基于紅外感應(yīng)技術(shù)的智能燈控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引 言

當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，各類能源浪費(fèi)問(wèn)題日趨嚴(yán)峻， 尤為顯著的是，中國(guó)眾多的學(xué)校、各行業(yè)的辦公場(chǎng)所等大場(chǎng)所的照明用電問(wèn)題。目前，人們對(duì)節(jié)能的要求隨著對(duì)照明要求的提高而不斷提高。但在談及節(jié)能上卻有一個(gè)地方被人們遺忘， 即我們國(guó)家眾多學(xué)校以及各行業(yè)的公共辦公區(qū)域，每年的耗能如此之大，浪費(fèi)之多，因此對(duì)學(xué)校以及各行業(yè)公共辦公區(qū)域的智能化控制管理是大勢(shì)所趨。

依據(jù)節(jié)能、環(huán)保的要求，設(shè)計(jì)出基于紅外感應(yīng)器的智能燈控系統(tǒng)，可以大大提高燈控系統(tǒng)的可靠性、探測(cè)能力，特別適用于各行業(yè)的公共辦公區(qū)域和高校等公共場(chǎng)所，實(shí)現(xiàn)燈控的智能化，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、方便管理等目的，該系統(tǒng)具有重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 現(xiàn)有技術(shù)分析

專利號(hào)為 CN101562930A 的專利中說(shuō)到，在建筑內(nèi)或者樓道內(nèi)設(shè)置若干控制節(jié)點(diǎn)和若干狀況采集節(jié)點(diǎn)，利用控制節(jié)點(diǎn)和采集節(jié)點(diǎn)之間的通信來(lái)智能控制照明系統(tǒng)。然而，此系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)不免有些繁瑣，布局麻煩，比較極限。

專利號(hào)為 CN102711325A 的專利通過(guò)在燈具上嵌入光敏感應(yīng)器來(lái)探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的光照度強(qiáng)弱，并以此控制照明系統(tǒng)的開啟或者關(guān)閉。此方案若加入光敏感應(yīng)器，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)光照度開啟或關(guān)閉照明系統(tǒng)；但是，在光照度低時(shí)，開啟了照明系統(tǒng)；然而在沒有人的情況下，造成的是另一種浪費(fèi)，也不能很好地進(jìn)行智能節(jié)能控制。

專利號(hào)為CN103857123A的專利與專利號(hào)為CN103763836 的專利中不免都提到智能、節(jié)能，其也在一定程度上達(dá)到了智能或節(jié)能的目標(biāo)，但有些使用比較繁瑣、極限，而有的是二次浪費(fèi)，故不能更好的達(dá)到控制效果。

由上述幾點(diǎn)可以清楚知道現(xiàn)有技術(shù)的不足之處：

(1) 在應(yīng)用時(shí)有些繁瑣，布局比較麻煩，而且有極限 ；

(2) 有的加入光敏感應(yīng)器，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)光照度開啟或關(guān)閉照明系統(tǒng)，但是，在光照度低時(shí)，開啟了照明系統(tǒng)，卻在沒人的情況下造成另一種浪費(fèi)，該方法也不能很好地進(jìn)行智能節(jié)能控制。

文中闡明了本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，可以達(dá)到人來(lái)燈亮，人走燈滅的智能控制效果，并把區(qū)域小化，無(wú)需以相互間的通信來(lái)進(jìn)行控制。同時(shí)也解決了布局比較極限的問(wèn)題，可以根據(jù)公共場(chǎng)所的光照度強(qiáng)弱以及人數(shù)多少而將區(qū)域中的照明系統(tǒng)適時(shí)開關(guān)，不造成二次浪費(fèi)現(xiàn)象，便于管理，方便人們更好的生活與工作。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

一種基于紅外感應(yīng)技術(shù)的智能燈控系統(tǒng)包括核心控制模塊、紅外感應(yīng)模塊、光照探測(cè)模塊、繼電器模塊和照明系統(tǒng)。其中，紅外感應(yīng)模塊、光照探測(cè)模塊和繼電器模塊通過(guò)電路與核心控制模塊連接通信 ；核心控制模塊、紅外感應(yīng)模塊、光照探測(cè)模塊和繼電器模塊整體與照明系統(tǒng)連接，并控制照明系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。

