基于多探测传感器的智能灯控系统

基于多探测传感器的智能灯控系统摘要：针对目前高校等公共场所照明用电浪费严重的问题，设计了一个智能灯控制系统。以AT89S52单片机作为主控，利用光强检测模块、声强检测模块、步进电机旋转热释电红外传感器模块构成了多方式探测系统。该系统创新性地利用多传感器互补探测，辅以步进电机旋转实现热释电红外传感器的动态检测。经电路调试，证明该方案可行，具有较高的实用价值。关键词：单片机；光强检测；声强检测；步进电机；热释电红外传感器随着各类大、中专院校的扩招，教室扩建、照明设备需要急剧增加，而由于管理的不到位以及照明系统本身的局限性，往往造成电能的巨大浪费。传统的灯控系统一般是基于声或光控制，存在检测方式单一、不够灵敏、精度不高、范围低等缺陷，经常会有电能的浪费。因而，设计一个智能灯控系统很有必要。依据节能、环保的要求，设计出基于多探测传感器的智能灯控系统，可以大大提高灯控系统的可靠性、探测能力，特别适用于高校教室、楼道等公共场合，实现灯控的智能化，从而节约电能、环保，方便管理，具有重要的现实意义。1系统结构和工作原理1．1系统结构本系统主要以单片机总控制为核心，由微弱声音放大检测、可见光检测、步进电机旋转热释电红外传感器、A／D转换、液晶显示等模块以及控制电路组成。系统框图如图1所示。1．2工作原理本系统以单片机AT89S52为核心，采用光照检测、声控以及步进电机旋转热释电红外等传感器进行环境探测。系统首先启动可见光模块，通过光一流一压转换后，经过A／D转化为数字量并通过液晶显示。若是电压较小，说明了亮度不够，则继续检测声音。若是声音较大，则在短时间内调用步进电机模块，检测是否有人；否则，每隔15min定时检测。因为在实际过程中，设置声光的阈值都缺乏直观性，所以使用液晶电压显示进行判断。光、声的阈值可以根据不同地方的实际情况通过软件进行调整。2硬件设计2．1微弱声音放大检测模块从麦克风接收到信号后由三极管9013初次放大，然后由集成放大器LM324的两级放大，得到交流电压。由于模数转换时需要直流电压值，所以再通过万用表交直流转换电路，选用整流芯片AD736，使用单电压供电低阻抗电路。当被测交流电压超过200mV时，必须在AD736前加一级分压器。经过交直流转换的电路之后，V0输出相对比较微弱，所以经过LM324进行放大，最后的输出能够达到理想值。该模块如图2所示。2．2可见光检测模块可见光检测模块采用LX1970作为核心芯片。LX1970是美国微型半导体(Microsemi)公司推出的一种能实现人眼仿真的集成化可见光亮度传感器。该模块采用测量白光亮度电路(如图3)。利用src端输出光-流转换的结果，然后实现流压转换。该芯片性能稳定，灵敏度极高。2．3步进电机旋转热释电红外传感器热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。本设计所采用的是PIR热释电传感器，安装有菲涅尔透镜，感应距离7m，感应角度110°。具有全自动感应、光敏控制、两种触发方式(不可重复触发方式，可重复触发方式)、灵敏度高、微功耗等特点。当人进入其感应范围，则输出高电平，人离开感应范围，则自动延时关闭高电平，输出低电平。但是该热释电红外传感器只能检测到动态，所以对于长时间处于相对静态的存在无法检测的缺陷。热释电红外传感器前置放大电路如图4所示。为此，采用了步进电机模块。设计中，将热释电红外和步进电机固定一起。单片机P1．0～P1．3口分别经过74LS14双上升沿D触发器电平转换后，通过芯片ULN2003驱动步进电机旋转(电路设计如图5)，从而可以旋转热释电红外传感器，检测到静态。2．4其他硬件模块系统电源模块：硬件电路中多次利用+5V、-5V电压，为供电方便，使用芯片ICL7660，将+5V电压改变为-5V电压。液晶显示模块：采用1602字符型液晶显示屏，将单片机输出的光、声电压值显示在屏上，便于设定光、声的阈值。数据端和单片机P0口相连。控制端RS、R／W、E分别与P2．4、P2．5、P2．6口相连。模数转换模块：本模块选用Philips公司的PCF8591芯片作为核心元件，它是一种具有I2C总线接口的8位A／D、D／A转换芯片，在与CPU的信息传输过程中仅靠时钟线SCL和数据线SDA就可以实现。PCF8591为单一电源供电(2．5～6V)典型值为5V，CMOS工艺。该芯片有4路8位A／D输入，属逐次比较型，内含采样保持电路；1路8位D／A输出，内含有DACPCF8591的A／D转换为逐次比较型，在A／D转换周期中借用DAC及高增益比较器。3软件设计当有光(自然光)时，不管教室是否有人和声响，都将关闭电源，所有灯具不会点亮。当无光(自然光)时，若有人或者附近有异常声响时，则在短时间内旋转步进电机，使用红外热释电模块检测是否有人：若无声音，则不开启(动态检测)。经过可调整的时间后定时旋转步进电机，进行检测(静态检测)。流程图如图6、7所示。4结束语本课题主要是针对高校教学楼照明管理中电能浪费的现象，设计了基于模拟人眼视觉可见光传感、声传感及热释电红外(静、动态双模式)传感实现综合检测与灯控功能。从而大大提高灯控系统的可靠性和探测能力。整个灯控系统是由一个主控中心、多个分控中心和更多单元节点组成的多层网络。该系统特别适用于学校教室、楼道和其他公共场所。实验证明，该系统安装方便、工作稳定、可靠性高，是一种较高实用价值的智能灯控制系统。此外，本课题在研究具体的节点设计以外，通过设计其网络特性，可与物联网的发展融合，具有良好的扩展性。