趙宇飛 聶李迅 石巖 劉楊

摘 要： 本文設(shè)計(jì)了一套智能照明系統(tǒng)，集多種功能為一體，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)光和手動(dòng)調(diào)光兩種調(diào)光方式。本次設(shè)計(jì)的硬件部分包括人體感應(yīng)模塊、LED指示模塊、光敏模塊、照明模塊、按鍵模塊和單片機(jī)控制模塊等。選擇了STC89C51RC芯片作為單片機(jī)的主要控制芯片，LED指示燈模塊采用LED對(duì)不同工作模式進(jìn)行指示，光敏模塊采用ADC0832來采集光信號(hào)，調(diào)光模塊采用PWM調(diào)光技術(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)光源來滿足外界的光照度要求。軟件設(shè)計(jì)語言采用C語言。通過后期的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所有的控制功能都能實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 智能照明；PWM調(diào)光；紅外感應(yīng)；光敏電阻光強(qiáng)感應(yīng)

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著科技水平的不斷提高，人們的生活水平也在不斷提升。在高校對(duì)教室內(nèi)部照明的需求也越來越大，大量的教室經(jīng)常都開著燈，浪費(fèi)了大量的電能。因此，改進(jìn)對(duì)教室燈具的控制水平有著重要的意義。隨著自動(dòng)化水平的不斷提升，關(guān)于燈光的管理和發(fā)展也在逐步實(shí)現(xiàn)智能化和現(xiàn)代化。因此應(yīng)該發(fā)展新型的室內(nèi)燈光控制理念，與當(dāng)前的智能化控制時(shí)代相互融合。

1系統(tǒng)方案的選擇

本篇論文設(shè)計(jì)了比較簡單的自動(dòng)照明燈控制系統(tǒng)，可通過熱釋紅外人體傳感器對(duì)是否有人存在進(jìn)行檢測，接著利用光敏電阻對(duì)環(huán)境光的強(qiáng)度進(jìn)行檢測，隨后利用外界光強(qiáng)條件，判斷和識(shí)別人體及環(huán)境光信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)完全控制教室的燈光，盡量減少教室用電的浪費(fèi)問題。其原理圖如圖1所示。

調(diào)節(jié)LED光輸出強(qiáng)度可以通過降低LED電流來實(shí)現(xiàn)，不過，LED的彩色變化也會(huì)隨著正向電流的改變而改變。大量的應(yīng)用如LCD背光與汽車的照明等都要求LED不出現(xiàn)色彩漂移問題?？梢蕴砑覲WM信號(hào)對(duì)LED亮度進(jìn)行控制，LED的調(diào)光需要在彩色不改變的狀況下完成。PWM用來對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中脈沖的高電平時(shí)間就是它的寬度。此信號(hào)對(duì)LED的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，信號(hào)的頻率保持恒定，脈沖的高電平時(shí)間發(fā)生變化，也就是指LED導(dǎo)通的時(shí)間。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 LED驅(qū)動(dòng)電路

由電流I的公式可得到，用定時(shí)器調(diào)節(jié)峰谷值的時(shí)間長度進(jìn)而調(diào)節(jié)PWM占空比能使電流得以控制。這里用9012實(shí)現(xiàn)控制，高電平時(shí)，由公式可算出基極沒有電流，因此led不亮，所以低電平有效，只需控制低電平時(shí)間更長led便能更亮

2.2 人體紅外檢測電路

熱釋電紅外探測器可對(duì)移動(dòng)的物體和作為背景的物體之間的溫度差異進(jìn)行感應(yīng)。人體的體溫都是恒定在37度左右，人體發(fā)射的紅外線在菲涅爾濾光片的增強(qiáng)作用下會(huì)聚集到紅外感應(yīng)源上面，當(dāng)紅外感應(yīng)源在收到輻射溫度之后就會(huì)產(chǎn)生電荷平衡的失去，并從而向外釋放電荷，處理電路之后就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

2.3 對(duì)電路的自動(dòng)控制

利用光敏電阻對(duì)電阻的分壓作用，其得到的電壓值會(huì)給ADC0832，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，在后面的程序中會(huì)呈現(xiàn)對(duì)光線限值的調(diào)節(jié)。通過ADC0832進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將ADC0832設(shè)置成5V的參考電壓，將單片機(jī)的p3.3開口用定時(shí)器中斷輸出。對(duì)地電壓的輸出口是IN0，將ADC0832轉(zhuǎn)換成數(shù)字的量之后，通過OUT1-7輸出，可以讓單片機(jī)進(jìn)一步來處理。

3 總體原理介紹

如圖2所示，左側(cè)的是時(shí)鐘電路與復(fù)位電路，單片機(jī)rst接收到高定平則會(huì)復(fù)位，單片機(jī)運(yùn)行必須要用的電路，這里因?yàn)闆]有特殊要求，所以晶振是最常用12mhz，因此電容20-30uf。設(shè)計(jì)中選用了20uf，全電路的電阻選用的都是2K歐，因?yàn)椴灰鬁?zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以所有分電路都選用幾千歐姆。上面的電路是紅外顯示電路，檢測到人時(shí)，紅色的燈就會(huì)亮起。在它左邊的是按鍵指示電路，手動(dòng)與自動(dòng)切換時(shí)單片機(jī)輸出低電平，外接電源使其亮起，右邊的就是按鍵指示電路了，分別為加減檔按鈕和模式切換按鈕，通過接受低電平工作。下面是光敏電阻和ad采集芯片構(gòu)成的電路，光敏電阻的電壓信號(hào)反饋成模擬的形式，傳數(shù)據(jù)給單片機(jī)[5]。右側(cè)是led驅(qū)動(dòng)電路，一共有16個(gè)發(fā)光的led燈，通過單片機(jī)調(diào)節(jié)pwm波峰谷值，使其亮度變化，具體請(qǐng)看下述的軟件。最后還有電源電路在下方所示。

4 結(jié)論

用單片機(jī)作為主控芯片的PWM調(diào)光，燈上面設(shè)置了手動(dòng)的控制以及自動(dòng)控制和呼吸的模式。在進(jìn)行自動(dòng)的控制時(shí)，通過ADC0832模擬數(shù)字可以對(duì)光敏電阻的電壓不斷進(jìn)行監(jiān)測，以此來進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，把測得的數(shù)值和理論上的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，調(diào)整PWM的占空比，這一電路的設(shè)計(jì)非常簡單，可以大幅度的節(jié)省電能。