设计者：王金  吴佐龙  晏建军  张治洪

指导教师：李崇华

贵州师范大学机械工程学院 邮编：550059

摘要：从节能角度出发，本文针对学校照明用电浪费严重的问题，提出了基于单片机的教室灯光智能控制的设计思路，文章介绍了多功能智能控制系统的硬件组成和相应软件设计。该系统以单片机作为主控芯片，利用人体的恒温性，采用热释电红外人体传感器检测人体的存在，用光敏电阻及模数转换芯片来判断当前环境光照强度，最终实现智能控制照明，达到节约用电的目的。

关键词：单片机； 照明； 传感器； 自动控制 

作品简介

本作品利用光敏电阻感应教室内自然光的强度，判断是否需要启动照明电路。利用热释电红外线传感器的热释电效应，感应教室里是否有人，当有人在的时候，人所在位置的上方灯就会亮。当检测到两边都无人活动时或者自然光照强度大时，灯就不会亮。照明时间超过一个小时以后，单片机自动进入低功耗工作模式，以达到节能的目的。如果需要（如：放假、周末等）可以人为地切断模块上的总电源。

无论是白天还是晚上只要自然光可以照明的情况下，我们都应该利用自然光，节约用电！此控制系统，利用单片机、热释电红外线传感器等元件使教室照明电路开关人性化，更方便学校照明电路的管理，从而实现了智能控制学校教室照明。

一、研制背景及意义

低碳、环保、节能已成为当前发展的一大主题，资源的高效利用一直成为研究的热点。

目前，国内高校教室的照明控制大多采用手动开关，即使加强管理，仍出现忘记关灯的情况，特别是在白天情况仍然如此，从而造成大量的能源浪费。为解决上述问题，实现教室照明智能化、人性化，笔者设计出基于单片机控制的教室照明节能控制系统。

设计智能照明控制系统具有以下优越性

　    1、达到良好的节能效果，延长灯具寿命

　　  2、改善工作环境，提高工作效率

　　　3、提高管理水平

　4、较好的投资收益效果

二、系统介绍 

图1  系统总体框图

1.系统组成

系统的组成结构：光照强度检测组件、热释电红外线传感器及处理电路、单片机控制电路

2.工作原理

该系统以STCC52单片机作为主控芯片，利用人体的恒温性，采用热释电红外人体传感器检测人体的存在，并且利用光敏电阻及模数转换ADC0832芯片来判断当前环境光照强度。当光照强度为某一特定值时，由单片机自动对人体会发出波长为10微米左右的红外线进行检测。当光照强度为临界值及以下时，若此时检测到有人靠近门口时，由单片机控制打开第一组灯，此时第一组灯亮时间开始进入延时（5分钟）阶段，安装在公共场所如教室两边的红外传感器进入检测阶段，如检测到某一边有人活动，则相应的灯就打开，当检测到两边都无人活动时，灯就不会亮，并且第一组灯在延时结束后自动熄灭。如在此期间两边的红外传感器都没有检测到人的活动，那么第一组灯延时两分钟后自动关闭。在开灯时间超过一个小时以后，单片机自动进入低功耗模式，以达到节能的目的。如果需要（如：放假、周末等）可以人为地切断模块上的总电源。

   为达到更加节能和管理合理化，系统设定手动和自动两种控制方式。当对公共场所如教室内的灯需要人为手动控制时，可以将模板上的自动手动切换开关达到手动位置，并且可以手动亮灭三组灯中的任意一组。在对光照进行控制的同时，方便了人们的生活。

三、系统设计

（一）硬件组成

     1、硬件设计框图

图2   硬件结构图

本控制系统中，利用热释电红外线传感器，当检测到室内有人，则触发光敏传感器检测当前室内光照强度，若光照强度低于初始设定值，此时使其单片机给照明控制电路发出控制信号，打开室内照明灯。

     2、中心控制模块（单片机）

        单片机先对模数转换芯片ADC0832进行初始化。当可见光探测组件探测到光照强度达到预先设定值时，通过转换芯片将数据传送给单片机，单片机存储该信息；当热释电传感器及处理电路，感应是否有人在教室内的数据传送至单片机，单片机存储该信息。当光照强度和人在教室内两个条件同时满足单片机的要求时，单片机发出控制信号，打开室内照明灯。然而本系统本身是为节能而设计的，所以需选择单片机中低功耗的类型，而STC单片机具有如下优点，所以本系统控制选用STCC52为主控处理器。

     STCC52运行速度快、可靠性高、功耗低、价格低。

     3、其他硬件的介绍

         A、热释电红外线传感器及处理电路：热释电红外线感应器、热释电红外线传感器的信号处理器芯片BISS0001。特别说明，热释电红外线传感器感应到教室时候有人，通过信号处理芯片BISS0001，处理后传送给单片机。

B、可见光探测组件：光敏传感器和晶体管组成。特别说明，用于探测自然光的有无及强弱，通过转换芯片ADC0832，将信号发送至单片机。

（二）软件设计

      首先，对各芯片初始化；其次，光敏元件采集光照参数与给定的数值比较：如果光照参数大于设定参数，则返回重新采集；如果小于则等待红外检测是否有人，有人则发出中断，打开室内第一组灯和时间显示窗口。同时，触发另两组红外线检测模块检测是否有人：若无人则返回光采集，有则打开另外两组灯。接着再检测是否有人，有人则返回，无人则关闭后两组灯，进入第一组灯延时，关闭显示窗进入初始化状态程序流程图如图所示：

图3    程序流程图

四、结论

本设计的基于单片机控制的教室照明节能控制系统，适用于学校商场等大型室内场所的照明智能控制，可以有效地对教室照明灯具智能控制，减少了电能浪费，提高了资源利用率。经验证，该系统稳定，有利于学校对教室照明的管理。

参考文献

【1】华成英，童诗白主编的模拟电子技术基础第四版。高等教育出版社2006.5

【2】赵德安等主编的单片机原理与应用第二版。机械工业出版社2009.4

【3】阎石主编数字电子基础第五版。高等教育出版社2006.5

【4】卢胜利主编的智能仪器与实现。重庆大学出版社2003.6

【5】常健生主编的检测与转换技术吉林工业大学出版社2009.6

【6】韩宝军主编的传感器原理及应用技术西安电子科技大学出版社2003.8下载本文