紅外智能LED臺燈的研究與設計

黃孝康等

摘 要：該設計研究的目的是通過熱釋電紅外傳感器和光敏傳感器采集人體紅外和光強等信息，并通過BISS0001信號處理模塊和光控燈模塊做相應的處理，最終實現(xiàn)智能控制LED臺燈。研究的范圍包括人體紅外、光強等信號的采集和處理，STC89C51單片機編程，繼電器控制等。在硬件設計上采用模塊化設計，先對每個模塊進行單獨測試，然后組裝起來調試；在軟件設計上采用自下而上的模塊化編程方法，LCD液晶實時顯示當前的日期、時間和溫度等信息。最終實現(xiàn)非接觸式智能控制LED臺燈并實時顯示當前的相關信息。

關鍵詞：傳感器 紅外智能 非接觸式LED臺燈

中圖分類號：TN98 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0005-02

Abstract：The design of this study was designed to collect relevant data by pyroelectric infrared sensors and light sensors，and handled accordingly by BISS0001 signal processing module and the lamp light control module，and ultimately achieve intelligent control LED lamp. Scope of the study included the collection and processing of human infrared light and strong signal，STC89C51 microcontroller programming，relay control.In hardware design using a modular design，the first test for each module separately and then assembled debugging； modular programming methods in software design using a bottom-up，LCD liquid crystal display the current date，time and temperature information. Contactless smart ultimate control and real-time display LED lamp current information.

Key Words： Sensor； Intelligent Infrared；Gradient LED lamps

智能家居[1]是以住宅為平臺安裝有智能家居系統(tǒng)，使家庭生活更加安全，節(jié)能，智能和舒適。其中照明系統(tǒng)[2]是不可或缺的一部分，普通臺燈只有開和關兩種狀態(tài)，不能自動的調節(jié)光線；而LED[3]智能臺燈的設計能夠很方便的應用到智能家居中，方便人們進出房間，它能夠根據(jù)人體和光線的強弱來智能控制家庭里面的各種燈具。本設計實現(xiàn)的功能是當人進入到熱釋電紅外傳感器檢測范圍內時，信號處理電路檢測到高電平信號，使繼電器吸合，同時如果光線比較暗，光敏電阻阻值變大使另一路繼電器吸合LED燈點亮，如果光線繼續(xù)變暗則通過光控燈模塊使LED燈逐漸變得更亮，若光線外界光線比較強LED燈就自動逐漸熄滅。當人體離開熱釋電紅外傳感器檢測范圍之內的時候，即使環(huán)境光線再暗LED燈也不會工作。同時LED臺燈電路中LCD1602顯示屏可以實時顯示當前的日期、時間、星期和溫度等。

1 總體硬件系統(tǒng)設計方案

該系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大系統(tǒng)組成，硬件系統(tǒng)由電源模塊[4]、紅外信號處理模塊、光控燈模塊、繼電器控制模塊、單片機系統(tǒng)模塊、實時顯示時鐘模塊、溫度感應模塊、LCD液晶顯示模塊8個小模塊構成。供電模塊主要是為整個裝置提供電源能量，圖1為總體硬件系統(tǒng)設計圖。

2 軟件系統(tǒng)設計

2.1 中斷時鐘流程圖

在中斷查詢中，當有中斷請求時，將及時進行現(xiàn)場保護、斷點保護和定時器賦初值，并開定時器便于計數(shù)且賦值50000。當中斷進行20次剛好1秒，秒計數(shù)60時便向分進位，當分計數(shù)60時向時進位，當時計到24時清零及恢復現(xiàn)場。中斷服務程序流程圖如圖2所示。

2.2 溫度子程序流程圖

開始進入初始化DS18B20，通過主機拉低單線產生復位脈沖然后釋放該線，如果有應答脈沖及發(fā)起ROM命令，當成功執(zhí)行后，就使用內存操作命令即溫度轉換等，當轉換完后，又初始化DS18B20看是否有應答脈沖，若有，就發(fā)起讀時隙命令，既同時讀出第1，2個字節(jié)，即為溫度的數(shù)據(jù)。溫度顯示流程圖如圖3所示。

