基于红外传感器的智能灯控装置设计毕业论文.pdf

第 27卷 第 1期 2011年 1月 昆明冶金高等专科学校学报 j o u r n a l o f k u n m i n gm e t a l l u r g yc o l l e g e v o l . 27 n o . 1 j a n .2011 收稿日期:2010-12-15 基金项目:昆明冶金高等专科学校校级教研基金项目:人体红外智能灯控装置研究 ( 项目编号:09b 007) 。 作者简介:曾谢华 ( 1975-) , 男, 湖南衡阳人, 讲师, 工学硕士, 博士研究生, 主要研究方向为嵌入式应用系统研发。 d o i : 10. 3969/j . i s s n . 1009- 0479. 2011. 01. 008 基于红外传感器的智能灯控装置设计 曾谢华, 马志诚, 佟云峰, 陈 敏 ( 昆明冶金高等专科学校 电气学院, 云南 昆明 650033) 摘 要:热释电红外传感器因其独特的对活动人体的检测能力, 已经在节能和安防领域得到广泛应用。 将热释电 红外传感器应用于公共场所的灯控装置中:以单片机为控制核心, 采用光敏传感器采集环境光强参数,热释电 红外传感器检测有无人员在受控范围内活动, 根据环境光强和人员活动情况自动决定灯泡点亮和熄灭状态, 从 而达到节约电能的效果。 关键词:热释电红外传感器;单片机;光敏传感器 中图分类号:t p 212. 9 文献标识码:a文章编号:1009-0479-( 2011) 01-0031-04 i n t e l l i g e n t l i g h t c o n t r o l l e r d e s i g nb a s e do np i rs e n s o r z e n gx i e - h u a , maz h i - c h e n g , t o n gy u n - f e n g , c h e nmi n ( f a c u l t yo f e l e c t r i c a l e n g i n e e r i n g , k u n mi n gme t a l l u r g yc o l l e g e , k u n m i n g650033, c h i n a ) a b s t r a c t : wi thi t s u n i q u e t e s t i n g c a p a b i li t y o f a c t iv e b o d y , p y r o e l e c t r i c i n f r a r e d( p i r )s e n s o r h a s b e e n u s e dw i d e l yine n e r g ys a v in g a n ds e c u r i t y .p i rs e n s o r w a su s e di np u b li cl i g h t c o n t r o l d e v i c e .t a k i n g s c ma s t h e c o n t r o l l i n g c o r e , t h e s e t u s e d p h o t o s e n s i ti v e s e n s o r t o c o l l e c t lu m i n o u s i n te n s i t y p a r a m e t e r a n d p i rto t e s t h u m a n a c t i v i t y w i t h t h e c o n t r o ll e d s c o p e . i t t u r n e d o n o r t u r n e do f f l i g h t s a u t o m a t i c a l l y a c c o r d - i n g t o l i g h t i n t e n s it ya n dh u m a na c ti v i ty , t h u s s a v i n g t h e e n e r g y . k e y w o r d s :p y r o e l e c t r i cin fr a r e ds e n s o r ;s c m ;p h o t o s e n s i ti v e s e n s o r 步入 21世纪, 越来越多的人开始接受 “绿色、 节能、 环保” 的理念, 并付诸实施。