LED教室走廊智能燈的控制系統(tǒng)設(shè)計

安新艷

【摘要】針對傳統(tǒng)人工管理教室走廊的照明系統(tǒng)的不便，造成人力和能源的浪費，本文設(shè)計了一款以低功耗的STC89C52RC單片機(jī)為主控部件，采用光控傳感器和聲控傳感器相結(jié)合的控制電路，實現(xiàn)了智能化管理，及時的打開和關(guān)閉LED燈，既滿足了有人通過時的照明需求，又解決了因未及時關(guān)燈而造成的能源浪費。

【關(guān)鍵詞】智能化;光電檢測模塊;聲控傳感器模塊;繼電器

由于教室的分布比較廣，學(xué)生的人數(shù)比較多，在教室走廊的照明系統(tǒng)的管理當(dāng)中，傳統(tǒng)的方法是統(tǒng)一管理，當(dāng)教室絕對沒人時走廊燈滅，只要有一人在燈就常亮，不能根據(jù)使用的要求及時地關(guān)燈，造成能源的浪費。

本設(shè)計以低功耗的STC89C52RC單片機(jī)為主控部件，采用光電傳感器和聲控傳感器相結(jié)合的控制電路，實現(xiàn)當(dāng)背景光線達(dá)到設(shè)定的閾值時，不管是否有人通過發(fā)出聲音燈都不會亮;當(dāng)背景光線達(dá)不到設(shè)定的閾值時，如果無人通過時則燈不亮，當(dāng)有人通過發(fā)出聲音時燈亮，人離開以后，延時一段時間燈滅，既滿足了有人通過時的照明需求，又解決了因未及時關(guān)燈而造成的能源浪費。

1.傳感器介紹

本文根據(jù)需求使用了光控和聲控兩個傳感器。

1.1 光控傳感器--光敏電阻的工作原理

光敏電阻是由半導(dǎo)體光敏材料構(gòu)成，對光照特別敏感，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時，它的導(dǎo)電性能增強(qiáng)，電阻值降低;當(dāng)半導(dǎo)體材料受到的光照變?nèi)鯐r，它的導(dǎo)電性能變?nèi)?，電阻值升?當(dāng)照射光消失后，光敏電阻的阻值恢復(fù)原值，在光敏電阻的兩端加上電壓，電阻的變化就引起流過光敏電阻的電流的變化，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。

1.2 聲控傳感器--咪頭的工作原理

聲控傳感器-咪頭可以檢測到物體發(fā)出的聲音產(chǎn)生的振動，從而檢測到物體的存在。我們選用的是駐極體全向咪頭6050。它內(nèi)部存在一個由振膜，墊片和極板組成的電容器，因為膜片上充有電荷，并且是一個塑料膜，因此當(dāng)膜片受到聲壓強(qiáng)的作用，膜片要產(chǎn)生振動，從而改變了膜片與極板之間的距離，從而改變了電容器兩個極板之間的距離，產(chǎn)生了一個距離的變化，故而引起一個電壓的變化，由于這個電壓的變化是由聲音振動引起的，因此完成了一個由聲信號到電信號的轉(zhuǎn)換。

2.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)以低功耗的STC89C52RC單片機(jī)為核心控制器，結(jié)合外部光控檢測模塊和聲控檢測模塊，繼電器開關(guān)模塊和實際的負(fù)載LED燈組成，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

圖1 LED教室走廊智能燈的控制系統(tǒng)框圖

2.1 電源模塊

電源電路由變壓器、整流橋、電容，穩(wěn)壓管等組成。先采用變壓器對220v市電進(jìn)行交流變壓、然后通過整流橋進(jìn)行整流，再通過電容濾波，最后再用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后獲得5V的穩(wěn)壓電源，為后面的光控檢測模塊電路，聲控檢測模塊電路，繼電器模塊提供低壓穩(wěn)壓電源。

2.2 光控檢測模塊

光電檢測模塊是三線制，有三個引腳分別為VCC（5V），GND，DO。具體的電路圖如圖2所示，由光敏電阻5516和電壓比較器LM393、電阻、二極管構(gòu)成。當(dāng)白天光照比較強(qiáng)時，光敏電阻的亮電流大約在5～10KΩ左右，相對比較小，分的電壓比較小，經(jīng)過電壓比較器的比較輸出低電平給單片機(jī)，反之當(dāng)夜晚光照比較弱時，光敏電阻的暗電阻大約在0.6MΩ左右，相對比較大，分的的電壓比較大，經(jīng)過電壓比較器的比較輸出高電平給單片機(jī)。