2.3 實時顯示程序流程圖

開始當日和星期從1開始，看星期是否加到7，若加到了7，就返回到1，若沒就返回到時鐘狀態(tài)，當日加到相應的最大數(shù)時，月份就相應的加1，看月份是否加到了13，若沒到就一直等待，若到了13就返回1，且年份就加1，當年份到2099時就清到2005年，若沒到就一直等待，直到2099為止。實時顯示程序流程圖如圖4所示。

3 方案難點及關鍵技術

3.1 方案難點

（1）傳感器采集的信號比較微弱，須經過放大等各種處理。

（2）光控和熱釋電紅外傳感器的感應距離和靈敏度的設定、測量與分析。

3.2 關鍵技術

（1）通過熱體輻射的紅外線和外界光線的強弱來智能控制LED臺燈。

（2）熱釋電紅外傳感器模塊電路對紅外信號的處理方法，同時光敏三極管和紅外傳感器檢測的信號必須配合繼電器使用。

（3）軟件設計中，多個中斷同時使用且相互之間不會產生影響。

4 系統(tǒng)的測試結果分析

（1）能夠較靈敏的通過感應人體和外界光線的強弱控制LED燈的逐漸亮滅，實現(xiàn)了智能控制；

（2）紅外感應距離為0～6 m，光敏三極管較明顯的感應距離設定為30 cm左右，也可以根據(jù)需要靈活設定，并且能實時顯示當前的時間和溫度；

（3）通過與普通白熾燈和節(jié)能燈作對比發(fā)現(xiàn)LED燈光線比較柔和，能夠很好的保護視力，且節(jié)能效果也很好。

5 結語

該系統(tǒng)針對的照明設備是一般家庭的生活必需品，熱釋電紅外探測器的距離是6 m左右且距離可調，用戶可以根據(jù)自己的實際情況進行距離調節(jié)。該系統(tǒng)可以用于走廊照明、臺燈、室外路燈等。本設計方便了生活，達到了智能控制和節(jié)能的目的，可以廣泛用于學習、生活和工作之中，具有一定的使用價值和市場前景。

參考文獻

[1] 周洪，胡文山，張立明，等.智能家居控制系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 張岳軍，吳明光.智能照明系統(tǒng)控制網(wǎng)絡的研究[J].照明工程學報，2004（4）：16-19.

[3] 楊恒.LED照明驅動電路設計與實例精選[M].北京：中國電力出版社，2008.

[4] 華成英，童詩白.模擬電子技術基礎[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.endprint

摘 要：該設計研究的目的是通過熱釋電紅外傳感器和光敏傳感器采集人體紅外和光強等信息，并通過BISS0001信號處理模塊和光控燈模塊做相應的處理，最終實現(xiàn)智能控制LED臺燈。研究的范圍包括人體紅外、光強等信號的采集和處理，STC89C51單片機編程，繼電器控制等。在硬件設計上采用模塊化設計，先對每個模塊進行單獨測試，然后組裝起來調試；在軟件設計上采用自下而上的模塊化編程方法，LCD液晶實時顯示當前的日期、時間和溫度等信息。最終實現(xiàn)非接觸式智能控制LED臺燈并實時顯示當前的相關信息。

關鍵詞：傳感器 紅外智能 非接觸式LED臺燈

中圖分類號：TN98 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0005-02

Abstract：The design of this study was designed to collect relevant data by pyroelectric infrared sensors and light sensors，and handled accordingly by BISS0001 signal processing module and the lamp light control module，and ultimately achieve intelligent control LED lamp. Scope of the study included the collection and processing of human infrared light and strong signal，STC89C51 microcontroller programming，relay control.In hardware design using a modular design，the first test for each module separately and then assembled debugging； modular programming methods in software design using a bottom-up，LCD liquid crystal display the current date，time and temperature information. Contactless smart ultimate control and real-time display LED lamp current information.

