小型办公场所智能照明控制系统的设计

摘要：统采用单片机为控制器，用热释人体红外传感器和光照强度传感系统来检测室内有无人员及室内光强，提出了一个智能照明控制系统的原理框图，并在此基础上设计了智能照明控制系统的部分硬件电路和软件流程图，该系统采用模块化结构设计，条理清晰，便于改进和扩充。同时还具有体积小，控制方便，可靠性高等优点，可以满足办公场所智能照明控制的要求，以达到节能目的。
关键词：智能照明；硬件电路；控制系统

    随着社会经济的发展和科学技术的进步，国内外均已在使用智能照明控制装置。我国的智能照明装置普遍应用在走廊和楼道领域中。经济的快速发展使办公楼数目增加，导致一些办公场所在光线足够强时依然还开着灯工作的现象普遍存在，加之一些员工节能意识的淡薄，造成了不必要的电能浪费，同时也影响了各种照明灯具的使用寿命。这种浪费现象与当今世界提倡节约能源的理念是相违背的。因此，基于这样的现象，设计以单片机为核心，根据室内环境光亮度和人体存在与否来实现智能控制照明是具有很重要的现实意义。

1 系统总体设计
    本系统主要以AT89S52单片机为主控核心，其外围电路由：供电电源电路、照明灯控制电路、看门狗、时钟电路、传感器等组成，其原理框图如图1所示。

    其工作原理是：本系统主要是以采集人存在信号和办公场所室内环境光强弱信号作为输入参数，当室内环境光强度达到一定值时，无论有人存在与否都不开灯，当室内环境光强度低于某一设定阀值且在有人存在并超过一定时间范围时才允许开灯，直到人离开后再延时一定时间后才关灯，用这种双鉴控制方式来对办公场所照明进行智能控制，可以达到节能的目的。同时，该系统还可以按上班时间进行控制，当夜晚超过一定时间后，人是否存在都要关闭自动控制器的运行，改由手动控制，以解决因特殊情况下，自动控制器不能人性化工作的原因。

2 数据采集电路设计
    办公场所室内环境光强弱信号和人体存在与否是本系统数据采集的主要对象，也是主要的输人参数。是决定室内开关灯的重要条件，是对电能的有效节约。其中对光信号敏感的传感器主要有光敏电阻和光敏三极管，光敏电阻受温度的影响大，而光敏三极管受光照温度影响小，所以根据需求，选用光敏三极管作为室内环境光采集传感器，也是室内的探测器。对于检测人体存在与否的传感器则需要求灵敏度高、可靠性强的器件，所以采用AS081型号的人体热释红外传感器。
2．1 室内环境光采集电路
    室内环境光采集电路如图2所示。工作原理为当办公场所室内自然光光照强度高于一定程度时(即设定参数)，则光敏三极管D5呈现低阻状态即小于1 kΩ，三极管Q1的基极电压将增大，使三极管Q1饱和导通，就会使三极管Q1集电极输出低电平，不参与其工作。当办公场所室内自然光光照强度小于一定程度时(即设定参数)，则光敏三极管D5呈现高阻状态大于100 kΩ，使三极管Q1截止，Q1的集电极输出高电平，参与其电路工作。其中可变电阻R24是作为调节室内环境光光照强弱灵敏度参数的器件，其阻值的大小，将会是三极管Q1在不同的室内环境光照强度参数下导通，而R3、C1组成的电路是防止外界干扰而设计的，具有防干扰的作用。

2．2 人体信号采集电路
    探测人体是否在办公场所室内时，探测人体是否存在的热释电红外传感器要具有灵敏度高、稳定性好、抗干扰性强、具有延时性好的功能，选取时应根据办公场所的工作时间等因素而定，通常选用HT-208型号的热释电红外传感器，根据此芯片的功能特点设计的人体信号采集电路如图3所示。其中的热释电红外传感器的1号端引脚外接电源信号，2号端引脚外接采集信号，常要接一个电容量为6800pF的电容器与3号端引脚相连接，而3号端引脚是外接地的，所以热释电红外传感器是用2号端引脚与单片机AT89S52的P3．3引脚端相连接的，而为了增强信号采集的稳定性即热释电红外传感器探测的稳定可靠，常在单片机的引脚端口处再接一个100 kΩ的上拉电阻。

3 看门狗电路
    在该电路中有看门狗定时器、自动复位、电压门限监测的功能，在系统上电、掉电和供电电压不足时，单片机和总线逻辑状态是不确定的，会使MAX705芯片的RESET引脚端输出复位信号给单片机使单片机维持在复位状态，以避免控制的错误。电路如图4所示。为了使复位更加可靠，在复位输出端外接一个10 k的上拉电阻，并与AT89C52的复位端相连。所以在VCC端的电压低于复位电压时，系统就保持在复位状态。为检测电源电压将电源Vin与PFI引脚端相连接，在PFI端的电压低于1．24 V时，就由PFO端输出示警信号，而WDI端是由内部定时器控制，当WDI为低电平时，为该系统提供保护，才可避免因死机、程序跑飞、死锁等情况的发生，使系统正常工作。

4 系统软件设计
    系统软件总设计分为主程序和子程序的设计，在各个模块中运用此设计思路。即在主程序运行任务时满足设定条件就调用子程序来执行，同时一个主程序可以调用多个子程序同时并行执行，而对于单片机内的系统资源是有限的，在系统运行时主程序通常是反复调用子程序来执行的过程。

    而对于子程序主要是分为中断子程序和功能子程序，它们之间是可以互相嵌套和调用的，以此来实现系统的相应功能，它们总是把每个部分相连接起来构成一个周而复始且有选择执行能力的循环过程。所以在软件设计的过程中，尽可能地将各个模块的功能设计成子程序的形式，方便主程序在执行中调用实现该模块相应的功能。所以系统设计的总框图为如图5所示。

5 结束语
    本系统是以AT89S52单片机为主控核心，以环境光强弱信号、人体存在状况为主要的输入参数，通过相关电路的驱动，实现办公场所照明日光灯的智能控制，它比传统人式的人工管理办公场所的灯光更加合理、更有效地提高了自然光在办公场所里的利用，避免了电能源浪费；同时本系统加入了时间控制参数，使办公场所里的灯光控制更加符合工作作息时间。