自动感应照明控制系统的设计与实现

赵宇飞 聂李迅 石岩 刘杨

摘 要： 本文设计了一套智能照明系统，集多种功能为一体，实现了自动调光和手动调光两种调光方式。本次设计的硬件部分包括人体感应模块、LED指示模块、光敏模块、照明模块、按键模块和单片机控制模块等。选择了STC89C51RC芯片作为单片机的主要控制芯片，LED指示灯模块采用LED对不同工作模式进行指示，光敏模块采用ADC0832来采集光信号，调光模块采用PWM调光技术自动调节光源来满足外界的光照度要求。软件设计语言采用C语言。通过后期的实验验证，所有的控制功能都能实现。

关键词： 智能照明；PWM调光；红外感应；光敏电阻光强感应

0 引言

进入21世纪以来，随着科技水平的不断提高，人们的生活水平也在不断提升。在高校对教室内部照明的需求也越来越大，大量的教室经常都开着灯，浪费了大量的电能。因此，改进对教室灯具的控制水平有着重要的意义。随着自动化水平的不断提升，关于灯光的管理和发展也在逐步实现智能化和现代化。因此应该发展新型的室内灯光控制理念，与当前的智能化控制时代相互融合。

1系统方案的选择

本篇论文设计了比较简单的自动照明灯控制系统，可通过热释红外人体传感器对是否有人存在进行检测，接着利用光敏电阻对环境光的强度进行检测，随后利用外界光强条件，判断和识别人体及环境光信号，最终实现完全控制教室的灯光，尽量减少教室用电的浪费问题。其原理图如图1所示。

调节LED光输出强度可以通过降低LED电流来实现，不过，LED的彩色变化也会随着正向电流的改变而改变。大量的应用如LCD背光与汽车的照明等都要求LED不出现色彩漂移问题。可以添加PWM信号对LED亮度进行控制，LED的调光需要在彩色不改变的状况下完成。PWM用来对脉冲的宽度进行调节，其中脉冲的高电平时间就是它的宽度。此信号对LED的亮度进行调节时，信号的频率保持恒定，脉冲的高电平时间发生变化，也就是指LED导通的时间。

2 硬件设计

2.1 LED驱动电路

由电流I的公式可得到，用定时器调节峰谷值的时间长度进而调节PWM占空比能使电流得以控制。这里用9012实现控制，高电平时，由公式可算出基极没有电流，因此led不亮，所以低电平有效，只需控制低电平时间更长led便能更亮

2.2 人体红外检测电路

热释电红外探测器可對移动的物体和作为背景的物体之间的温度差异进行感应。人体的体温都是恒定在37度左右，人体发射的红外线在菲涅尔滤光片的增强作用下会聚集到红外感应源上面，当红外感应源在收到辐射温度之后就会产生电荷平衡的失去，并从而向外释放电荷，处理电路之后就会产生报警信号。

2.3 对电路的自动控制

利用光敏电阻对电阻的分压作用，其得到的电压值会给ADC0832，将其转变为数字信号，在后面的程序中会呈现对光线限值的调节。通过ADC0832进行模数转换，将ADC0832设置成5V的参考电压，将单片机的p3.3开口用定时器中断输出。对地电压的输出口是IN0，将ADC0832转换成数字的量之后，通过OUT1-7输出，可以让单片机进一步来处理。

3 总体原理介绍

如图2所示，左侧的是时钟电路与复位电路，单片机rst接收到高定平则会复位，单片机运行必须要用的电路，这里因为没有特殊要求，所以晶振是最常用12mhz，因此电容20-30uf。设计中选用了20uf，全电路的电阻选用的都是2K欧，因为不要求准确的实验数据，所以所有分电路都选用几千欧姆。上面的电路是红外显示电路，检测到人时，红色的灯就会亮起。在它左边的是按键指示电路，手动与自动切换时单片机输出低电平，外接电源使其亮起，右边的就是按键指示电路了，分别为加减档按钮和模式切换按钮，通过接受低电平工作。下面是光敏电阻和ad采集芯片构成的电路，光敏电阻的电压信号反馈成模拟的形式，传数据给单片机[5]。右侧是led驱动电路，一共有16个发光的led灯，通过单片机调节pwm波峰谷值，使其亮度变化，具体请看下述的软件。最后还有电源电路在下方所示。

4 结论

用单片机作为主控芯片的PWM调光，灯上面设置了手动的控制以及自动控制和呼吸的模式。在进行自动的控制时，通过ADC0832模拟数字可以对光敏电阻的电压不断进行监测，以此来进行自动调节，把测得的数值和理论上的数值进行对比，调整PWM的占空比，这一电路的设计非常简单，可以大幅度的节省电能。