自动开关灯照明系统控制器设计目录摘要....................................................................................................... 错误!未定义书签。

第1章系统总体设计.. (3)1.1 系统总体框架 (3)1.2系统工作原理 (4)1.3系统硬件电路设计 (4)1.4 感应器的选择 (4)第2章系统硬件设计 (6)2.1 5 V 稳压电路 (6)2.2单片机最小系统 (6)2.3过零检测电路 (7)2.4人体红外热释传感器模块 (7)2.5 可见光照度传感器模块 (8)2.6 照明灯驱动电路 (9)2.7 串口调试模块 (9)第3章系统软件设计 (11)3.1系统监控主程序模块 (12)3.2系统自检初始化 (12)3.3定时中断处理设计 (13)3.4人体红外传感器的优缺点 (13)3.5数据采集软件的实现 (14)3.6编程仿真 (14)结论....................................................................................................... 错误!未定义书签。

致谢....................................................................................................... 错误!未定义书签。

参考文献..................................................................................................... 错误!未定义书签。

第1章系统总体设计当今社会经济飞速发展，各类能源浪费问题日趋严峻，尤为显著的如，大型地下停车场、公共卫生间、楼道等场所照明用电。

虽然白炽灯拥有许多优点，但是由于其能效过低，已被世界各国相继宣布淘汰。

随着互联网技术带动下的物联网的发展，智能家居逐渐开始迅猛发展。

照明作为家庭用电中的重要部分，智能照明也拥有广阔的发展前景。

而且随着人们对能源节约的越来越深入人心的认识，设计一种自动开关的照明系统的设备显得尤为重要。

尤为显著的如，大型地下停车场、公共卫生间、楼道等场所照明用电。

虽然白炽灯拥有许多优点，但是由于其能效过低，已被世界各国相继宣布淘汰。

随着普通白炽灯被淘汰[1]，荧光灯、LED 和节能卤钨灯成为目前照明灯具市场的三大主流。

荧光灯是当前替代普通白炽灯最主要也是数量最多的照明灯，虽然和普通白炽灯相比能节约 80%的电能，但其价格昂贵，体积较大，发光面积较大，不是点光源，光谱不连续，不能做到 100%的显色性。

同时荧光灯含有汞、荧光粉以及大量的电子元器件，废弃后给环境带来的负担是不可估量的。

近年来 LED 的发展非常迅速，但成本相对较高，且在技术上还无法做到如黑体辐射的连续光谱，在显色性、颜色一致性方面依然无法和节能卤钨灯媲美，所以离大规模普及仍有一段距离。

节能卤钨灯本质上仍是白炽灯，其结构简单、价格低廉、对环境无害，能直接工作于市电电压，瞬时启动，瞬间即可达到最大光输出，和普通的白炽灯相比能节约 30%的电能[2]，节能卤钨灯由于其近似于点光源的集中发光体，几乎黑体辐射的连续光谱、100%的显色性，3 000K 左右色温的柔和色光，无频闪，在很多对照明质量要求较高的场所，仍然有不可比拟的优越性。

考虑到以上因素，按照节能、减排、智能和实用的要求，笔者针对节能卤钨灯设计出基于单片机的智能灯控系统[3]，利用人体红外热释传感器和可见光照度传感器构成环境检测系统，大大提高了灯控系统的灵敏度、精确度和实用性[4]。

现代自动化程度不断提高，技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向的发展。

于是，开发简便、实用的室内自动开关灯照明系统的设计具有重要的现实意义。

1.1 系统总体框架本系统以单片机为控制核心，由 5 V 稳压电路、过零检测电路、人体红外热释传感器模块、可见光照度传感器模块、照明灯驱动电路和串口调试模块组成。

系统框图图1.1所示。

图1.1系统框图1.2系统工作原理利用人体红外热释传感器探测人体特征，可见光照度传感器检测当前环境照度，把传感器检测信号送单片机处理，根据处理结果在单片机每次中断时控制照明灯的开关和亮度。

[5] 串口调试模块作为人机交互工具，便于观察系统相关参数。

[6]1.3系统硬件电路设计系统控制器主要是以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数。

可以实现自动与手动控制相兼容。

在自然环境光较强光线较强时，无论是否有人体存在，都不开灯；在环境光较弱时，有人存在且超过一定时间时，系统控制器自动打开电灯，人离开后延时一定时间后再自动关灯。

系统控制单元是以单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：系统供电模块、环境光采集模块、热释红外传感器模块及继电器驱动模块。

单片机作为主控芯片，热释红外传感模块识别人体，光敏电阻识别光线，LM393电压比较器将光敏芯片处理给单片机，继电器控制负载灯。

设计可以应用在教室，图书馆等一些公共场所，当光线暗并且有人时，继电器会吸合，从而驱动任何负载，智能延时，当没有人时灯不会亮，从而实现节能、智能的效果。

1.4 感应器的选择方案一：感应人体采用被动式红外传感技术，利用红外光敏器件将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号，并进行放大处理。