Key Words： Sensor； Intelligent Infrared；Gradient LED lamps

智能家居[1]是以住宅為平臺安裝有智能家居系統(tǒng)，使家庭生活更加安全，節(jié)能，智能和舒適。其中照明系統(tǒng)[2]是不可或缺的一部分，普通臺燈只有開和關兩種狀態(tài)，不能自動的調節(jié)光線；而LED[3]智能臺燈的設計能夠很方便的應用到智能家居中，方便人們進出房間，它能夠根據(jù)人體和光線的強弱來智能控制家庭里面的各種燈具。本設計實現(xiàn)的功能是當人進入到熱釋電紅外傳感器檢測范圍內時，信號處理電路檢測到高電平信號，使繼電器吸合，同時如果光線比較暗，光敏電阻阻值變大使另一路繼電器吸合LED燈點亮，如果光線繼續(xù)變暗則通過光控燈模塊使LED燈逐漸變得更亮，若光線外界光線比較強LED燈就自動逐漸熄滅。當人體離開熱釋電紅外傳感器檢測范圍之內的時候，即使環(huán)境光線再暗LED燈也不會工作。同時LED臺燈電路中LCD1602顯示屏可以實時顯示當前的日期、時間、星期和溫度等。

1 總體硬件系統(tǒng)設計方案

該系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大系統(tǒng)組成，硬件系統(tǒng)由電源模塊[4]、紅外信號處理模塊、光控燈模塊、繼電器控制模塊、單片機系統(tǒng)模塊、實時顯示時鐘模塊、溫度感應模塊、LCD液晶顯示模塊8個小模塊構成。供電模塊主要是為整個裝置提供電源能量，圖1為總體硬件系統(tǒng)設計圖。

2 軟件系統(tǒng)設計

2.1 中斷時鐘流程圖

在中斷查詢中，當有中斷請求時，將及時進行現(xiàn)場保護、斷點保護和定時器賦初值，并開定時器便于計數(shù)且賦值50000。當中斷進行20次剛好1秒，秒計數(shù)60時便向分進位，當分計數(shù)60時向時進位，當時計到24時清零及恢復現(xiàn)場。中斷服務程序流程圖如圖2所示。

2.2 溫度子程序流程圖

開始進入初始化DS18B20，通過主機拉低單線產生復位脈沖然后釋放該線，如果有應答脈沖及發(fā)起ROM命令，當成功執(zhí)行后，就使用內存操作命令即溫度轉換等，當轉換完后，又初始化DS18B20看是否有應答脈沖，若有，就發(fā)起讀時隙命令，既同時讀出第1，2個字節(jié)，即為溫度的數(shù)據(jù)。溫度顯示流程圖如圖3所示。

2.3 實時顯示程序流程圖

開始當日和星期從1開始，看星期是否加到7，若加到了7，就返回到1，若沒就返回到時鐘狀態(tài)，當日加到相應的最大數(shù)時，月份就相應的加1，看月份是否加到了13，若沒到就一直等待，若到了13就返回1，且年份就加1，當年份到2099時就清到2005年，若沒到就一直等待，直到2099為止。實時顯示程序流程圖如圖4所示。

