灯光自动控制系统的设计及实现

近年来，各国经济持续高速发展，取得了显著的成果，然而，在社会发展的伟大进程中，人类社会的进步却越来越依赖于资源的开发与利用，与日俱增的能源需求和有限的资源数量之间形成了巨大的矛盾，能源短缺问题日益严峻，成为制约一个国家经济发展的“瓶颈”。

目前，室内灯光自动控制系统在国内外己经应用于不同场所，但仍受环境、产品成本及经济条件的限制，室内灯光的管理和控制方式仍显落后，以致教学楼、办公楼等场所电能浪费现象随处可见。同时，随着自动化程度的不断提高，灯光管理也应朝着自动化、智能化的方向发展[1]。于是，开发简便、实用的室内灯光自动控制系统便具有重要的现实意义。

1 系统组成

该系统现以AT89C52单片机作为控制核心，同时，还包括红外线人体探测电路、环境光强检测电路、按键控制电路、LCD液晶显示电路、灯光驱动电路、报警电路等其他外围电路，其硬件电路组成框图如图1所示。

图1 系统硬件电路组成

单片机采用超大规模集成电路技术，把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O接口、中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上，构成了一个小而完善的计算机系统，在工业控制领域内得到了广泛的应用[2]。

该系统以52单片机为核心，其他主要外围电路有:系统供电模块、硬件时钟模块、看门狗模块、定时器模块、灯光驱动模块、LCD液晶显示模块、环境光检测模块、EEPROM存储模块、人体红外检测模块、报警等模块。这些硬件模块受命于单片机主控中心，通过其命令执行该有的各项操作[3]。

整个系统的性能建立在各个模块的功能之上，它们各司其职，共同支撑着系统的运行。

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1）电源模块：为整个系统提供电源；

2）主控系统模块：是系统的CPU，控制系统各个命令的执行，对外界的要求作出判决和仲裁；

3）人红外人体检测模块：主要是探测室内到底是否有人体存在，需要通过人体存在信号采集电路来完成[4]；

4）环境光检测模块：感受自然光的强度，采集光信息，以便于系统及时控制灯光系统的关闭与否；

5）灯光驱动模块：在检测到外界光强很弱时，又有人体存在，需要自动打开灯光系统，就需要有驱动灯光启动的模块[5]；

③靳静：《反垄断法价格协同行为的认定研究——以艾司唑仑药品垄断案为例》，载《反垄断法》2016年第9期。

6）报警模块：检测提示用户系统是否正常工作；

人数检测主要器件为光电对管，它的电压值大小是检测人数的关键。当有人通过时，接收端收不到发射端产生的信号，电压为0 V，没有人时，接收端可以收到信号，电压为5 V，以此来识别是否有人进出。

按：《韵会》卷十二：“籞，说文禁苑也，……《后章纪注》：‘折竹以绳悬连之使人不得往来。’《前宣纪》：‘诏池籞本御幸者假与贫民。’”

按键开关中，FROCE表示特殊情况手动强制控制，MODE表示控制模式，有自动模式和手动模式两种，两种调节方式共同控制系统的合理化运行。

红外人数检测电路如图4所示，该电路通过使用两对红外对管，分别安装在门的内外两侧，来检测室内的人体数量，当外边一对先接收到有人体经过的信号时，说明有人进来，则人数计数器会加1，当里面的红外对管先接收到信号时，证明有人出去，人数减1，以此来达到检测人数的目的[7]。

2 硬件设计

2.1 单片机控制电路

首先设计出单片机控制的最小系统如图2所示。

图2 单片机最小系统

单片机最小系统中含有复位电路，复位时光强重新检测，人数显示为0，控制方式为自动控制。

2.2 光强检测电路

在自动控制模式中，光强度决定着灯光的开闭与否。当光强足够强时，灯光处于关闭状态，当光强度较弱且有人时，灯光就会打开。硬件仿真电路如图3所示。

图3 光强检测电路

2.3 红外人数检测电路

8）硬件时钟模块：根据室内灯光使用特性，该系统还应受到时间的限制，控制系统的时间应和人们作息时间相对应，还应具有掉电保护电路，保证系统的智能化运行[6]。

图4 人数检测电路

本电路采用HD-DS25CM-5MM的红外对管来实现硬件功能，它的感应距离是25 cm，感应方式为对射型（非透明物），最大工作电流可达10 MA，输出电流是100 mA，并且可直接驱动继电器[8]。其发射角度为直线红外光，接收角度一般小于10度，响应时间短，最长只需2 ms，工作温度范围在零下25度到60度之间，满足实际需求，性价比较高。