它能可靠的将运动着的生物体和飘落的物体加以区别。

同时它还具有监控范围大，隐蔽性好，抗干扰能力强和误报率低等特点。

被动式红外入侵报警器又称热释电红外入侵报警器，由光学系统，红外传感器和信息处理三部分组成。

目前与红外传感器配套的光学系统有三种，即反射式、透射式和折射式。

其中反射式光学系统的灵敏度最高，其探测距离可达25～60 m；透射式的灵敏度最低，探测距离为2～10 m；折射式居中，兼有反射式和透射式的优、缺点。

方案二：感应人体采用主动式红外探测器，由红外发射机、红外接收机组成。

分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。

红外光在人眼看不见的光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。

接收端输出的电信号的强度会因此产生变化，从而启动信号。

第2章系统硬件设计2.1 5 V 稳压电路本系统低压部分电源由 220 V-9 V 变压器引入，经过一个整流桥获得 9 V 直流电源，然后采用三端线性稳压芯片 LM7805 得到 5 V 直流电源。

5 V 稳压电路原理图图 2.1所示。

图 2 .1 5 V 稳压电路原理图2.2单片机最小系统STC12C5A60S2AD 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（IT）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051，但速度快高速 10 位 A/D 转换，针对电机控制，强干扰场合。

其最小系统由复位电路和晶振电路组成，单片机最小系统原理图图2.2所示。

图 2.2 单片机最小系统原理图2.3过零检测电路D2、D3 电压取自 220 V-9 V 变压器次级，经全波整流形成脉动直流电压波形，由电阻分压，再经过电容滤波，形成三极管基极电压波形。

当基极电压低于 0.7 V 时，三极管截止，反之，三极管导通。

三极管集电极通过上拉电阻 R4 形成高电平。

通过三极管的反复导通和截止，在集电极处输出 100 Hz 脉冲电平，供单片机下降沿中断。

过零检测电路原理图图2.3所示。

图 2.3 过零检测电路2.4人体红外热释传感器模块人体都有恒定的体温，一般在 37 度左右，所以会发射出特定波长 10 μm 左右的红外线。

人体红外热释传感器能以非接触形式检测到人体发射的红外线，在其上安装菲涅耳透镜，可以将热释的红外信号折射（反射）在红外热释传感器上，也能将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在红外热释传感器上产生变化的热释红外信号，这样红外热释传感器就能产生变化的电信号。

本系统的人体红外热释传感器元件采用 HC-SR501，以 BISS0001 集成芯片再配以相应外接阻容元件构成传感器的信号处理电路。

把 BISS0001 的 1 脚接高电平，设置本电路为可重复触发。

输出延迟时间可以通过改变 R11 的大小来调节。

人体红外热释传感器将感应到的红外辐射能量的变化转换成电信号，通过 BISS0001 的 2 脚输出。

当有人在警戒区内移动时模块输出 3.3 V 电压，没人时模块输出低电平。

实验测得该模块感应最远距离可达 8 m，最大角度为 110°。

人体红外热释传感器模块原理图图2.4所示。

图 2.4 人体红外热释传感器模块原理图2.5 可见光照度传感器模块可见光照度传感器采用 ON9658，它是一个光电集成传感器，典型入射波长为 520 nm，可见光范围内高度敏感，内置双敏感元接收器、微信号 CMOS 放大器、高精度电压源和修正电路，输出电流随照度呈线性变化。

温度稳定性好。

由于该传感器输出信号是峰值随照度变化的正弦波。

因此采用肖特基二极管加阻容元件构成的硬件检波电路来获取传感器输出电压的峰值，最后输出幅值为正弦波峰值的直流电压信号。

可见光照度传感器模块原理图图2.5所示。

图2.5可见光照度传感器模块原理图2.6 照明灯驱动电路照明灯驱动电路主要由 250 V 双向光电耦合器 MOC3021 和双向晶闸管 BT136 构成，其中 R7 和 R8 串联构成双向晶闸管的门极电阻，当双向晶闸管灵敏度较高时，门极阻抗也很高，并上这两个电阻可提高抗干扰能力。

R8 和 C6 组成浪涌吸收电路，防止浪涌电压损坏双向晶闸管。

单片机的一个 I/O 口输出照明控制信号，触发光电耦合器MOC3021 来控制双向晶闸管 BT136 的通断，这样便能控制照明灯的开关和亮度。

照明灯驱动电路图2.6所示。

图 2.6 照明灯驱动电路2.7 串口调试模块本系统的串口调试模块采用 RS-232 串口通信，其最远传输距离是 50 英尺，最高传输速率是 20 kbps。

能做到双向传输，全双工通信。

因为 RS-232 上传输的数字量采用负逻辑，只与地对称，所以与单片机连接时需要加入电平转换芯片 MAX232。

串口调试模块原理图图2.7所示图 2.7串口调试模块原理图第3章系统软件设计本系统软件程序使用 C 语言编程，采用模块化设计思想，以主程序为核心设置了 A/D 转换程序、I/O 口输出照明控制程序、串口发送程序及中断函数 4 个模块。