3 方案難點及關鍵技術

3.1 方案難點

（1）傳感器采集的信號比較微弱，須經過放大等各種處理。

（2）光控和熱釋電紅外傳感器的感應距離和靈敏度的設定、測量與分析。

3.2 關鍵技術

（1）通過熱體輻射的紅外線和外界光線的強弱來智能控制LED臺燈。

（2）熱釋電紅外傳感器模塊電路對紅外信號的處理方法，同時光敏三極管和紅外傳感器檢測的信號必須配合繼電器使用。

（3）軟件設計中，多個中斷同時使用且相互之間不會產生影響。

4 系統(tǒng)的測試結果分析

（1）能夠較靈敏的通過感應人體和外界光線的強弱控制LED燈的逐漸亮滅，實現(xiàn)了智能控制；

（2）紅外感應距離為0～6 m，光敏三極管較明顯的感應距離設定為30 cm左右，也可以根據(jù)需要靈活設定，并且能實時顯示當前的時間和溫度；

（3）通過與普通白熾燈和節(jié)能燈作對比發(fā)現(xiàn)LED燈光線比較柔和，能夠很好的保護視力，且節(jié)能效果也很好。

5 結語

該系統(tǒng)針對的照明設備是一般家庭的生活必需品，熱釋電紅外探測器的距離是6 m左右且距離可調，用戶可以根據(jù)自己的實際情況進行距離調節(jié)。該系統(tǒng)可以用于走廊照明、臺燈、室外路燈等。本設計方便了生活，達到了智能控制和節(jié)能的目的，可以廣泛用于學習、生活和工作之中，具有一定的使用價值和市場前景。

參考文獻

[1] 周洪，胡文山，張立明，等.智能家居控制系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 張岳軍，吳明光.智能照明系統(tǒng)控制網(wǎng)絡的研究[J].照明工程學報，2004（4）：16-19.

[3] 楊恒.LED照明驅動電路設計與實例精選[M].北京：中國電力出版社，2008.

[4] 華成英，童詩白.模擬電子技術基礎[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.endprint

摘 要：該設計研究的目的是通過熱釋電紅外傳感器和光敏傳感器采集人體紅外和光強等信息，并通過BISS0001信號處理模塊和光控燈模塊做相應的處理，最終實現(xiàn)智能控制LED臺燈。研究的范圍包括人體紅外、光強等信號的采集和處理，STC89C51單片機編程，繼電器控制等。在硬件設計上采用模塊化設計，先對每個模塊進行單獨測試，然后組裝起來調試；在軟件設計上采用自下而上的模塊化編程方法，LCD液晶實時顯示當前的日期、時間和溫度等信息。最終實現(xiàn)非接觸式智能控制LED臺燈并實時顯示當前的相關信息。

關鍵詞：傳感器 紅外智能 非接觸式LED臺燈

中圖分類號：TN98 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0005-02

Abstract：The design of this study was designed to collect relevant data by pyroelectric infrared sensors and light sensors，and handled accordingly by BISS0001 signal processing module and the lamp light control module，and ultimately achieve intelligent control LED lamp. Scope of the study included the collection and processing of human infrared light and strong signal，STC89C51 microcontroller programming，relay control.In hardware design using a modular design，the first test for each module separately and then assembled debugging； modular programming methods in software design using a bottom-up，LCD liquid crystal display the current date，time and temperature information. Contactless smart ultimate control and real-time display LED lamp current information.

Key Words： Sensor； Intelligent Infrared；Gradient LED lamps

智能家居[1]是以住宅為平臺安裝有智能家居系統(tǒng)，使家庭生活更加安全，節(jié)能，智能和舒適。其中照明系統(tǒng)[2]是不可或缺的一部分，普通臺燈只有開和關兩種狀態(tài)，不能自動的調節(jié)光線；而LED[3]智能臺燈的設計能夠很方便的應用到智能家居中，方便人們進出房間，它能夠根據(jù)人體和光線的強弱來智能控制家庭里面的各種燈具。本設計實現(xiàn)的功能是當人進入到熱釋電紅外傳感器檢測范圍內時，信號處理電路檢測到高電平信號，使繼電器吸合，同時如果光線比較暗，光敏電阻阻值變大使另一路繼電器吸合LED燈點亮，如果光線繼續(xù)變暗則通過光控燈模塊使LED燈逐漸變得更亮，若光線外界光線比較強LED燈就自動逐漸熄滅。當人體離開熱釋電紅外傳感器檢測范圍之內的時候，即使環(huán)境光線再暗LED燈也不會工作。同時LED臺燈電路中LCD1602顯示屏可以實時顯示當前的日期、時間、星期和溫度等。