(2)每天对隧道洞内、地表观测点进行量测，以准确分析滑坡变形的趋势，为变形破坏提供预警，为滑坡治理提供准确的数据。

考查要点：(1)主要考查镁铝合金中某一成分含量的测定计算或实验的设计。(2)合金与酸反应后再与碱反应,求沉淀的最大量或耗碱量等。

2.4 按键控制电路

在实际生活中，在特殊情况下，需要手动控制室内灯光，用以达到用户的需求，故而需要按键开关来控制系统的运行，按键控制电路图如图5所示。

图5 按键控制电路

7）看门狗模块：外界无时无刻会干扰系统，所以有时会出现程序跑飞、死机甚至造成整机瘫痪等情况，为了恢复单片机的正常工作，只能采用重新复位的方式。因此应该在硬件设计中使用看门狗电路，能够产生复位信号给单片机，使系统复位重新执行程序；

室内电路或多或少的存在安全隐患，有些是电器设备原因，有些是人为操作的缘故，所以就需要报警电路警示用户用电安全[12]。报警电路如图7所示。

2.5 LCD显示电路

液晶显示是利用液晶的物理特性，通过控制电压显示区域，有电就可以显示出图形。液晶显示器厚度较薄，直接驱动，适用于大规模集成电路，目前已经被广泛应用在个人电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域[9]。

LCD 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示数字、字母及符号等的点阵型液晶显示模块[10]。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位构成，显示每个字符也只需要一个点阵字符位，每位点阵字符之间有一个点距的间隔，且每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用[11]。1602LCD显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16个字符。

根据电路功能需求，它需要显示当前光照强度，室内人体数目，以及系统的控制模式，LCD硬件电路连接如图6所示。

图6 LCD液晶显示电路

LCD 1602的3脚可以接电位器用来调节显示器频幕的亮度，D0-D7这8条数据线可以直接和单片机的P0口相连，通过读写端口来显示所需要的内容。

我正是来反映问题的。牛皮糖就站起来，从口袋里摸出了记者给他写的那个材料，还有自己写的个补充材料，一起交给了秘书。请赵书记为我做主。

2.6 报警电路

⑥焊接好的管段目视检查接口合格后应及时下管并调整管道位置，进行管道侧面及管顶回填，管顶覆沙厚度为60 cm，分层回填并用平板震动器夯实。

图7 报警电路

3 软件设计

在软件设计过程中，总体设计采用自顶而下的设计思想，先对系统运行的大体步骤有一个定义，便于主程序编写，同时在编程的过程中又用到了结构化程序设计思路[13]。

系统中的信号检测主要分为两路，一路是光敏传感器，用来检测室内的光线强弱；一路是红外传感，探测进入室内的人数[13]。两路信号同时检测，送给单片机集中处理，再将处理结果通过LCD显示器和室内灯光展现出来[14]。

根据室内开灯的合理条件，系统感应并识别到人体信号后，结合环境光信号进行智能判断，送入单片机控制中心处理，再由单片机对室内灯光状态进行控制[15]。

（2）本评价按机动抢险船水面以上净高4.5m考虑，要求电力线路距100年一遇设计洪水位最小距离不小于15.0m。电力线路沿线各档最大弧垂距20年一遇设计洪水距离，青甸洼蓄滞洪区内在17.36～45.26m之间，均大于15.0m，满足动力线安全输电要求。

整个系统软件设计流程图如图8所示。

系统的运行是按上述流程来实现的，其中手动控制模式下有8种场景模式，自动控制模式下，系统可根据室内的人数和自然光强进行灯光状态控制，用户根据需要来选择启用适合当前环境需求的控制模式[16]。

