智能溫控風(fēng)扇及照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：采用單片機(jī)為控制器。以熱釋人體紅外和溫度傳感系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)室內(nèi)有無(wú)人員以及室內(nèi)溫度，設(shè)計(jì)了一個(gè)智能溫控風(fēng)扇及照明控制系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制室內(nèi)的風(fēng)扇和燈管的照明，達(dá)到了智能控制和節(jié)能的目的。

　　關(guān)鍵詞：熱釋人體紅外;智能控制;單片機(jī);風(fēng)扇;照明控制

　　O 引言

　　目前絕大多數(shù)樓宇風(fēng)扇和電燈在使用時(shí)都是由人員手動(dòng)操作，當(dāng)天氣悶熱時(shí)由樓宇內(nèi)的人員手動(dòng)開啟風(fēng)扇和選調(diào)風(fēng)速，當(dāng)燈光不足或在上樓梯時(shí)手動(dòng)開啟電燈，常常會(huì)由于人員的疏忽在人離開之后忘記關(guān)閉設(shè)備而導(dǎo)致用電的浪費(fèi)。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮采用單片機(jī)為控制器，以熱釋人體紅外和溫度傳感系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)室內(nèi)有無(wú)人員以及室內(nèi)溫度，設(shè)計(jì)一個(gè)智能溫控風(fēng)扇及照明控制系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制室內(nèi)的風(fēng)扇和燈光的照明，從而達(dá)到智能控制和節(jié)能的目的。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)方框圖如圖l所示。通過(guò)51單片機(jī)和熱釋人體紅外來(lái)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)是否有人，如有人再檢測(cè)其溫度和光度是否需開啟風(fēng)扇和燈光并且實(shí)現(xiàn)該調(diào)在哪個(gè)檔位，并由指示燈顯示檔位。用數(shù)碼管顯示室溫。最后用蜂鳴器作為報(bào)警源，如果啟動(dòng)報(bào)警模式，當(dāng)檢測(cè)到其區(qū)域內(nèi)有人就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)溫度超過(guò)一定范圍內(nèi)也啟動(dòng)長(zhǎng)鳴報(bào)警聲。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 熱釋人體紅外模塊

　　人體紅外感應(yīng)模塊電路主要由人體被動(dòng)紅外探頭、菲涅爾透鏡、專用芯片BISS0001組成。當(dāng)有人出現(xiàn)在它的探測(cè)區(qū)，傳感器便能探測(cè)到信號(hào)并把信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)再根據(jù)實(shí)際情況是否該開啟器件設(shè)備或讓房間的電器設(shè)備處于一種可開啟狀態(tài)。關(guān)于走廊及洗手問(wèn)用燈情況，當(dāng)晚上有人經(jīng)過(guò)時(shí)，人體紅外感應(yīng)到人便開啟走廊用燈或者洗手間用燈。熱釋人體紅外模塊電路如圖2所示。

　　電路中運(yùn)用了熱釋紅外專用芯片BISS0001。BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。如圖2所示，當(dāng)人體輻射的紅外線通過(guò)菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測(cè)元上時(shí)，電路中的傳感器將輸出電壓信號(hào)，然后使該信號(hào)先通過(guò)一個(gè)由C1、C2、R1、R2組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為16 Hz，下限截止頻率為O.16 Hz。