1 總體硬件系統(tǒng)設計方案

該系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大系統(tǒng)組成，硬件系統(tǒng)由電源模塊[4]、紅外信號處理模塊、光控燈模塊、繼電器控制模塊、單片機系統(tǒng)模塊、實時顯示時鐘模塊、溫度感應模塊、LCD液晶顯示模塊8個小模塊構成。供電模塊主要是為整個裝置提供電源能量，圖1為總體硬件系統(tǒng)設計圖。

2 軟件系統(tǒng)設計

2.1 中斷時鐘流程圖

在中斷查詢中，當有中斷請求時，將及時進行現(xiàn)場保護、斷點保護和定時器賦初值，并開定時器便于計數(shù)且賦值50000。當中斷進行20次剛好1秒，秒計數(shù)60時便向分進位，當分計數(shù)60時向時進位，當時計到24時清零及恢復現(xiàn)場。中斷服務程序流程圖如圖2所示。

2.2 溫度子程序流程圖

開始進入初始化DS18B20，通過主機拉低單線產生復位脈沖然后釋放該線，如果有應答脈沖及發(fā)起ROM命令，當成功執(zhí)行后，就使用內存操作命令即溫度轉換等，當轉換完后，又初始化DS18B20看是否有應答脈沖，若有，就發(fā)起讀時隙命令，既同時讀出第1，2個字節(jié)，即為溫度的數(shù)據(jù)。溫度顯示流程圖如圖3所示。

2.3 實時顯示程序流程圖

開始當日和星期從1開始，看星期是否加到7，若加到了7，就返回到1，若沒就返回到時鐘狀態(tài)，當日加到相應的最大數(shù)時，月份就相應的加1，看月份是否加到了13，若沒到就一直等待，若到了13就返回1，且年份就加1，當年份到2099時就清到2005年，若沒到就一直等待，直到2099為止。實時顯示程序流程圖如圖4所示。

3 方案難點及關鍵技術

3.1 方案難點

（1）傳感器采集的信號比較微弱，須經過放大等各種處理。

（2）光控和熱釋電紅外傳感器的感應距離和靈敏度的設定、測量與分析。

3.2 關鍵技術

（1）通過熱體輻射的紅外線和外界光線的強弱來智能控制LED臺燈。

（2）熱釋電紅外傳感器模塊電路對紅外信號的處理方法，同時光敏三極管和紅外傳感器檢測的信號必須配合繼電器使用。

（3）軟件設計中，多個中斷同時使用且相互之間不會產生影響。

4 系統(tǒng)的測試結果分析

（1）能夠較靈敏的通過感應人體和外界光線的強弱控制LED燈的逐漸亮滅，實現(xiàn)了智能控制；

（2）紅外感應距離為0～6 m，光敏三極管較明顯的感應距離設定為30 cm左右，也可以根據(jù)需要靈活設定，并且能實時顯示當前的時間和溫度；

（3）通過與普通白熾燈和節(jié)能燈作對比發(fā)現(xiàn)LED燈光線比較柔和，能夠很好的保護視力，且節(jié)能效果也很好。

5 結語

該系統(tǒng)針對的照明設備是一般家庭的生活必需品，熱釋電紅外探測器的距離是6 m左右且距離可調，用戶可以根據(jù)自己的實際情況進行距離調節(jié)。該系統(tǒng)可以用于走廊照明、臺燈、室外路燈等。本設計方便了生活，達到了智能控制和節(jié)能的目的，可以廣泛用于學習、生活和工作之中，具有一定的使用價值和市場前景。

參考文獻

[1] 周洪，胡文山，張立明，等.智能家居控制系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 張岳軍，吳明光.智能照明系統(tǒng)控制網(wǎng)絡的研究[J].照明工程學報，2004（4）：16-19.

[3] 楊恒.LED照明驅動電路設計與實例精選[M].北京：中國電力出版社，2008.

[4] 華成英，童詩白.模擬電子技術基礎[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.endprint