智能楼宇照明控制系统设计
来源:用户上传
作者:杨涛 刘兴 杨济海 王珺
摘 要：文章把单片机技术和脉宽调制技术（PWM）结合起来，设计一套智能化楼宇照明控制系统，实现灯光光强的自动调节，即在不改变PWM方波周期的前提下，利用单片机控制PWM的占空比，来改变电压的大小实现照明亮度的调节。该系统可以实现自动调节亮度和异常报警等功能，提高照明系统的节能性和智能性，进而提高智能楼宇自动化水平。
关键词：智能照明系统;STC89C51单片机;脉宽调制技术
随着智能楼宇、智能家居的日益普及，对于照明系统的智能化、人性化要求越来越高，在此背景下，智能楼宇照明控制系统应运而生，该系统的开发应用旨在为用户提供一款节能环保、操作方便、实时智能、适合智能小区的楼宇照明控制系统，实现自动调节灯光亮度和异常报警等功能，符合时代的发展需求。
1 系统功能介绍
本系统设计的智能楼宇照明控制系统以STC89C51单片机为核心，采用多种脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）技术[1]来调节楼宇内公共照明设备的光线强度，可实现以下功能：
（1）能够使用按键在手动模式和自动模式间自由切换。（2）在手动模式下，能够通过按键按照不同需要，提高或降低光线亮度。（3）在自动模式下，系统能够根据时钟控制装置和感光装置调节设备光照强度。（4）在自动模式下，利用动静监测控制技术对公共区域进行监测，1 min内监测不到有人，则降低或者关闭灯光以节约用电。（5）使用期间，如果发生火灾，烟雾报警器会发出警报提醒，系统根据应急状态自动解除调光控制，打开楼宇内应急通道的所有灯光。
2 系统硬件设计
系统以STC89C51单片机最小系统为核心，包括：按键模块、光照强度采集模块、电源模块、人体感应模块、距离测量模块、蜂鸣器模块等，组成智能楼宇照明控制系统。系统结构框架如图1所示，总电路原理如图2所示。
2.1 光强采集模块
光照强度采集以光敏电阻作为传感器，环境亮度的高低决定了光敏电阻的大小，进而影响其输出电压，系统数模转换部分采用8位ADC0832转换芯片[2]，处理器依据光强采集模块输出电压的高低，启动或者关闭一定数量的LED照明设备，从而控制智能楼宇内部的亮度。
2.2 照明电路控制模块
系统采用多LED灯串联模式，以S8550三極管进行控制[3]，其基极串联一个限流电阻后连到单片机的IO口，发射极接电源，集电极串联LED小灯后连到电源地。当单片机该IO口输出一个低电平信号时，三极管导通，继而点亮对应的LED灯。
2.3 红外人体感应模块
系统采用HC-SR501作为人体红外感应模块，基于红外线技术，以LHI778红外探头为核心设计，安装在设备最前面的菲涅尔透镜可以增强探测器的反应速度[4]，具有灵敏度高、可靠性强、超低电压工作模式等优点。
2.4 报警电路模块
系统采用源蜂鸣器作为报警装置，采用PNP三极管S8550进行控制，源蜂鸣器里装备震荡电路，单片机不需要持续发出高低电平来保持运转，只需输出电平即可，极大简化了单片机的程序设计[5]。
3 系统软件设计
系统初始化后，先检测按键状态，当电路被接通时，切换工作模式。若系统判定为自动状态，先回忆过去1 min内的人物状态，假如有人经过，根据时钟判断此时为“白天”或“黑夜”，并读取ADC0832中的数据，检测并计算当前环境中的光照，进一步控制照明设备的亮度，若没有人通过就会主动灭掉灯光;若系统判定为手动模式，将会检测按键2，3的状态，每按一下按键2，灯光亮度就会降低一度，按键3则相反。若检测到有异常事故发生时将启动蜂鸣器发出报警，并自动解除自动调光控制，启动应急通道内所有照明设备。系统工作流程如图3所示。
4 结语
智能楼宇照明控制系统将嵌入式应用技术与物联网理论知识相结合，实现了根据周围环境的亮度变化和时钟装置自动调节照明设备的亮度，发生火灾事故时启动声光警报并启动应急灯光等功能。同时，本系统也可根据需要扩展温湿度监测等更多功能。
[参考文献]
[1]张永昌，谢伟，李正熙.PWM整流器功率脉动最小化方法的研究[J].中国电机工程学报，2013（18）：57-64.
[2]袁雨桐.基于单片机照明节电系统设计[J].计算机产品与流通，2019（11）：84.
[3]王一博.一种基于Arduino的新型智能台灯设计[J].电子制作，2019（16）：31-33.
[4]张燕玲，冯颖，卢英君，等.基于用户体验的儿童健康智能台灯设计[J].中国新技术新产品，2019（12）：17-18.
[5]张正明，王丽娟.双定时器的蜂鸣器应用设计[J].中国新通信，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
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15197627.htm
