智能照明控制系統的設計論文

2021-04-20 論文

　　目前我國高校的教學樓和學生宿舍的照明系統大多采用定時方式控制[1]，雖然控制簡單且易于實現，但同時存在很多問題：在夜間人流量很少時，燈具全部點亮將造成電能的大量浪費；此外，定時照明方式使照明系統工作狀態不能靈活調整，尤其在雷雨和霧霾天氣時，帶來安全隱患。本文所設計的智能照明控制系統，能夠根據學校不同區域的不同功能需求，設置照明模式與照明時間，實現對照明系統的動態智能化管理。

　　1系統硬件模塊

　　本系統的設計是基于51系列單片機，由7個硬件模塊構成，分別為控制、定時、光控、聲控、按鍵、顯示、照明。其中光控、聲控模塊實現對外界光、聲信號的采集與判斷；定時實現照明系統的照明時間控制；控制模塊采用STC89C52單片機，根據外界光、聲及定時信號控制照明電路，切換不同的工作狀態以適應外界需求。照明系統架構如圖1所示。

　　1.1控制模塊

　　本文采用STC89C52單片機，具有8位CPU和系統內可編程Hash，是一種低功耗、高性能微控制器。在本文的設計中控制模塊接收定時模塊的時間及外部環境的光、聲信號，通過判斷照明級別，控制照明燈的工作狀態，實現照明系統的智能動態化管理。

　　1.2輸入模塊

　　1.2.1定時模塊

　　定時模塊采用了DS1302芯片，用于給整個系統提供日期與時間信息，它不僅功耗低，高性能，還具有掉電走時的功能，即使在單片機斷電的情況下它也不會停止計時。同時也便于系統對于當前是否到達設定的夜間時間進行判斷。

　　1.2.2光控模塊

　　光控模塊中使用光敏電阻來采集光信號，并使用LM393比較器對光信號強度進行判斷。圖2為光控電路，比較器的同相輸入和反相輸入端連有電位器，在沒有自然光照的情況下調整電位器，將兩個輸入端的電位保持一致，此時比較器會輸出低電平信號。當光敏電阻被自然光照射時，其阻值會大幅度的減小，從而使得比較器的同相輸入端電位升高，比較器輸出高電平信號。通過比較器輸出信號至單片機P1.4端口，單片機可以判斷外界光強是否到達閾值強度，模塊工作狀態的改變。

　　1.2.3聲控模塊

　　聲控模塊中采用駐極體話筒（圖3中用R6電阻替代）采集聲信號，它是電容話筒的一種，靈敏度高氣聲信號強度的判斷采用LM393，原理同光控電路，最后信號輸出至單片機P1.3端口，如圖3所示。

　　圖3聲控電路圖Fig.3Circuitofvoicecontrolsystem

　　1.3輸出模塊

　　1.3.1顯示模塊

　　如圖4所示，顯示電路采用LCD1602液晶顯示當前的日期與時間，LCD1602液晶可以顯示兩行，每行16個字符，夕卜加的'電位器可以隨時調節液晶顯示屏的對比度氣

　　1.3.2照明模塊

　　如圖4所示，照明模塊是用2排8個LED燈來模擬照明燈的3種工作狀態：熄滅、間隔亮與全亮。當工作在熄滅或全亮狀態時，8個LED燈全部熄滅或點亮；當需要間隔亮時，2排LED燈亮起1排，提供強度相對較小的照明。

　　2系統軟件設計

　　智能照明系統將時間、光照、聲音結合起來判斷外界環境的變化，并且為照明燈設置3種工作狀態以提供不同的照明強度，分別為全亮、間隔亮和熄滅狀態。系統運行流程如圖5所示。

　　圖5系統運行流程圖Fig.5Flowchartofsystem

　　在照明燈工作狀態控制中，對宿舍樓設置時間為18:00?次日6:00，教學樓設置時間為18:00?24:00，稱為夜間模式，在設定時間內，照明燈工作在間隔亮狀態，提供夜間基本的照明。如果此時聲控模塊采集到的聲強強度大于閾值強度，說明教學樓或宿舍的人流量較大，照明模塊會切換至全亮狀態，提供高強度的照明，并且在聲音信號消失后，還會延時5s再恢復間隔亮的工作狀態，以保證夜間活動對照明的需求。

　　在設定時間之外，如遇到雷雨或霧霾天氣，照明系統對外界的自然光強度進行采集與判斷，即使未在夜間模式也需要一定的照明，因此當光控模塊采集的光強強度小于閾值強度時，照明模塊便會工作在間隔亮的狀態，保證教學樓或宿舍的基本照明；再通過對聲音信號的采集和判斷，如果人流量較大，則照明模塊又會再切換至全亮狀態。

　　3系統測試

　　根據系統的功能要求，對系統在所有情況下的工作狀態(預置的設定時間為18:00?6:00)進行測試，測試電路如圖6所示。

　　圖6實際測試電路Fig.6Pictureoftherealtestcircuit

　　當未到設定時間、光強>閾值時，LED燈熄滅；當未到設定時間、光強<閾值、聲強<閾值時，LED燈間隔亮；

　　當未到設定時間、光強<閾值、聲強>閾值時，LED燈全亮；

　　當到達設定時間、聲強<閾值時，LED燈間隔亮；

　　當到達設定時間、聲強>閾值時，LED燈全亮。

　　由此可見，本系統在各種情況下均按照要求切換工作狀態，符合設計要求。

　　4結束語

　　本文根據高校的教學樓和學生宿舍的照明需求，設計的智能照明系統可以根據設置時間和外界環境光、聲的變化自適應地調整照明系統的工作狀態，實現對照明系統的動態化管理。本系統還可以應用于公共場所的照明，具有成本低、操作方便、易于擴展功能等特點，最大限度地節約電力能源。