随着生产和科技 的飞速发展, 工业用电大幅增加; 随着城市不断扩容和美化, 公共用电也急剧增加, 因此, 人们在生产生 活中尽可能节约用电显得尤为重要。本文探讨的一种人体红外智能灯控装置, 可以大幅节约公共场所的照 明用电。以价格低廉的单片机作为控制核心, 可以大大简化控制电路设计, 并提高其可靠性和灵活性 。 1 智能灯控装置硬件电路设计 人体红外传感智能灯控装置的硬件电路主要由热释电红外传感器组件信号引入电路 、 光敏传感器信 号电路 、 单片机控制电路 、 继电器输出控制电路等组成 , 系统组成如图 1所示 。 1. 1 红外传感器组件信号引入电路设计 目前市场上有性能可靠、 灵敏度高、 调节方便 的热释电人体红外传感器检测组件出售, 如图 2所 示, 采用该组件也可以简化电路设计。由于检测组 件输出电压为 3v , 需设计与单片机接口的电平转换 电路。为便于观察, 转换电路中加入一个指示 l e d 。 为防止传感器受到干扰, 采用独立电源供电, 信号进入单片机之前先 经过光电耦合器, 确保单片机控制电路能可靠工作。图 3所示为红外 传感器组件电平转换电路。 电路工作原理:当红外传感检测组件检测到活动人体信号时, 引脚 2输出 3v 电平 , 三极管 9014饱和导通 , 检测指示灯亮, 光 电耦合器的 2脚因下拉至低电平而导通, 其 4脚也下拉至低电平; 当无活动人体信号时 , 检测组件的 2脚输出为 0, 三极管截止, 检 测指示灯熄灭, 光电耦合器的 2脚被上拉至高电平, 光电耦合器的 输出引脚 4也上拉至高电平 。 耦合器的 4脚接到单片机的外部中断 0引脚 ( i n t 0) , 当检测 到有人经过时,i n t 0引脚跳变成低电平而向 c p u 申请中断 , 当检 测到没有人经过时,i n t 0跳变成高电平,c p u 处于等待状态。 1. 2 光敏传感器信号引入电路设计 光敏电阻是采用内光电效应工作的光电元件。在光线较强的 作用下其阻值往往变小, 这种现象称为光导效应。因此光敏电阻 又称光导管 。 在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压, 其中便有电流通 过 , 光敏电阻受到适当波长的光线照射时 , 电流就会随光照的增 大而变大, 从而实现光电转换 。光敏电阻没有极性, 纯粹是一个 电阻元件, 使用时既可加直流电压, 又可加交流电压。图 4所示 为光敏传感器信号引入电路。 光敏传感器信号引入电路工作原理 : 光敏传感器与电位器组 成一分压电路, 当环境光照强度大时, 光敏传感器的阻值变小, 电位器分得的电压变大, 当达到一定程度时 , 三极管 s 8050导通, 输出低电平 ; 当环境光照强度小到一定程度时 , 电位器分得的电压小于 1v ,s 8050截止, 输出高电平 。 光敏传感器信号引入电路的输出接至单片的 i n t 1引脚 , 环境光强的变化会导致单片机 i n t 1引脚电 平的变化, 再与红外检测组件电平转换电路的输出信号配合 , 控制程序决定点亮还是熄灭灯泡 。一般情 32昆明冶金高等专科学校学报 2011年 1月 况下, 环境光线强时 , 即使有人经过灯泡也保持熄灭状态, 只有环境光线强度弱并且有人经过时灯泡变 亮 , 人走后 , 灯泡亮一段时间后才自动熄灭, 并继续检测光线强度和人体活动情况 。 图 6 控制电路原理图 1. 3 信号输出电路设计 为减小体积 、 降低成本和简化电源电路, 该电路采用 5v 继电器来驱动低于 60 w的灯泡 。 图 5所示为单片机信号输出电路, 该电路用来控制灯泡的点亮和熄灭。当单片机 p 1. 2脚输出高电平时, 光电耦合器截止, 三极管 s 8050截止, 继电器不动作, 灯泡保持熄灭状态。当单片机的 p 1. 2脚输出低电平 时, 光电耦合器导通,s 8050饱和导通, 继电器动作, 灯泡点亮。 为防止线圈因瞬时得电和失电产生的电动势而烧毁 , 延长继电器的使用寿命, 在继电器线圈两端并 联一续流二极管 , 及时释放电荷, 保护继电器线圈和触点的安全 。 结合上述信号引入和输出电路, 各电路与单片机连接后智能灯控装置的控制电路原理如图 6所示 。 单片机采集到红外传感器和光敏传感器的输入信号 , 经过程序的分析处理, 从 p 1. 2口输出控制信号 , 点亮灯泡或让灯泡熄灭。 