基于光电传感器的智能灯控系统的设计

摘要：文章设计了一种基于光敏电阻和光电传感器的智能灯控系统。本系统主要包括两部分，一部分是以光敏电阻为主要功能元件的模块，其作为检测系统的启动开关，另一部分则是检测系统，其在晚上对是否有人通过进出口进行探测，并控制灯的亮或熄。一旦光线强度足够低，检测系统启动，然后由光电传感器进行实时探测，并向微控制器发送信号，微控制器对其信号进行处理后向MOC3061发送一个信号，最后在MOC3061的输出端通过可控硅来控制灯是亮还是熄灭。
关键词：光敏电阻；光电传感器；微控制器；MOC3061；可控硅

0 引言
    当今社会人们更加注重节能环保，照明这一领域，特别是在公共场所也发生了很大的变化。现在的声光控制灯属于新型建筑照明系统，这种系统应用在楼道上还比较实用，但现在我们学校将该系统应用在洗手间里，我们体验到它给我们带来的不便。由于每个人上洗手间的时间长短不一样，而且不会一直会有大的声音，该系统如果控制着灯一直亮着或者亮的时间太长，这样就达不到节能的效果，但如果亮的时间太短，还在洗衣手间的人就会产生恐惧心理，因而，若该系统用于洗手间，很有必要进行改进。

1 系统总体设计
    本设计的改进之处是设计一个具有计数功能的模块，我们可以使用对射型光电传感器，如图1所示在洗手间的进口处设置两个发射源和两个接收源，当有人进或者出洗手问的门时，会阻挡光线，如图2所示，接收处就接收不到设置光源发出的光信号，这时接收处的输出端会发出一个信号，计数器就可以通过此信号进行计数。只要计数器里存储数等于一时，系统控制灯亮，大于零时，该系统就会控制灯一直亮着，一旦为零，系统会控制灯延时一小段时间后自动熄灭。由于整个系统初启动时无法判断室内是否有人，因而我们还会设置一个简易开关，供使用者进行手控，且为方便使用者能在夜间看到开关的位置，我们可以采用表面具有夜光性能的材料来做按键。光电检测系统的启动由光敏传感器控制。

    本系统中设计了两个对射型光电传感器，当有人通过时，若是光路(1)先检测到信号，则表明此人是进洗手间，计数器加1，若是光路(2)先检测到信号，则表明此人是出洗手间，计数器减1，即两个对射型光电传感器是用来检测和判断是否有人进出洗手间。

2 硬件部分
2．1 光敏传感器电路
    光敏器件是指能将光信号转变为电信号的元件。与发光管配合，可以实现电→光、光→电的相互转换。常见的光敏元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管，本系统使用了光敏电阻。光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)。
    单向可控硅是一种可控整流电子元件，能在外部控制信号作用下由关断变为导通，但一旦导通，外部信号就无法使其关断，只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。单向可控硅正向导通受控制极电流控制，根据此特性，在光敏电阻的作用下，利用单向可控硅作为检测系统的启动开关。
    本系统中将光敏电阻与单向可控硅配合使用，组成检测电路的启动开关电路。其原理图如图3所示。

    白天，环境自然光线较强，RL呈低阻值(≤2kΩ，RL两端交流电压小于Q控制极的导通电压(约0．65V+0．65V=1．3V)，Q处于阻断状态，检测系统电源未启动；夜晚，环境自然光线变暗，RL呈高阻值(>1MΩ)，Q从RL两端获得足够触发电压而导通，检测系统电源启动。
2．2 光电传感器
    本系统使用的光电传感器是对射型光电传感器，两组光电传感器输出端的信号经过处理后分别送入单片机内，由单片机进行相应的处理后再发出信号。原理图如图1、2所示。
2．3 灯控
    本系统由光电传感器检测洗手间内是否有人，单片机进行计数，当N不为零时，单片机会向与MOC3061芯片引脚相连的端口输送信号，然后通过可控硅来控制灯的开、关。其中R3是双向可控硅的门极电阻，当可控硅灵敏度较高时，门极阻抗也很高，并上R3可提高抗干扰能力。  39Ω电阻和0．01μF电容组成浪涌吸收电路，防止浪涌电压损坏双向可控硅。其电路图如图4所示。

3 软件部分
    系统流程图如图5所示。其中N表示洗手间内现有的人数，当检测系统电源连上后，光电传感器开始检测，但系统不知道洗手间内此时是否有人，默认是无人，因而灯是不会亮的，这时按键可以用来对系统进行调整。当光强增大到一定值时，检测系统自动停止工作。

4 结束语
    本系统解决了原有声光控制系统中延长时间的长短问题，也达到了智能、节能的目的，但本系统是专门针对像洗手间这样入口与出口在同一处的情况而设计的，应用有一定的局限性，所以还需要进一步地改进，来扩展其应用范围。