基于红外感应技术的智能灯控系统设计与实现

引 言

当今社会经济飞速发展，各类能源浪费问题日趋严峻， 尤为显著的是，中国众多的学校、各行业的办公场所等大场所的照明用电问题。目前，人们对节能的要求随着对照明要求的提高而不断提高。但在谈及节能上却有一个地方被人们遗忘， 即我们国家众多学校以及各行业的公共办公区域，每年的耗能如此之大，浪费之多，因此对学校以及各行业公共办公区域的智能化控制管理是大势所趋。

依据节能、环保的要求，设计出基于红外感应器的智能灯控系统，可以大大提高灯控系统的可靠性、探测能力，特别适用于各行业的公共办公区域和高校等公共场所，实现灯控的智能化，从而实现节能、环保、方便管理等目的，该系统具有重要的社会效益和经济效益。

1 现有技术分析

专利号为 CN101562930A 的专利中说到，在建筑内或者楼道内设置若干控制节点和若干状况采集节点，利用控制节点和采集节点之间的通信来智能控制照明系统。然而，此系统在应用时不免有些繁琐，布局麻烦，比较极限。

专利号为 CN102711325A 的专利通过在灯具上嵌入光敏感应器来探测现场的光照度强弱，并以此控制照明系统的开启或者关闭。此方案若加入光敏感应器，可以根据现场光照度开启或关闭照明系统；但是，在光照度低时，开启了照明系统；然而在没有人的情况下，造成的是另一种浪费，也不能很好地进行智能节能控制。

专利号为CN103857123A的专利与专利号为CN103763836 的专利中不免都提到智能、节能，其也在一定程度上达到了智能或节能的目标，但有些使用比较繁琐、极限，而有的是二次浪费，故不能更好的达到控制效果。

由上述几点可以清楚知道现有技术的不足之处：

(1) 在应用时有些繁琐，布局比较麻烦，而且有极限 ；

(2) 有的加入光敏感应器，可以根据现场光照度开启或关闭照明系统，但是，在光照度低时，开启了照明系统，却在没人的情况下造成另一种浪费，该方法也不能很好地进行智能节能控制。

文中阐明了本系统的优点，可以达到人来灯亮，人走灯灭的智能控制效果，并把区域小化，无需以相互间的通信来进行控制。同时也解决了布局比较极限的问题，可以根据公共场所的光照度强弱以及人数多少而将区域中的照明系统适时开关，不造成二次浪费现象，便于管理，方便人们更好的生活与工作。

2 系统结构和工作原理

2.1 系统结构框图

一种基于红外感应技术的智能灯控系统包括核心控制模块、红外感应模块、光照探测模块、继电器模块和照明系统。其中，红外感应模块、光照探测模块和继电器模块通过电路与核心控制模块连接通信 ；核心控制模块、红外感应模块、光照探测模块和继电器模块整体与照明系统连接，并控制照明系统。系统框图如图 1 所示。

2.2 系统工作原理

本系统由核心控制模块、红外感应模块、光照探测模块、继电器模块和照明系统组成。核心控制模块内还设有至少一个单片机和多个模块，其中单片机和多个模块由程序按顺序控制光照探测模块、红外感应模块和继电器模块，最终控制照明系统的开启和关闭。

核心控制模块通过一高电平信号控制光照探测模块的探测模式开启，光照探测模块根据室内光照度的强弱来控制光照探测模块的开关。室内的光照度一般在 300 lx 左右，当低于这个值时，把一电信号返回到核心控制模块，核心模块间接控制其他模块。

核心控制模块通过一高电平信号控制所述红外感应模块的感应模式开启，所述红外感应模块根据感应到的人体存在控制感应模式关闭。

继电器模块接受光照探测模块和红外感应模块的开启和关闭电信号，通过所述核心控制模块送出的高电平来控制照明系统的开启或关闭。其系统流程图如图 2 所示。

3 硬件电路设计 

系统的硬件设计包括核心控制模块 ：80S51系列芯片；红 外感应模块 ：HC--SR501 ；光照探测模块 ：GY-302 BH1750 ； 继电器模块 ：四路继电器模块 ；照明系统。