2.2 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)由核心控制模塊、紅外感應(yīng)模塊、光照探測(cè)模塊、繼電器模塊和照明系統(tǒng)組成。核心控制模塊內(nèi)還設(shè)有至少一個(gè)單片機(jī)和多個(gè)模塊，其中單片機(jī)和多個(gè)模塊由程序按順序控制光照探測(cè)模塊、紅外感應(yīng)模塊和繼電器模塊，最終控制照明系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉。

核心控制模塊通過(guò)一高電平信號(hào)控制光照探測(cè)模塊的探測(cè)模式開啟，光照探測(cè)模塊根據(jù)室內(nèi)光照度的強(qiáng)弱來(lái)控制光照探測(cè)模塊的開關(guān)。室內(nèi)的光照度一般在 300 lx 左右，當(dāng)?shù)陀谶@個(gè)值時(shí)，把一電信號(hào)返回到核心控制模塊，核心模塊間接控制其他模塊。

核心控制模塊通過(guò)一高電平信號(hào)控制所述紅外感應(yīng)模塊的感應(yīng)模式開啟，所述紅外感應(yīng)模塊根據(jù)感應(yīng)到的人體存在控制感應(yīng)模式關(guān)閉。

繼電器模塊接受光照探測(cè)模塊和紅外感應(yīng)模塊的開啟和關(guān)閉電信號(hào)，通過(guò)所述核心控制模塊送出的高電平來(lái)控制照明系統(tǒng)的開啟或關(guān)閉。其系統(tǒng)流程圖如圖 2 所示。

3 硬件電路設(shè)計(jì) 

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括核心控制模塊 ：80S51系列芯片；紅 外感應(yīng)模塊 ：HC--SR501 ；光照探測(cè)模塊 ：GY-302 BH1750 ； 繼電器模塊 ：四路繼電器模塊 ；照明系統(tǒng)。

3.1 核心控制模塊 

核心控制模塊控制著其余所有模塊，該模塊內(nèi)置至少一 個(gè)單片機(jī)和多個(gè)模塊，所述單片機(jī)和多個(gè)模塊由程序按順序 控制光照探測(cè)模塊、紅外感應(yīng)模塊、繼電器模塊，最終控制 照明系統(tǒng)正常工作。核心模塊由程序控制，程序控制各個(gè)端口 的高低電平，進(jìn)而控制各個(gè)子模塊的通斷電。實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊 組合通信，操作簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定、高效。

3.2 光照探測(cè)模塊

核心控制模塊通過(guò)一高電平信號(hào)控制所述光照探測(cè)模塊的探測(cè)模式開啟，所述核心控制模塊給一個(gè)高電平讓其工作在探測(cè)模式下，通過(guò)室內(nèi)光照度的強(qiáng)弱來(lái)控制光照探測(cè)模塊的開或關(guān)。室內(nèi)各地方的光照強(qiáng)度不同，但一般在 300 lx 左右。當(dāng)室內(nèi)光照度低于這個(gè)值時(shí)把這一電信號(hào)返回到核心控制模塊讓其跳到中斷，等待紅外傳感模塊傳來(lái)的信號(hào) ；當(dāng)兩者的信號(hào)同時(shí)滿足所需的條件（光照強(qiáng)度低于 300 lx，紅外傳感器探測(cè)到人的出現(xiàn)）時(shí)，核心模塊就轉(zhuǎn)而控制繼電器模塊工作（根據(jù)室內(nèi)低于 300 lx 的地方大小打開適合盞數(shù)的照明系統(tǒng)），否則所述光照探測(cè)模塊將一直工作在探測(cè)模式，直到光照強(qiáng)度小于 300 lx 時(shí)再傳送信號(hào)到核心模塊等待處理。其光照強(qiáng)度探測(cè)電路如圖 3所示。

