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)問題日趨嚴(yán)峻， 尤為顯著的是，中國眾多的學(xué)校、各行業(yè)的辦公場所等大場所的照明用電問題。目前，人們對節(jié)能的要求隨著對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

專利號為 CN101562930A 的專利中說到，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。

專利號為 CN102711325A 的專利通過在燈具上嵌入光敏感應(yīng)器來探測現(xiàn)場的光照度強(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。

專利號為CN103857123A的專利與專利號為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)到人來燈亮，人走燈滅的智能控制效果，并把區(qū)域小化，無需以相互間的通信來進(jìn)行控制。同時(shí)也解決了布局比較極限的問題，可以根據(jù)公共場所的光照度強(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、光照探測模塊和繼電器模塊通過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。

核心控制模塊通過一高電平信號控制光照探測模塊的探測模式開啟，光照探測模塊根據(jù)室內(nèi)光照度的強(qiáng)弱來控制光照探測模塊的開關(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。

核心控制模塊通過一高電平信號控制所述紅外感應(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模塊和紅外感應(yīng)模塊的開啟和關(guān)閉電信號，通過所述核心控制模塊送出的高電平來控制照明系統(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，操作簡單，性能穩(wěn)定、高效。

3.2 光照探測模塊

核心控制模塊通過一高電平信號控制所述光照探測模塊的探測模式開啟，所述核心控制模塊給一個(gè)高電平讓其工作在探測模式下，通過室內(nèi)光照度的強(qiáng)弱來控制光照探測模塊的開或關(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的信號 ；當(dāng)兩者的信號同時(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)），否則所述光照探測模塊將一直工作在探測模式，直到光照強(qiáng)度小于 300 lx 時(shí)再傳送信號到核心模塊等待處理。其光照強(qiáng)度探測電路如圖 3所示。

3.2 紅外感應(yīng)模塊

核心控制模塊通過高電平信號控制紅外感應(yīng)模塊的探測模式開啟，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）的到來。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模塊和紅外感應(yīng)模塊的電信號， 通過核心控制模塊送出的高電平來控制照明系統(tǒng)的開啟或關(guān) 閉。具體的工作方式 ：當(dāng)光照探測模塊和紅外感應(yīng)模塊都接 受到信號后，將信號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、光照探測模塊、繼電器控制模塊組成， 通過多個(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、 光照探測模塊分別檢測人體紅外線和光照強(qiáng)度。這兩個(gè)模塊 將檢測到的信號實(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（光照探測器檢測到的光照強(qiáng)度小于 300 lx，紅外感應(yīng)器檢測到人的存在）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

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所所屬機(jī)構(gòu) 減少了經(jīng)濟(jì)開支，同時(shí)為國家在節(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。