3.1 核心控制模块 

核心控制模块控制着其余所有模块，该模块内置至少一 个单片机和多个模块，所述单片机和多个模块由程序按顺序 控制光照探测模块、红外感应模块、继电器模块，最终控制 照明系统正常工作。核心模块由程序控制，程序控制各个端口 的高低电平，进而控制各个子模块的通断电。实现多个模块 组合通信，操作简单，性能稳定、高效。

3.2 光照探测模块

核心控制模块通过一高电平信号控制所述光照探测模块的探测模式开启，所述核心控制模块给一个高电平让其工作在探测模式下，通过室内光照度的强弱来控制光照探测模块的开或关。室内各地方的光照强度不同，但一般在 300 lx 左右。当室内光照度低于这个值时把这一电信号返回到核心控制模块让其跳到中断，等待红外传感模块传来的信号 ；当两者的信号同时满足所需的条件（光照强度低于 300 lx，红外传感器探测到人的出现）时，核心模块就转而控制继电器模块工作（根据室内低于 300 lx 的地方大小打开适合盏数的照明系统），否则所述光照探测模块将一直工作在探测模式，直到光照强度小于 300 lx 时再传送信号到核心模块等待处理。其光照强度探测电路如图 3所示。

3.2 红外感应模块

核心控制模块通过高电平信号控制红外感应模块的探测模式开启，给红外感应模块送一高电平后，该模块便工作在感应模式下。因为人体会发射出红外线，只要红外感应模块感应到红外线的存在，就可以感应到人体存在，最终把信号传输到核心模块，之后跳到中断，等待另一条件（光照强度低于300 lx 的信号）的到来。当同时满足所需条件（光照强度低于300 lx，红外传感器探测到人的出现）时，核心模块就转而控制继电器模块工作。否则红外感应模块一直工作在感应模式下。红外感应模块电路如图 4 所示。

3.4 继电器模块 

继电器模块接受光照探测模块和红外感应模块的电信号， 通过核心控制模块送出的高电平来控制照明系统的开启或关 闭。具体的工作方式 ：当光照探测模块和红外感应模块都接 受到信号后，将信号传回核心控制模块进行处理。当这两个条件同时满足时，核心模块根据传回的光照强度与 300 lx 作 对比，然后发出控制继电器工作的指令，让一路继电器或两路 继电器工作，抑或让更多的继电器一起工作。从而控制了一路、 两路或更多路的照明工具工作。这就可以智能调节一个房间或 公共区域的照明，将其调节为一个合适的数值，使得室内的光 线不会太弱或太强，方便人们更好的工作和生活。四路继电器 控制电路如图 5 所示。

3.6 实施方案 

本系统是一种基于红外感应技术的智能灯控系统，由核 心模块、红外感应模块、光照探测模块、继电器控制模块组成， 通过多个模块组合通信完成整个系统的控制。红外感应模块、 光照探测模块分别检测人体红外线和光照强度。这两个模块 将检测到的信号实时传输给核心模块，并等待核心模块的处 理。当同时满足两个条件（光照探测器检测到的光照强度小于 300 lx，红外感应器检测到人的存在）时，核心模块便发出控 制继电器工作的命令，由继电器的通断控制照明工具的通断。 

4 结 语

本系统是一种基于红外感应技术的智能灯控系统，其原 理是把一个公共大区域划分为若干小区域，一套设备管理两 到三盏灯，小化后可以更加精准的控制室内的照明系统，改善 各大高校及众多公共办公场所人工管理冗繁的状况。并且本系 统着重解决校内及各大公共场所的照明控制，补充人力管理的 缺陷，智能调节光照度，为各大高校及公共办公场所所属机构 减少了经济开支，同时为国家在节能减排方面做出了贡献，让 人们能在更好的条件下生活和工作。