　　由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測(cè)信號(hào)電壓十分微弱(通常僅有1 mV左右)，而且是一個(gè)變化的信號(hào)，同時(shí)菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號(hào)電壓呈脈沖形式(脈沖電壓的頻率由被測(cè)物體的移動(dòng)速度決定，通常為O.1 Hz～10 Hz左右)，所以應(yīng)對(duì)熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大器OP1和OP2進(jìn)行二級(jí)放大。再經(jīng)由電壓比較器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號(hào)Vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器。
輸出信號(hào)Vo接單片機(jī)以便檢測(cè)，當(dāng)有人時(shí)便輸出5 V高電平，當(dāng)人離開之后延時(shí)一段時(shí)間后便復(fù)位為O V以便主控制電路的控制。電路設(shè)計(jì)讓芯片處于可重復(fù)觸發(fā)狀態(tài)以便適合教室的實(shí)際情況。重復(fù)觸發(fā)其工作過(guò)程：可重復(fù)觸發(fā)工作方式下在Vc=“1”、A=“1”時(shí)，Vs可重復(fù)觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)，并可促使Vo在Tx周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。在Tx時(shí)間內(nèi)，只要Vs發(fā)生上跳變，則%將從Vs上跳變時(shí)刻起繼續(xù)延長(zhǎng)—個(gè)Tx周期;若Vs保持為“1”狀態(tài)，則Vo一直保持有效狀態(tài);若Vs保持為“0”狀態(tài)，則在Tx周期結(jié)束后Vo恢復(fù)為無(wú)效狀態(tài)，并且，同樣在封鎖時(shí)間Ti時(shí)間內(nèi)，任何Vs的變化都不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。

　　2.2 可調(diào)光光管控制模塊

　　本模塊主要由光敏傳感電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊及室內(nèi)LED燈幾部分組成。利用一個(gè)光敏二極管和一個(gè)100 k的電阻。共五組并聯(lián)連接接入5 V電壓，分別引出五條線路接至ADC0809芯片的IN3～I(xiàn)N7通道(見圖3)，通過(guò)光敏二極管檢測(cè)教室的光照亮度，根據(jù)光敏二極管特性，遇光照時(shí)，阻值會(huì)明顯減少，隨著光度的減少，光敏二極管的阻值會(huì)逐漸增大的原理，那么每個(gè)光敏二極管分壓得到的不同電壓值(即模擬量)，通過(guò)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換檢測(cè)到它們輸出的模擬量。通過(guò)ADC0809芯片的IN3～I(xiàn)N7端口，轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，D0～D7作為數(shù)據(jù)輸出端口，連接至單片機(jī)的P0口進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。

　　燈管亮度分為四個(gè)檔位(以最佳光度為準(zhǔn)，不影響人的眼睛為前提)：

　　1檔：檢測(cè)到室內(nèi)光線充足時(shí)，開啟中間一盞LED燈，此時(shí)房間燈管亮度為最低。

　　2檔：檢測(cè)到室內(nèi)光線不充足時(shí)，同時(shí)開啟中間一排三盞LED燈管，此時(shí)教室燈管亮度為適中。

　　3檔：此時(shí)檢測(cè)到室內(nèi)光線明顯不足，同時(shí)開啟四盞LED燈管，此時(shí)教室燈管亮度為較大。

　　4檔：此時(shí)檢測(cè)到教室內(nèi)光線很暗，同時(shí)開啟五盞LED燈管，此時(shí)教室燈管亮度為最大。

　　2.3 溫度控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速(及空調(diào)制冷溫度)模塊

　　利用單片機(jī)的P1.3口控制DSl8B20，將實(shí)時(shí)采集到的溫度與單片機(jī)軟件設(shè)置的數(shù)值做對(duì)比，并用P1.7口控制三極管8550的導(dǎo)通和截止，實(shí)現(xiàn)了用刪控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，讓風(fēng)扇在不同的溫度下有不同的檔位的變化，系統(tǒng)中LED1，LED2，LED3分別是第一檔、第二檔、第三檔風(fēng)速的顯示標(biāo)志。

　　2.4 溫度顯示模塊

　　本模塊使用74HC595作為數(shù)碼的段選驅(qū)動(dòng)，用兩個(gè)P3.2、P3.1口作為數(shù)碼管的位選，74HC595使移位寄存器具有串行輸入、并行輸出的作用，只要三個(gè)I/O口就可以控制它。通過(guò)P1.4作為數(shù)據(jù)串行輸入控制端，P1.5作為串行輸入時(shí)鐘控制端，P1.6作為并行輸出鎖存控制端。整個(gè)模塊用了五個(gè)I/O來(lái)控制其溫度傳感器的溫度顯示。

