智能樓宇照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊濤 劉興 楊濟(jì)海 王珺

摘? ?要：文章把單片機(jī)技術(shù)和脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM）結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)一套智能化樓宇照明控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)燈光光強(qiáng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，即在不改變PWM方波周期的前提下，利用單片機(jī)控制PWM的占空比，來(lái)改變電壓的大小實(shí)現(xiàn)照明亮度的調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度和異常報(bào)警等功能，提高照明系統(tǒng)的節(jié)能性和智能性，進(jìn)而提高智能樓宇自動(dòng)化水平。

關(guān)鍵詞：智能照明系統(tǒng);STC89C51單片機(jī);脈寬調(diào)制技術(shù)

隨著智能樓宇、智能家居的日益普及，對(duì)于照明系統(tǒng)的智能化、人性化要求越來(lái)越高，在此背景下，智能樓宇照明控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，該系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用旨在為用戶提供一款節(jié)能環(huán)保、操作方便、實(shí)時(shí)智能、適合智能小區(qū)的樓宇照明控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光亮度和異常報(bào)警等功能，符合時(shí)代的發(fā)展需求。

1? ? 系統(tǒng)功能介紹

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能樓宇照明控制系統(tǒng)以STC89C51單片機(jī)為核心，采用多種脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）技術(shù)[1]來(lái)調(diào)節(jié)樓宇內(nèi)公共照明設(shè)備的光線強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）能夠使用按鍵在手動(dòng)模式和自動(dòng)模式間自由切換。（2）在手動(dòng)模式下，能夠通過(guò)按鍵按照不同需要，提高或降低光線亮度。（3）在自動(dòng)模式下，系統(tǒng)能夠根據(jù)時(shí)鐘控制裝置和感光裝置調(diào)節(jié)設(shè)備光照強(qiáng)度。（4）在自動(dòng)模式下，利用動(dòng)靜監(jiān)測(cè)控制技術(shù)對(duì)公共區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，1 min內(nèi)監(jiān)測(cè)不到有人，則降低或者關(guān)閉燈光以節(jié)約用電。（5）使用期間，如果發(fā)生火災(zāi)，煙霧報(bào)警器會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒，系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)急狀態(tài)自動(dòng)解除調(diào)光控制，打開樓宇內(nèi)應(yīng)急通道的所有燈光。

2? ? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心，包括：按鍵模塊、光照強(qiáng)度采集模塊、電源模塊、人體感應(yīng)模塊、距離測(cè)量模塊、蜂鳴器模塊等，組成智能樓宇照明控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示，總電路原理如圖2所示。

2.1? 光強(qiáng)采集模塊

光照強(qiáng)度采集以光敏電阻作為傳感器，環(huán)境亮度的高低決定了光敏電阻的大小，進(jìn)而影響其輸出電壓，系統(tǒng)數(shù)模轉(zhuǎn)換部分采用8位ADC0832轉(zhuǎn)換芯片[2]，處理器依據(jù)光強(qiáng)采集模塊輸出電壓的高低，啟動(dòng)或者關(guān)閉一定數(shù)量的LED照明設(shè)備，從而控制智能樓宇內(nèi)部的亮度。

2.2? 照明電路控制模塊

系統(tǒng)采用多LED燈串聯(lián)模式，以S8550三極管進(jìn)行控制[3]，其基極串聯(lián)一個(gè)限流電阻后連到單片機(jī)的IO口，發(fā)射極接電源，集電極串聯(lián)LED小燈后連到電源地。當(dāng)單片機(jī)該IO口輸出一個(gè)低電平信號(hào)時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼而點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的LED燈。

2.3? 紅外人體感應(yīng)模塊

系統(tǒng)采用HC-SR501作為人體紅外感應(yīng)模塊，基于紅外線技術(shù)，以LHI778紅外探頭為核心設(shè)計(jì)，安裝在設(shè)備最前面的菲涅爾透鏡可以增強(qiáng)探測(cè)器的反應(yīng)速度[4]，具有靈敏度高、可靠性強(qiáng)、超低電壓工作模式等優(yōu)點(diǎn)。

2.4? 報(bào)警電路模塊

系統(tǒng)采用源蜂鳴器作為報(bào)警裝置，采用PNP三極管S8550進(jìn)行控制，源蜂鳴器里裝備震蕩電路，單片機(jī)不需要持續(xù)發(fā)出高低電平來(lái)保持運(yùn)轉(zhuǎn)，只需輸出電平即可，極大簡(jiǎn)化了單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)[5]。

3? ? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)初始化后，先檢測(cè)按鍵狀態(tài)，當(dāng)電路被接通時(shí)，切換工作模式。若系統(tǒng)判定為自動(dòng)狀態(tài)，先回憶過(guò)去1 min內(nèi)的人物狀態(tài)，假如有人經(jīng)過(guò)，根據(jù)時(shí)鐘判斷此時(shí)為“白天”或“黑夜”，并讀取ADC0832中的數(shù)據(jù)，檢測(cè)并計(jì)算當(dāng)前環(huán)境中的光照，進(jìn)一步控制照明設(shè)備的亮度，若沒(méi)有人通過(guò)就會(huì)主動(dòng)滅掉燈光;若系統(tǒng)判定為手動(dòng)模式，將會(huì)檢測(cè)按鍵2，3的狀態(tài)，每按一下按鍵2，燈光亮度就會(huì)降低一度，按鍵3則相反。若檢測(cè)到有異常事故發(fā)生時(shí)將啟動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，并自動(dòng)解除自動(dòng)調(diào)光控制，啟動(dòng)應(yīng)急通道內(nèi)所有照明設(shè)備。系統(tǒng)工作流程如圖3所示。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

智能樓宇照明控制系統(tǒng)將嵌入式應(yīng)用技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)理論知識(shí)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)周圍環(huán)境的亮度變化和時(shí)鐘裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)照明設(shè)備的亮度，發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)啟動(dòng)聲光警報(bào)并啟動(dòng)應(yīng)急燈光等功能。同時(shí)，本系統(tǒng)也可根據(jù)需要擴(kuò)展溫濕度監(jiān)測(cè)等更多功能。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張永昌，謝偉，李正熙.PWM整流器功率脈動(dòng)最小化方法的研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013（18）：57-64.

[2]袁雨桐.基于單片機(jī)照明節(jié)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2019（11）：84.

[3]王一博.一種基于Arduino的新型智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)[J].電子制作，2019（16）：31-33.

[4]張燕玲，馮穎，盧英君，等.基于用戶體驗(yàn)的兒童健康智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（12）：17-18.

[5]張正明，王麗娟.雙定時(shí)器的蜂鳴器應(yīng)用設(shè)計(jì)[J].中國(guó)新通信，2019（16）：85-86.

Design of lighting control system for intelligent building

Yang Tao1， Liu Xing1， Yang Jihai1， Wang Jun2

（1.State Grid Jiangxi Information & Telecommunication Company， Nanchang 330096， China; 2.School of Electrical Engineering， Northeast Electric Power University， Jilin 132012， China）

Abstract：A multi-functional intelligent building lighting control system is designed by combining the single-chip microcomputer technology and PWM dimming technology in this paper， which can realize the automatic adjustment of light intensity. That is， on the premise of not changing the PWM square wave period， using the single-chip microcomputer to control the duty cycle of PWM to change the voltage to realize the adjustment of lighting brightness. The system can realize the functions of automatic adjustment of brightness and abnormal alarm， improve the energy saving and intelligence of lighting system， and then improve the automation level of intelligent buildings.

Key words：intelligent lighting control system; STC89C51 single-chip microcomputer; pulse width modulation technology