室内智能照明控制器的设计

莫慧芳 郑英仪

(广州科技贸易职业学院智能制造学院 广东广州 511442)

当今世界面临能源严重短缺的问题，传统的手动开关照明控制方式已经难以满足人们对节能控制系统的要求。教室的照明系统多为开放式管理，照明控制方式大都是采用传统的开关面板手动控制。这种手动的照明管理方式较为落后，经常会出现管理不及时、不到位的情况，电能存在浪费的现象。目前，室内的主要耗能电器为传统荧光灯和白炽灯。目前，大多数采用人力机械式开关控制传统荧光灯的亮灭，这需要人们根据天气和光照条件自觉改变亮灯的数量。传统的控制方法造成了用电的巨大浪费。

现代照明系统除了满足人的基本生活，学习以及工作要求之外，会更加注重能源上的节省以及对人们个性方面的生活要求。LED节能灯虽然已经普遍使用，随着调光技术的出现，能够简单实现对灯光的需求，但这样也无法实现对灯光的智能调节，如在日光强度足够的情况下使用照明灯具也是对资源的一种浪费，这也显得研发室内智能照明系统的重要性，实现对灯光亮度的智能调节。

一、系统工作原理

随着第二次工业革命“电气时代”的结束，标志着一种新能源的诞生——电能。在全球科技发展的新时期，科技发展逐渐向智能化，信息化靠拢。与此同时，“电能”也被人们广泛使用，导致电能的浪费现象尤为严重。因此，面对当前电能浪费的问题，结合当前信息化，智能化时代，本项目设计了一款以单片机STC89C52为主控核心，以模拟室内对照明系统等涉及电能设备进行智能化控制的室内智能照明控制器。该控制器主要由主控单片机STC89C52最小系统为主控模块，以电源模块，测温模块，光照人数检测模块，模拟照明模块，感应检测模块，无线WiFi模块为子模块而设计的智能化控制器。采用单片机STC89C52最小系统作为主控模块，能对其余子模块进行准确控制并进行数据信息采集和数据处理，进而通过系统界面的液晶显示屏将温度，光照，电源，人数等环境数据进行实时显示。温度检测模块与光照检测模块分别采用温度传感器以及光敏传感器进行数据采集，采用红外对管检测电压进行当前使用环境特定地点进行人数检测和统计，并使用热释电红外传感器检测人体活动光谱的变化，通过主模块进行对控制器功能进行开关的智能控制，有效节省了空闲时间的能源浪费[1][2]。

图1 系统方框图

二、硬件电路设计

（一）核心电路设计

本控制器是利用STC89C52单片机为基础来实现对照明系统的节能控制。STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，其最高运作频率为35MHz，具有8K字节系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。该控制器是集传感探测技术，电路控制技术以及智能控制技术，物联网技术为一体的控制装置。其总电路原理图如图2所示[3]。

图2 总电路原理图

（二）测温模块

通过DS18B20传感器采集到室内的实时温度，将其温度数据通过物联网进行数据采集而后传输至单片机。通过单片机将数据处理完成后送至显示模块将其显示出实时温度量，测温电路如图3所示。

图3 测温电路图

（二）光照及人数检测模块

该模块是由光照检测以及人数检测集合而成的模块。光照检测采用了光敏电阻作为检测当前环境的光线强度信息的元件，再进而通过LM399电压比较器对其当前采集到的光线强度进行相对应的比较，再通过LM399电压比较器输出给单片机主模块，由单片机主模块对当前采集到的数据信息进行模拟量处理后输出显示在显示屏上，做到实时反馈当前环境的光照强度。

在人数检测功能上，采用的是一对红外对管来实现该功能。红外对管通过检测人体经过控制器时的导通电压与固定电压进行相对应的吧比较，随后通过LM399电压比较器输出给单片机主模块，单片机主模块接收电平信号，以高低电平为准对人数进行统计，当产生高电平时，则通过单片机主模块控制输出至显示屏作为计数+1；若为低电平，单片机主模块则返回到等待扫描检测，等待接收信号的初始扫描状态。该模块可通过物联网通过与单片机进行MODBUS协议或者Zigbee协议进行数据的接收，将其数据反馈给用户[4]。

图4 光照及人数检测电路图

（三）模拟照明模块

本模块是采用了LED发光二极管来进行对室内或者特定环境的模拟照明，可以帮助用户更方便地了解当前所需要大概的光照强度是多少。当控制器系统判断到当前环境条件等因素符合开启照明时，会通过单片机主模块在其显示屏上显示其应当开启多少盏数的灯以及开启相对应盏数的灯来模拟当前使用环境的照明情况。

采用了两个LED发光二极管作为远程控制/自动模式的指示灯，当系统处于远程控制模式或自动模式下时，系统则会开启相对应模式指示灯。当单片机接收环境光强度检测器输出的光强信号和热释电红外传感器输出的人体存在信号，当检测到教室内照度X＞300lux时，所有灯都保持关闭的状态；检测教室内照度X＜300lux时，若室内没有人，所有灯都关闭；若某个区域有人则分区域开灯。可通过远程APP控制对电路进行可控调节从而达到对不同环境的应用。

（四）自动感应模块

采用灵敏度高，可靠性强的热释电红外距离传感器，探测人体活动红外线光谱变化，使开关自动接通负载，在延时时间段内，如有人在有效感应范围内活动时，开关将持续接通，直到人离开后，延时自动关闭负载，实现了人来灯亮，人走灯熄的智能控制功能[5]。

（五）无线WIFI模块（APP）

用户可通过无线WIFI模块与该控制器的系统进行匹配连接，通过物联网反馈的信息可以清晰地知道目前室内的照明处于哪种状态。并且通过手机APP功能可以进行对自动控制模式和远程控制模式的切换，当切换为远程控制模式后，可通过APP进行对应使用场景所需的照明需求进行切换，调整亮度及色温等参数，当目前亮度会影响眼睛等健康状况时会进行实时提醒，从而满足不同用户的不同使用需求。

三、软件电路设计

控制软件由一个主程序和若干个子程序组成，子程序包括人数统计流程图，照明系统流程图等，主程序控制流程图如图5所示。

图5 主程序流程图

四、结束语

本项目是设计以单片机为核心的模拟室内照明智能化控制器，可有效改进控制室内照明控制系统的管理方式，减少电能的浪费和电能的经费支出，并且相对现在市面上的智能照明控制器功能和使用更加齐全。

该控制器可自动感应光照，显示实时时间，测量实时温度，具有人数检测功能，根据时间、光照强度、温度，人数来实现控制室内照明功能；支持手机APP进行远程控制，用户可用手机APP及时知晓室内照明的参数如色温，亮度等并且可通过APP进行模式切换而对这些参数进行可控调节，以达到满足用户所需的照明要求。