　　2.5 報(bào)警模塊

　　本模塊用一個(gè)8550三極管PNP作為蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，當(dāng)b極低電平時(shí)三極管導(dǎo)通蜂鳴器的負(fù)極接到地，蜂鳴器工作發(fā)出聲音。當(dāng)b極為高電平時(shí)三極管不導(dǎo)通，蜂鳴器不工作。b極連接一個(gè)開關(guān)作為報(bào)警模式的啟動(dòng)與關(guān)閉切換。通過(guò)單片機(jī)的P2.7口控制其發(fā)出報(bào)警聲音，當(dāng)有小偷入侵時(shí)蜂鳴器發(fā)出連續(xù)的報(bào)警聲，當(dāng)溫度太高或發(fā)生火災(zāi)時(shí)蜂鳴器長(zhǎng)鳴以提醒樓宇人員。
　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　本軟件系統(tǒng)分為光度采集模塊、人體感應(yīng)模塊和溫控風(fēng)扇模塊三部分，流程圖如圖4所示。

　　3.1 光度采集模塊的軟件設(shè)計(jì)

　　通過(guò)ADC0809的芯片引腳介紹可以知道ADC0809的CLK時(shí)鐘端口，需要由外界提供，使用頻率為500 kHz的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。單片機(jī)晶振頻率為12MHz，那么單片機(jī)的ALE端口輸出脈沖為它的1/6為2 MHz，同時(shí)利用74LSll2觸發(fā)器，可將2 MHz四分頻得到一個(gè)輸出約為500 kHz的頻率，提供給ADC0809的CLK端口。由ADC0809的EOC端口知道，EOC=0，正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換;EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束，所以使用查詢方式，等待查詢EOC端口一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束，通知單片機(jī)，倘若轉(zhuǎn)換結(jié)束，ADC0809的D7～D0數(shù)據(jù)輸出信號(hào)至單片機(jī)的PO的I/0口。

　　3.2 人體感應(yīng)模塊的軟件設(shè)計(jì)

　　由于人體感應(yīng)模塊的硬件電路設(shè)計(jì)的接口只有一個(gè)跟單片機(jī)通訊，當(dāng)有觸發(fā)時(shí)為高電平，不觸發(fā)的時(shí)候?yàn)榈碗娖剑栽谲浖O(shè)計(jì)中可以用兩種方法，第一種是中斷方式，需加反相器處理，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的外部中斷為低電平觸發(fā)或者下降沿觸發(fā);第二種是查詢法，通過(guò)單片機(jī)I/0口查尋接口的電平即可。為了降低成本，本系統(tǒng)用了查詢法。

　　3.3 溫度控制風(fēng)扇模塊的軟件設(shè)計(jì)

　　由于采用了DSl8B20單總線的通訊協(xié)議方式，所以軟件模塊主要通過(guò)操作單片機(jī)I/O口的高低電平遵循芯片的通訊時(shí)序圖來(lái)操作，具體參考附件的DSl8B20.H頭文件的軟件設(shè)計(jì)。通過(guò)P1.3口數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，然后作為風(fēng)扇風(fēng)速檔次的選擇。風(fēng)扇的風(fēng)速通過(guò)調(diào)制不同的PWM來(lái)控制，通過(guò)拉高拉低IO口電平來(lái)控制三極管的導(dǎo)通與截止控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

　　4 總結(jié)

　　采用單片機(jī)為控制器，用熱釋人體紅外和溫度傳感系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)室內(nèi)有無(wú)人員及室內(nèi)溫度，設(shè)計(jì)了一個(gè)智能溫控風(fēng)扇及照明控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以根據(jù)室內(nèi)的溫度來(lái)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制風(fēng)扇的開關(guān)及風(fēng)扇的檔位;并且根據(jù)室內(nèi)的光線和是否有人來(lái)控制燈管的照明;用蜂鳴器作為報(bào)警源，如果啟動(dòng)報(bào)警模式，當(dāng)檢測(cè)到其區(qū)域內(nèi)有人就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)溫度超過(guò)一定范圍也啟動(dòng)長(zhǎng)鳴報(bào)警聲。能夠達(dá)到智能控制和節(jié)能以及安防的目的，尤其適用于學(xué)校教室、圖書館、樓道照明燈場(chǎng)所。