基于单片机实现智能照明控制系统的设计

    对一些照明时间较长、照明设备较多的场所(如学校教室、商场等)，其照明系统的使用浪费现象屡见不鲜。由于缺乏科学管理和管理人员的责任心不强，有时在借助外界环境能正常工作和夜晚室内空无一人时，整个房间内也是灯火通明。这样下来，无形中所浪费的电能是非常惊人的。据测算，这种现象的耗电占其单位所有耗电的40 9／6左右。因此，有必要在保证照明质量的前提下，实施照明节能措施。这不仅可以节约能源，而且会产生明显的经济效益。

1 系统结构和工作原理
    系统结构图如图1所示。本系统主要由光照检测电路、热释电红外线传感器及处理电路、单片机系统及控制电路组成。工作时，光照检测电路和热释电红外线传感器采集光照强弱、室人是否有人等信息送到单片机，单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作，从而实现照明控制，以达到节能的目的。

2 系统硬件设计
    按图l构成的系统硬件电路如图2所示。为了使系统功能更加完善，在该系统中可以增加时间显示电路，用于显示当前的时间。由于该部分硬件与软件均已成熟，在此不做详细介绍。

2．1 中心控制模块
    目前较为流行的单片机有AVR和51单片机，从系统设计的功能需求及成本考虑，51单片机性价比更高。AT89C52是拥有2个外部中断、2个16位定时器、2个可编程串行UART的单片机。中心控制模块采用AT89C52单片机已完全满足设计需要，实现整个系统控制。
2．2 光照检测电路
    如图2所示，当外界环境光照强时，光敏电阻R13阻值较小，则A点电平较低；当外界环境光照弱时，光敏电阻R13阻值较大，则A点电平较高，将此电平送到单片机，由程序控制是否实现照明。
2．3 热释电传感器及处理电路
2．3．1 热释电红外线传感器
    热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点。实际使用时，在热释电传感器前需安装菲涅尔透镜，这样可大大提高接收灵敏度，增加检测距离及范围。实验证明，热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜，则其检测距离仅为2 m左右；而配上菲涅尔透镜后，其检测距离可增加到10 m以上。由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小(小于1 mV)，不能直接作为照明系统的控制信号，因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路，使得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号。根据以上要求，人体热释电检测电路组成框图如图3所示。

2．3．2 信号处理电路
    本设计采用BIS0001来完成对热释电传感器输出信号的处理。BIS0001是一款具有较高性能的热释电传感器信号处理集成电路，它主要由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成。由BIS0001构成的信号处理电路如图4所示。

    图4中，热释电传感器S极输出信号送入BIS0001的14脚，经内部第一级运算放大器放大后，由C3耦合从12脚输入至内部第二级运算放大器放大，再经电压比较器构成的鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延迟时间定时器，最后从12脚输出信号(Vo)送入单片机进行照明控制。实验所得，当传感器检测室内有人时，BIS0001的1脚接高电平，使芯片处于可重复触发工作方式。输出Vo(高电平)的延迟时间Tx由外部R8和C7的大小调整；触发封锁时间Ti由外部R9和C6的大小调整。
2．4 控制电路
2．4．1 延时时间选择电路
    系统在AT89C52的P1中设置了延时时间选择电路，其目的是在环境光照较弱时，照明设备延时一段时间后自动熄灭。电路通过P1．0～P1．3设置4个延时时间，当P1．0～P3．0无开关闭合时，系统按初始值进行延时；当P1．0～P1．3有开关闭合时，程序从P1．3～P1．0进行检测，若检测到某一端口为低电平时，则系统按当前端口设置的值进行延时。设置时间关系值如表1所示。

2．4．2 输出控制电路
    单片机对光照检测电路和传感器处理电路输出的信号进行检测，输出控制信号由单片机的P2．0输出。在室内环境光照较强或光较弱但室内又无人时，P2．0输出高电平，此时三极管V1截止，继电器J1不工作，则接在220 V上的照明设备不亮。在室内光照较弱且传感器检测室内有人时，则P2．0输出低电平，此时三极管V1导通，继电器J1工作，则220 V交流电通过继电器加到照明设备上，照明设备正常点亮。

3 系统软件设计
    软件部分的主要任务是完成对光照检测电路和对热释电传感器信号处理电路的输出信号进行处理。在光照较强时，系统继续对光照检测电路的输出状态进行检测。光照较弱时，系统对信号处理电路的输出状态Vo进行检测。若室内有人时Vo为高电平，系统控制照明设备点亮并按设定的时间进行延时。在延时时间内再一次检测到有人时，则系统又按设定的时间进行延时；若在延时时间内检测到室内无人时，则系统控制照明设备熄灭并重新对信号处理电路的输出状态Vo进行检测。基于上述分析，系统软件设计流程如图5所示。

4 结 语
    本次设计的智能照明控制系统，适用于学校、商场等大面积室内场所的照明控制，可以有效地对照明设备进行自动控制，达到科学管理与节能的目的。实验证明，该系统结构简单、安装方便、工作稳定、可靠性高。若在该系统中增加报警装置，也可实现自动报警功能。