33第 1期 曾谢华 , 马志诚 , 佟云峰 , 等 : 基于红外传感器的智能灯控装置设计 2 智能灯控装置控制程序设计 与声光控灯控装置不同, 红外智能灯控装置需要解决以下问题: 1)人进入检测范围内时, 灯泡自动点亮 。 2)人在检测范围内活动时 , 灯泡保持点亮状态 。 3)人离开检测范围后 , 延时一段时间自动熄灭 。 由于热释电红外传感检测组件只能捕捉活动人体信号, 如果人体长时间保持不动, 灯泡将因检测不 到人体信号而熄灭。为了准确检测进入检测区域的活动人体信号及人在检测区域时灯泡保持持续点亮的 状态, 将检测过程按时间片进行反复扫描 , 一旦发现有人进入检测范围就点亮灯泡 , 并持续按时间片循 环扫描 , 每次扫描到人体信号都重置灯泡点亮的延时时间, 以确保灯泡在有人活动时不中途熄灭。 根据以上分析, 制定控制程序流程如图 7所示 。 根据控制程序流程 , 按中断方式编写控制程序代码 , 在 p r o t e u s 仿真平台上进行仿真满足控制要求。下面列出时间片巡 回检测中断程序 。 v o i dt i m e r 0 ( )in te r r u p t 1 / 定时 / 计数器 0中断服务 t h 0= ( 65536 - 50000)/256; t l 0 = ( 65536 - 50000) %256; / 定义时间片为 50m s n+ ; / 每个时间片加 1 i f ( n=200) / 当 n 加到 200时, 即定时到 10s 时, 执行以下程序 n =0; / 将计数值重新归 0 t r 0 =0; / 关闭定时 / 计数器 t 0 j d q=1; / 继电器掉电, 触点断开 3 p c b 设计和硬件调试 由控制电路原理图在 p r o t e l 99s e 环境下绘制印刷电路图 ( p c b 图) , 然后焊接好元器件, 烧写程序进行 硬件测试。由于信号的引入和输出都采用了光电隔离技术, 因此在各种环境的测试中都表现出较好的稳定性, 满足实际使用的要求。 4 应用特点分析 目前市面上出现种类繁多的智能灯控装置 , 主要有遥控灯头 、 人体红外传感灯头、 声光控灯头等成 熟产品 , 其中声光控灯头因其体积小巧、 节能效果明显应用尤为广泛。纵观目前市售的各种智能灯头 , 大都基于模拟电子技术, 一旦产品定型, 各种参数的调节比较困难。 本文介绍的人体红外智能灯控装置, 不仅具有上述各产品的优点, 而且采用单片机控制的数字电路来实 现, 具有结构简单、 参数容易调节修改、易于扩展产品的功能, 以及单片机本身具有的高可靠性和低成本等 优点, 因此本产品具有更高的性价比。与目前应用最为广泛的声光控楼道灯头相比, 人体红外智能灯控装置 最大的优点就是可以实现无声探测, 夜深人静时不会惊扰周围邻居; 此外, 人未离开红外探测区域时, 灯光 持续点亮, 不必隔一段时间就大喝一声, 在倡导和谐社会的今天, 该装置应用于公共场合更具人性化。 ( 下转第 40页 ) 34昆明冶金高等专科学校学报 2011年 1月 i f ( s h if t b it = 3 m s e l e c t n u m= 0) / 时钟的小时位加 1 n o r m a l h o u + ;i f ( n o r m a l h o u 23) n o r m a l h o u = 0; 全部路灯同时开关、 每盏路灯分别开关的加一程序与上述时钟加一程序同理, 用变量 s h i ft b i t 的不 同值来分别表示秒、 分钟和小时位, 可以用另外一个变量如 l a m p f l a g 来替换变量 m s e l e c t n u m , 给 l a m p f l a g 赋不同的值来表示不同的需要加一的情况 。此外, 时间减一的程序与时间加一的程序同理 , 只需将加一按键换成减一按键即可。 4 结 语 本文充分利用了 c 语言结构化的特点来进行程序设计, 并且设计了不同的工作模式来实现控制要 求 。为了使程序架构清晰 、 编程不至于太复杂 , 功能相似的任务被整合在一个程序模块中, 采用了一些 中间变量来区分这些功能相似的任务 , 这样不仅能够实现控制任务, 还能让程序通俗易懂。 参考文献: 1 李广弟. 单片机基础 m . 北京: 北京航天航空大学出版社, 2005. 2 胡汉才. 单片机原理及接口技术 m .北京: 清华大学出版社, 2004. 3 佟云峰. 单片机原理及应用 m . 北京