小型辦公場所智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：統(tǒng)采用單片機為控制器，用熱釋人體紅外傳感器和光照強度傳感系統(tǒng)來檢測室內(nèi)有無人員及室內(nèi)光強，提出了一個智能照明控制系統(tǒng)的原理框圖，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了智能照明控制系統(tǒng)的部分硬件電路和軟件流程圖，該系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，條理清晰，便于改進和擴充。同時還具有體積小，控制方便，可靠性高等優(yōu)點，可以滿足辦公場所智能照明控制的要求，以達到節(jié)能目的。
關(guān)鍵詞：智能照明；硬件電路；控制系統(tǒng)

    隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)的進步，國內(nèi)外均已在使用智能照明控制裝置。我國的智能照明裝置普遍應用在走廊和樓道領(lǐng)域中。經(jīng)濟的快速發(fā)展使辦公樓數(shù)目增加，導致一些辦公場所在光線足夠強時依然還開著燈工作的現(xiàn)象普遍存在，加之一些員工節(jié)能意識的淡薄，造成了不必要的電能浪費，同時也影響了各種照明燈具的使用壽命。這種浪費現(xiàn)象與當今世界提倡節(jié)約能源的理念是相違背的。因此，基于這樣的現(xiàn)象，設(shè)計以單片機為核心，根據(jù)室內(nèi)環(huán)境光亮度和人體存在與否來實現(xiàn)智能控制照明是具有很重要的現(xiàn)實意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
    本系統(tǒng)主要以AT89S52單片機為主控核心，其外圍電路由：供電電源電路、照明燈控制電路、看門狗、時鐘電路、傳感器等組成，其原理框圖如圖1所示。

    其工作原理是：本系統(tǒng)主要是以采集人存在信號和辦公場所室內(nèi)環(huán)境光強弱信號作為輸入?yún)?shù)，當室內(nèi)環(huán)境光強度達到一定值時，無論有人存在與否都不開燈，當室內(nèi)環(huán)境光強度低于某一設(shè)定閥值且在有人存在并超過一定時間范圍時才允許開燈，直到人離開后再延時一定時間后才關(guān)燈，用這種雙鑒控制方式來對辦公場所照明進行智能控制，可以達到節(jié)能的目的。同時，該系統(tǒng)還可以按上班時間進行控制，當夜晚超過一定時間后，人是否存在都要關(guān)閉自動控制器的運行，改由手動控制，以解決因特殊情況下，自動控制器不能人性化工作的原因。

2 數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計
    辦公場所室內(nèi)環(huán)境光強弱信號和人體存在與否是本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對象，也是主要的輸人參數(shù)。是決定室內(nèi)開關(guān)燈的重要條件，是對電能的有效節(jié)約。其中對光信號敏感的傳感器主要有光敏電阻和光敏三極管，光敏電阻受溫度的影響大，而光敏三極管受光照溫度影響小，所以根據(jù)需求，選用光敏三極管作為室內(nèi)環(huán)境光采集傳感器，也是室內(nèi)的探測器。對于檢測人體存在與否的傳感器則需要求靈敏度高、可靠性強的器件，所以采用AS081型號的人體熱釋紅外傳感器。
2．1 室內(nèi)環(huán)境光采集電路
    室內(nèi)環(huán)境光采集電路如圖2所示。工作原理為當辦公場所室內(nèi)自然光光照強度高于一定程度時(即設(shè)定參數(shù))，則光敏三極管D5呈現(xiàn)低阻狀態(tài)即小于1 kΩ，三極管Q1的基極電壓將增大，使三極管Q1飽和導通，就會使三極管Q1集電極輸出低電平，不參與其工作。當辦公場所室內(nèi)自然光光照強度小于一定程度時(即設(shè)定參數(shù))，則光敏三極管D5呈現(xiàn)高阻狀態(tài)大于100 kΩ，使三極管Q1截止，Q1的集電極輸出高電平，參與其電路工作。其中可變電阻R24是作為調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境光光照強弱靈敏度參數(shù)的器件，其阻值的大小，將會是三極管Q1在不同的室內(nèi)環(huán)境光照強度參數(shù)下導通，而R3、C1組成的電路是防止外界干擾而設(shè)計的，具有防干擾的作用。

