统时钟选取了fH/2，选用此系统时钟不需要其他外部器件，无需额外引脚。采用74hc573芯片用以驱动照明灯，将部分I/O口设为输出模式，以控制照明灯和继电器，配合遥控器设置“回家”、“会客/工作”、“睡眠”、“观影”、“离家”模式，通过按键选择需求模式，有效调节照明亮度。

4 系统测试结果

通过硬件和软件调试，实物测试结果有：

（1）当检测到人时灯亮情况，当人离开时灯灭情况，对应结果如图6所示：

图6 人员在与不在灯状态

（2）遥控器选择“会客/工作”、“观影”、“睡眠”、“离家”模式，对应结果如图7所示：

图7 遥控器选择4种模式

5 结论

本文设计了一套基于HT66F70A主控的单片机智能灯光控制系统，该系统由遥控模块、亮度感应模块、热释红外人体传感器等组成。该系统可以自动检测人员的存在与否，进而控制照明灯光，人员也可以通过遥控器控制照明灯的亮度与亮灭。该系统使照明设备的使用更灵活，也更加方便，可根据需要调节灯光亮度，选择灯光效果，更具人性化。此系统能通过遥控器控制照明灯，比传统的照明灯更加智能，同时通过自动检测人员存在与否控制照明灯以减少不必要的电能损失，更节能。

[1]陈臣．基于Android的智能照明控制系统设计[D]．湖南：湖南师范学院，2016．

[2]李书婷，韩国富，吴小林，等．基于STC89C52单片机的教室灯控制系统设计与实现[J]．自动化与仪器仪表，2017(1)：52-54．

[3]魏立明．建筑电气照明技术与应用[M]．北京：机械工业出版社，2015．

[4]钟启仁．HT66Fxx Flash 单片机原理与实践[M]．北京：北京航空航天大学出版社．2012．

[5]陈文星，付继宗，魏建英．基于BISS0001信号放大电路的人体红外感应开关设计[J]．电脑开发与应用，2013(2)：66-68．

[6]魏丽君，唐冬梅，肖辽亮．基于热释电红外传感器微弱信号处理电路的设计与分析[J]．仪表技术与传感器，2013(7)：89-91．

Design of the Intelligent Lighting Control System in Indoor Lighting

Ou Haiyan1Weng Qiuhua2Chen Yewang1
（1.Fujian University of Technology,Fuzhou 350118,Fujian; 2.Fujian Meteorological Information Center,Fuzhou 350001,Fujian）

tract】 In this paper,a set of intelligent lighting control system based on HT66F70A is designed to realize the shift between automatic mode and manual mode.The system controls light effectively through brightness sensor module which collects external light signal and pyroelectric infrared sensor module which collects personal infrared signal,combined with the remote control which can control indoor lighting with single-chip microcomputer program controlling the relay.It not only can effectively judge whether human exists,but also can choose the way of indoor lighting,having important practical value.

words】 HT66F70A;pyroelectric infrared detection;intelligent control;single-chip microcomputer;brightness collection

TP273.5；TP368.1

A

1008-6609(2017)04-0050-04

欧海燕（1983-），女，福建莆田人，硕士，助理实验师，研究方向为电子技术、通信技术。