室内LED智能照明节能系统的设计[1]

　　0　引　言

　　随着社会经济和科学技术的发展，能源损耗的问题日益突出。我国教室甚至是公司企业等室内公共场所灯光的智能控制相对缺乏和不完善，大多数是传统式的人工管理，造成很多不必要电能浪费和经济损失，这种浪费与当今的节能理念相违背[1-3]。此外，随着计算机技术的普及而自动化程度不断提高，自动控制灯光的措施还是非常有必要实施的。目前，市场上已有利用声控、光控甚至是温控等各种技术来实现此目的的产品，但它们都有着各自的不足，容易受到噪声、环境温度等因素的影响而引起灯光的不必要开启造成能源的浪费。对此，本系统主要基于红外感应原理，以单片机来记录双并列红外探测器探测到的室内人数[4]，并加入环境光线探测模块，在室内光线较暗且室内有人的情况下才启动LED节能照明装置，从而实现节能与便利相结合的目的。

　　1　系统整体设计

　　本系统主要由红外探测模块、环境亮度探测模块、单片机模块、LED照明模块4个模块组成。利用两个并列的主动热释红外探测器探测室内人数，环境亮度探测模块检测室内光线的强弱，然后将探测数据传送给控制核心———80C51单片机，它会根据处理结果控制LED照明设备是否开启。

　　1.1　红外探测模块

　　主动红外探测器由红外发射器、红外接收器组成，本装置中的红外发射器是红外线LED，接收器是光电晶体管，红外探测电路原理图如图1所示。无人经过探测器时，U2∶A的1脚输出低电平;有人经过时，U2∶A的1脚输出高电平[5]。整个系统由两个主动红外探测器组合使用，一个红外探测电路中放大器U2∶A的1脚接入80C51单片机的的P1.0的接脚处，另一个的放大器U2∶A的1脚接入80C51单片机的的P1.1的接脚处。

　　图1　红外探测器电路

　　1.2　单片机模块

　　在整个系统中两个探测器组合使用的目的就是为了判断人经过探测器究竟是进去还是出来，并将人数记录在单片机中[6-7]。将探测器1安装于门内，将探测器2安装在门外，当人先经过探测器1再经过探测器2时，表示有人出去，单片机内部的计数程序会自动减1;当人先经过探测器2再经过探测器1时，表示有人进来，单片机内部的计数程序会自动加1。当计数器中的数据为0时，表示室内无人，单片机不会开启照明电路;当计数器中的数据大于等于1时，表示室内有人，单片机此时就会开启照明电路。开启照明电路还有一个先决条件———环境亮度模块的控制，当外部环境光线比较强时，尽管室内有人此时也没有开启照明电路的必要了[8-9]。

　　1.3　环境亮度探测模块

　　环境亮度探测模块主要是用来感应外部光线的强弱，以免造成不必要的浪费。如图2[10]所示，用滑动变阻器RV2来代替光敏电阻，光敏电阻随着光线的增强而阻值逐渐减小。当外部光线比较强时，LM358的引脚1输出低电平;当外部光线比较弱时，LM358的引脚1输出高电平，然后传入到单片机的P1.2引脚上。

　　图2　环境亮度探测电路

　　1.4　照明电路模块

　　照明电路其实很简单，直接在单片机的P2.0引脚上接上LED照明灯，连接方式可根据实际情况进行串联或并联。电路的开启主要是靠单片机来控制，单片机会在其P2.0脚为高电平且计数器中的数据不为0时才会开启照明电路，表示在光线较弱且室内有人的情况开启照明电路。

　　将以上4个模块整合到一起便是整个自动照明系统，如图3所示。

　　图3　总体电路

　　2　实验模拟及结果分析

　　本系统设计主要运用的是keiluv3单片机设计软件和proteus电路处理软件.整个系统的关键就在于单片机程序对其的控制，其程序流程图如图4所示。

　　图4　电路流程

　　在软件模拟中，只需要连接单片机的输入和输出引脚即可，但在实际的电路连接中还需将其晶振、电源、复位等引脚接入电路中。由于是模拟，可将探测器感应模块和环境模块均进行简化模拟，P1.0和P1.1引脚上接的是红外探测模块的简化电路，而P1.2引脚上接的是环境亮度探测模块的简化电路，如图5所示。

　　对于单片机而言，当其P1脚的电势大于2.3V时便可将其判定为高电平并置为1，在模拟时，利用二极管的单向导通特性，将二极管反置，此时它处于截止状态，P1处的电势为+5V，所以单片机的P1.0、P1.1、P1.2都被置为1，表示此时光线较暗且室内有人，单片机将控制照明电路的开启。