2．2 人體信號采集電路
    探測人體是否在辦公場所室內(nèi)時，探測人體是否存在的熱釋電紅外傳感器要具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強、具有延時性好的功能，選取時應根據(jù)辦公場所的工作時間等因素而定，通常選用HT-208型號的熱釋電紅外傳感器，根據(jù)此芯片的功能特點設(shè)計的人體信號采集電路如圖3所示。其中的熱釋電紅外傳感器的1號端引腳外接電源信號，2號端引腳外接采集信號，常要接一個電容量為6800pF的電容器與3號端引腳相連接，而3號端引腳是外接地的，所以熱釋電紅外傳感器是用2號端引腳與單片機AT89S52的P3．3引腳端相連接的，而為了增強信號采集的穩(wěn)定性即熱釋電紅外傳感器探測的穩(wěn)定可靠，常在單片機的引腳端口處再接一個100 kΩ的上拉電阻。

3 看門狗電路
    在該電路中有看門狗定時器、自動復位、電壓門限監(jiān)測的功能，在系統(tǒng)上電、掉電和供電電壓不足時，單片機和總線邏輯狀態(tài)是不確定的，會使MAX705芯片的RESET引腳端輸出復位信號給單片機使單片機維持在復位狀態(tài)，以避免控制的錯誤。電路如圖4所示。為了使復位更加可靠，在復位輸出端外接一個10 k的上拉電阻，并與AT89C52的復位端相連。所以在VCC端的電壓低于復位電壓時，系統(tǒng)就保持在復位狀態(tài)。為檢測電源電壓將電源Vin與PFI引腳端相連接，在PFI端的電壓低于1．24 V時，就由PFO端輸出示警信號，而WDI端是由內(nèi)部定時器控制，當WDI為低電平時，為該系統(tǒng)提供保護，才可避免因死機、程序跑飛、死鎖等情況的發(fā)生，使系統(tǒng)正常工作。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件總設(shè)計分為主程序和子程序的設(shè)計，在各個模塊中運用此設(shè)計思路。即在主程序運行任務時滿足設(shè)定條件就調(diào)用子程序來執(zhí)行，同時一個主程序可以調(diào)用多個子程序同時并行執(zhí)行，而對于單片機內(nèi)的系統(tǒng)資源是有限的，在系統(tǒng)運行時主程序通常是反復調(diào)用子程序來執(zhí)行的過程。

    而對于子程序主要是分為中斷子程序和功能子程序，它們之間是可以互相嵌套和調(diào)用的，以此來實現(xiàn)系統(tǒng)的相應功能，它們總是把每個部分相連接起來構(gòu)成一個周而復始且有選擇執(zhí)行能力的循環(huán)過程。所以在軟件設(shè)計的過程中，盡可能地將各個模塊的功能設(shè)計成子程序的形式，方便主程序在執(zhí)行中調(diào)用實現(xiàn)該模塊相應的功能。所以系統(tǒng)設(shè)計的總框圖為如圖5所示。

5 結(jié)束語
    本系統(tǒng)是以AT89S52單片機為主控核心，以環(huán)境光強弱信號、人體存在狀況為主要的輸入?yún)?shù)，通過相關(guān)電路的驅(qū)動，實現(xiàn)辦公場所照明日光燈的智能控制，它比傳統(tǒng)人式的人工管理辦公場所的燈光更加合理、更有效地提高了自然光在辦公場所里的利用，避免了電能源浪費；同時本系統(tǒng)加入了時間控制參數(shù)，使辦公場所里的燈光控制更加符合工作作息時間。