3.2 紅外感應(yīng)模塊

核心控制模塊通過(guò)高電平信號(hào)控制紅外感應(yīng)模塊的探測(cè)模式開啟，給紅外感應(yīng)模塊送一高電平后，該模塊便工作在感應(yīng)模式下。因?yàn)槿梭w會(huì)發(fā)射出紅外線，只要紅外感應(yīng)模塊感應(yīng)到紅外線的存在，就可以感應(yīng)到人體存在，最終把信號(hào)傳輸?shù)胶诵哪K，之后跳到中斷，等待另一條件（光照強(qiáng)度低于300 lx 的信號(hào)）的到來(lái)。當(dāng)同時(shí)滿足所需條件（光照強(qiáng)度低于300 lx，紅外傳感器探測(cè)到人的出現(xiàn)）時(shí)，核心模塊就轉(zhuǎn)而控制繼電器模塊工作。否則紅外感應(yīng)模塊一直工作在感應(yīng)模式下。紅外感應(yīng)模塊電路如圖 4 所示。

3.4 繼電器模塊 

繼電器模塊接受光照探測(cè)模塊和紅外感應(yīng)模塊的電信號(hào)， 通過(guò)核心控制模塊送出的高電平來(lái)控制照明系統(tǒng)的開啟或關(guān) 閉。具體的工作方式 ：當(dāng)光照探測(cè)模塊和紅外感應(yīng)模塊都接 受到信號(hào)后，將信號(hào)傳回核心控制模塊進(jìn)行處理。當(dāng)這兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，核心模塊根據(jù)傳回的光照強(qiáng)度與 300 lx 作 對(duì)比，然后發(fā)出控制繼電器工作的指令，讓一路繼電器或兩路 繼電器工作，抑或讓更多的繼電器一起工作。從而控制了一路、 兩路或更多路的照明工具工作。這就可以智能調(diào)節(jié)一個(gè)房間或 公共區(qū)域的照明，將其調(diào)節(jié)為一個(gè)合適的數(shù)值，使得室內(nèi)的光 線不會(huì)太弱或太強(qiáng)，方便人們更好的工作和生活。四路繼電器 控制電路如圖 5 所示。

3.6 實(shí)施方案 

本系統(tǒng)是一種基于紅外感應(yīng)技術(shù)的智能燈控系統(tǒng)，由核 心模塊、紅外感應(yīng)模塊、光照探測(cè)模塊、繼電器控制模塊組成， 通過(guò)多個(gè)模塊組合通信完成整個(gè)系統(tǒng)的控制。紅外感應(yīng)模塊、 光照探測(cè)模塊分別檢測(cè)人體紅外線和光照強(qiáng)度。這兩個(gè)模塊 將檢測(cè)到的信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸給核心模塊，并等待核心模塊的處 理。當(dāng)同時(shí)滿足兩個(gè)條件（光照探測(cè)器檢測(cè)到的光照強(qiáng)度小于 300 lx，紅外感應(yīng)器檢測(cè)到人的存在）時(shí)，核心模塊便發(fā)出控 制繼電器工作的命令，由繼電器的通斷控制照明工具的通斷。 

4 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)是一種基于紅外感應(yīng)技術(shù)的智能燈控系統(tǒng)，其原 理是把一個(gè)公共大區(qū)域劃分為若干小區(qū)域，一套設(shè)備管理兩 到三盞燈，小化后可以更加精準(zhǔn)的控制室內(nèi)的照明系統(tǒng)，改善 各大高校及眾多公共辦公場(chǎng)所人工管理冗繁的狀況。并且本系 統(tǒng)著重解決校內(nèi)及各大公共場(chǎng)所的照明控制，補(bǔ)充人力管理的 缺陷，智能調(diào)節(jié)光照度，為各大高校及公共辦公場(chǎng)所所屬機(jī)構(gòu) 減少了經(jīng)濟(jì)開支，同時(shí)為國(guó)家在節(jié)能減排方面做出了貢獻(xiàn)，讓 人們能在更好的條件下生活和工作。