在寒冷的冬季，应做好保温工作，为牧区羊群的生长营造一个温暖的环境；在炎热的夏季，要做好通风换气工作，避免羊群脱水中暑。只有为牧区羊群的生长营造一个适宜的环境，才能为羊群的生长提供强有力的保障。同时，还应及时为羊群补充营养，很多饲料经过长时间存放后，由于环境潮湿，易出现发霉的现象，这些饲料要禁止继续使用。此外，在牧区羊群的饲料中可适当添加一些维生素，以提高羊群的免疫力，有效降低疫病的发生几率。

4 系统仿真

在仿真过程中，将灯光分成了4个区域，实现区域化控制，以避免电能浪费。同时，将光线强度分为3个等级，即特别暗、一般暗、比较亮。当有人体存在时，光线比较暗就会只开启中间的灯光；特变暗的时候，周围四个角落灯光也会亮起来；光线较强时，系统自动关闭灯光。

图8 软件设计流程图

通过软件仿真，系统实现了各个功能要求，在光线比较弱，且室内有人时，灯光自动打开，打开灯的数量在一定范围内和人数成正比；当光线很弱、且室内有人时，每个区域边缘的灯光也会打开，以适应不同的环境需求；当光线较强，不管有人否，灯光都会关闭。

5 结束语

经过软硬件互调，该系统实现了既定功能，即在室内没有人时，或者室内有人而在自然光强足够大，即光照强度超过预设限值时，系统自动关闭所有灯光。实际电路中红外人体检测电路将人数数量显示到显示屏，自动控制模式下，光线较弱且有人时，系统根据人数多少控制灯光的状态。该系统摒弃了传统手动灯光控制模式的缺点，集自动、节能、环保于一体，而且电路结构简单，成本较低，可靠性更强，具有较强的应用价值。

参考文献：

[1]周东辉，张鑫.基于单片机的室内照明控制系统设计[J].大众科技，2012，14（5）:43-44.

[2]王金，赵彬杉，吴小康，等.基于单片机的教室照明智能控制系统[J].湖南农机，2011，38（5）:57-58.

[3]伍世云，罗江，王益艳，等.基于单片机的高校教室照明节能智能控制系统的设计[J].电子设计工程，2016，24（23）:180-182.

[4]赵奇，王应南.室内新型照明灯具节能控制器的实现[J].露天采矿技术，2013（6）:50-52，54.

[5]云彩霞，刘林生，李丽芬.智能节电控制系统设计[J].煤炭技术，2013，32（2）:42-44.

[6]吕行，王晓丽.基于ARM单片机的室内照明控制系统设计[J].现代制造技术与装备，2015（6）:71-73.

[7]李伟.基于单片机红外线计数[J].电子技术与软件工程，2014（1）:124.

[8]李卫.加固显示器除雾电路设计[J].山西电子技术，2010（6）:4-6.

[9]金敏.多通道温湿度采集系统的研究与实现[J].贵阳学院学报：自然科学版，2012，7（2）:41-43.

[10]黄志刚，赵之赫.通用型1602LCD自定义字符的显示[J].电子世界，2013（22）:182.

[11]查剑林，李怀展，涂少鹏.相似材料模型湿度实时在线监控系统[J].测控技术，2015，34（4）:9-11，15.

[12]郭爱娇.家庭灯光智能化控制系统[J].数字技术与应用，2010，6（1）:135-136．

[13]祁学军.RS-485总线在智能灯光控制系统设计中的应用[J].科技风，2013，1（18）:91-93．

[14]姚紫阳.公共场所灯光无线智能监控系统的设计开发[J].产业与科技论坛，2013，12（24）:75-232．

[15]黄锦康.基于单片机的室内灯光照度控制系统设计与实现[J].黑龙江科学，2014，5（3）:37-38．

[16]熊伟，王芳，李岩.基于人工免疫系统和ZigBee的智能家居灯光控制系统的设计[J].照明工程学报，2012，23（3）:3-8．