圖2 光控檢測模塊電路圖

2.3 聲控檢測模塊

聲控傳感器模塊是三線制，有三個引腳，分別為VCC（5V），GND，DO。具體的電路圖如圖3所示，由駐極體全向咪頭6050和電壓比較器LM393，可調(diào)電阻等構(gòu)成，通過咪頭感知聲音的振動，從而改變電壓比較器兩端的電壓，當(dāng)聲音的強(qiáng)度超過設(shè)定的閾值則電壓比較器輸出低電平，反之輸出高電平。

圖3 聲控檢測模塊電路圖

2.4 繼電器模塊

繼電器模塊采用了RM1LS繼電器控制模塊，是標(biāo)準(zhǔn)的1路繼電器控制模塊，采用低電平信號觸發(fā)，僅需5mA電流即可驅(qū)動控制能力為10A的繼電器吸合，性能穩(wěn)定，可廣泛使用在各種功率控制類場合。

該模塊的常開接口的最大負(fù)載交流250V/10A，直流30V/10A;采用大功率高耐壓三極管2907A，驅(qū)動能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定;觸發(fā)電流5mA;工作電壓5V;繼電器低電平吸合，模塊含有限流電阻;容錯設(shè)計，即使控制線斷，繼電器也不會動作。

（1）模塊控制端有3線接口，VCC/DC+：直流電源正極（5V）;GND/DC-：直流電源負(fù)極;CL1：繼電器1控制接口，低電平繼電器吸合。

（2）模塊輸出端有3線接口，NO1：繼電器常開接口，繼電器吸合前懸空，吸合后與COM1短接;COM1：繼電器公用接口;NC1：繼電器常閉接口，繼電器吸合前與COM1短接，吸合后懸空。

2.5 模擬實物連接電路圖

圖4為模擬控制電路實物連接電路圖，負(fù)載LED燈的220V電源端被斷開為A點和B點，分別接到繼電器的公共端和常開端。

在光線比較亮或者無人通過時單片機(jī)沒有檢測到有效信號，發(fā)給繼電器一個高電平，繼電器的公共端處于常開狀態(tài)，負(fù)載LED燈處于斷開不點亮;當(dāng)單片機(jī)接收到光控檢測模塊和聲控檢測模塊檢測到的有效電平時，將繼電器控制端設(shè)置為低電平，繼電器吸合則負(fù)載形成回路點亮。

圖4 模擬實物連接電路圖

3.軟件設(shè)計

在光電檢測到亮度大于設(shè)定的閾值時，不管有沒有檢測到聲音都不點亮LED燈;當(dāng)光電檢測到的亮度小于設(shè)定的閾值時，如果沒有檢測到聲音則不點亮LED燈，當(dāng)檢測到聲音則點亮LED燈。流程圖如圖5所示：

圖5 LED教室走廊智能燈的控制系統(tǒng)流程圖

4.結(jié)束語

經(jīng)過實驗證明，系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，結(jié)合光控檢測模塊和聲控檢測模塊，通過控制繼電器的吸合與斷開能夠很好地控制教室走廊LED燈的亮滅，還可以根據(jù)要求調(diào)節(jié)可變電阻來調(diào)節(jié)光電檢測模塊和聲控傳感器的靈敏度，安全可靠，高效節(jié)能。既節(jié)省了能源，又節(jié)約了人力，該系統(tǒng)有著實際的應(yīng)用價值，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]孫余凱，吳鳴山，項綺明.傳感器應(yīng)用電路300例[M].北京：電子工業(yè)出版社.

[2周海.智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2009.

[3]馮勇，楊旭.白光LED可控恒流源驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計[J].電器開關(guān)，2008（4）.

[4]賀一鳴，王崇貴，劉進(jìn)宇.智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（1）.

[5]張喜成.LED直流驅(qū)動電路設(shè)計新方法[J].國照明電路，2009（1）：33-34.

[6]陳永秘.LED及電子產(chǎn)品制作[J].鄭州：河南科學(xué)出版社，2010（7）.