基于單片機的LED室內照明控制系統

    0 引言

    我國是一個資源緊缺的國家，但在日常的生活中，人們并沒有意識到這一點。以室內照明為例，在很多公共場合中都采用手動開關，經常出現沒有及時關燈的現象，從而造成能源的浪費，也會縮短燈具的使用壽命。針對這一現象，有必要研究一種智能照明控制系統。該系統利用智能傳感器感應室外亮度來自動調節燈光，以保持室內恒定照度，既能使室內有最佳照明環境，又能達到節能的效果。

    LED 被稱為第四代綠色光源，LED 的發光器件是冷光源，具有節能、環保、壽命長、體積小等特點。

    LED 光的單色性好，光譜窄，無需過濾，可直接發出有色可見光。在相同的照明情況下，LED 燈耗電量為白熾燈的十分之一，熒光燈的二分之一，是未來照明的發展趨勢。

    1 智能控制方案設計

    系統采用光敏電阻檢測環境亮度，熱釋紅外傳感器檢測人體輻射的微量紅外線，溫度檢測模塊檢測LED 的溫度，傳感器檢測到的信號經過預處理傳給單片機，經單片機處理后控制LED 燈的開關和亮度。系統框圖如圖1 所示。

    2 硬件設計

    2. 1 熱釋電紅外探測模塊

    熱釋電紅外探測模塊不需要配置紅外線發射源，能直接接受人體輻射的微量紅外線，將其轉變為相應的電信號輸出。為了提高PIR 傳感器感受紅外線的靈敏度，在傳感器前加裝配套的菲涅耳透鏡。

    熱釋電紅外探測模塊由菲涅耳透鏡、熱釋電紅外傳感器（ PIR） 、控制電路及驅動電路等組成。熱釋電紅外探測模塊框圖如圖2 所示。

    人體都有恒定的體溫，一般在37 ℃，會發出特定波長10 μm 左右的紅外線。人體輻射的紅外光線經過菲涅耳透鏡匯集在PIR 的2 塊探測元上，當人體移動時，紅外輻射強度發生變化，探測元表面的電荷強度發生變化，經內部場效應管放大就有信號輸出。

    熱釋電紅外探測模塊采用熱釋電專用控制集成電路來處理，這里采用BISS0001 型集成電路。

    BISS0001 型集成電路內置獨立的高輸入阻抗運算放大器，可以與多種傳感器匹配，進行紅外信號預處理。芯片內含有電壓比較器、狀態控制器、延遲電路定時器、封鎖時間定時器以及基準參考電壓源等單元電路。電路如圖3 所示。

    2. 2 環境亮度檢測模塊

    光敏電阻是利用半導體光電導效應制成的一種特殊電阻器，對光線十分敏感，這里用它來檢測環境亮度。它的電阻值能隨著外界光照強弱的變化而變化。它在無光照射時，呈高阻狀態； 當有光照射時，其電阻值迅速減小。

    圖3 中的R6為光敏電阻，若環境較明亮，R6的電阻值會降低，使9 腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發信號VCC.SW1 是工作方式選擇開關，當SW1 與3 端連通時，芯片處于可重復觸發工作方式； 當SW1 與1 端連通時，芯片則處于不可重復觸發工作方式。

    2. 3 溫度檢測模塊

    該測溫模塊采用單線數字溫度傳感器DS18B20,它具有獨特的單總線接口方式，支持多節點，測溫時無需任何外圍元件，它和單片機的接口只需一根信號線，具有超低功耗工作方式。它的測溫范圍為- 55 ~ + 125 ℃，精度為0. 5 ℃，而且不需要放大器和A/D 轉換器。所以DS18B20 的外圍電路簡單，圖4 是該系統的測溫模塊的電路原理圖。

    DS18B20 測溫系統編程實現相對比較容易，首先對DS18B20 進行初始化，接著依次發跳過ROM命令和溫度轉換，啟動DS18B20 進行轉換。然后再重新對DS18B20 進行初始化并發匹配ROM 命令。

    最后，對DS18B20 進行讀數。

    2. 4 單片機控制模塊

    STC12C5A60S2 是宏晶科技公司生產的一款高速、低功耗和超強抗干擾的新一代8051 單片機，它的指令系統完全兼容傳統的8051,但是速度要快8~ 12 倍。它設有2 路PWM,8 路高速A/D 轉換，使得外圍電路大大簡化，系統的成本大大降低。