基于單片機控制的教室智能led燈的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了是基于單片機控制的教室智能LED燈，該系統(tǒng)采用單片機為主控制芯片，外圍電路主要包括數(shù)據(jù)信號采集模塊和功率驅動模塊。當壓力傳感器有一定值的信號輸入時總電路開始工作，燈源打開；單片機再接收紅外線人體感測信號及環(huán)境感測信號依次進行判斷處理，若人體感測信號判斷教室有人，燈繼續(xù)保持開通，否則發(fā)出燈源的關斷信號；若采集到的環(huán)境光強度達到一定值時不開燈，環(huán)境光強度在一定閥值以下且有人存在時開燈，且隨著外界光照的強弱自動調節(jié)燈光亮度。
【專利說明】
基于單片機控制的教室智能LED燈
技術領域
[0001]本實用新型涉及節(jié)能智能燈具的設計，尤其涉及一種基于單片機控制的可紅外線檢測識別及光照強度自動調節(jié)教室智能LED燈的設計。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們的生活水平也不斷提高，導致用電負荷的加劇，又由于世界性的能源危機，能源缺乏已成為世界所面臨的嚴峻問題。而此問題對我國來說尤為嚴重。隨著各類大、中專院校的擴招，教室的擴建，教室照明的需求也越來越多。由于同學們的自覺節(jié)能意識薄弱，在光線足夠強時也開燈，課上完離開教室后燈還亮著的現(xiàn)象普遍存在;而且，節(jié)能規(guī)劃極為欠缺，教室的燈光控制由管理人員手工代替，教室極多，管理人員忙不過來，這樣就造成不必要的電能浪費和經濟損失?；谝陨戏N種原因，提高教室用電效率就成為學校節(jié)能的重要且主要的措施之一，教室燈自動控制系統(tǒng)的設計無疑就成為其中一項重要課題。
[0003]研究表明，人眼對光線的感受是非線性的，因此將亮度級降低10%以上人卻覺察不到亮度的變化，這樣就可以節(jié)省將近10%的電能。假如將調光級別降低50%，就可以節(jié)省約40%的電能。如果采用智能調光就可以將燈的亮度逐漸調到預設級別，不僅節(jié)省了電能而且還會極大地延長燈的使用壽命。
[0004]如今，我國照明用電約占社會總用電量12%，采用高效照明產品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低效照明產品可節(jié)電60%_80%。如今，北京正在大力推行綠色照明工程，己推出上百萬只綠色照明光源和部分節(jié)能電器，據(jù)估算年節(jié)約用電可達3442萬千瓦時，節(jié)約電費2519.7萬元。政府已經在商廈、學校、醫(yī)院等更換24萬只節(jié)能燈具。在奧運工程的建設上、也大量運用節(jié)能技術，北京的奧運廠館“水立方”，通過采用大量的節(jié)能燈具，裝備新技術，通過增強透光性白天可節(jié)約照明能耗50 %。
[0005]隨著電子技術的飛速發(fā)展，基于單片機的控制系統(tǒng)已廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計算機作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。樓宇智能化的發(fā)展與成熟，也為基于單片機的照明控制系統(tǒng)的普及與應用奠定了堅實的基礎。
[0006]目前，對燈光的智能控制，國內外已經開始采用，但對教室燈光的控制，尤其是我國教室燈光的智能控制尤為缺乏和不完善，依然是傳統(tǒng)式的人工管理。各類大、中專院校不斷擴招，教室不斷擴建，教室的用電負荷不斷加大，教室用電管理不善，造成學校電能浪費，經濟損失，這種的浪費與當今的節(jié)約能源理念相違背。再者，現(xiàn)代自動化程度不斷提高，計算機技術的普及，燈光的管理也在朝著自動化、智能化方向發(fā)展。例如樓道燈光的自動控制等等。所有這些使得教室燈光控制也應該朝著智能的方向發(fā)展。于是，開發(fā)便捷，實用的教室燈光自動控制系統(tǒng)便具有重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內容】

[0007]本實用新型旨在開發(fā)出一套成本低廉、高精度、高靈敏度、主要滿足學校教室應用場合的智能燈具。該系統(tǒng)采用了當今比較成熟的傳感技術和微機控制技術，利用多參數(shù)來實現(xiàn)對學校教室室內照明的控制。
[0008]本實用新型以單片機AT89C51為主控芯片，能夠實現(xiàn)通信、信號采集、控制與顯示等功能。使用光電子鎮(zhèn)流器，使光源具備自動調節(jié)功能。教室燈光控制器可實現(xiàn)有效的教室燈光智能控制。其輸入?yún)?shù)主要是壓力信號，紅外線人體感測信號和環(huán)境光信號等的外界因素，環(huán)境光的強度達到一定值時不開燈，環(huán)境光強度在一定閥值以下且有人存在時開燈， 且隨著外界光照的強弱自動調節(jié)燈光亮度。
[0009]光敏管用于對亮度測量，再用單片機設計控制器輸出PWM，調節(jié)LED驅動功率，實現(xiàn)亮度的自動控制。采用8個串聯(lián)的LED燈組，在恒流驅動電路基礎上并接了N型M0SFET功率器件實現(xiàn)PWM控制，調節(jié)的范圍為〇-1〇〇 %，當占空比低至i %時輸出電流仍可以保持穩(wěn)定。LED 驅動電路可以使輸出電流從5mA到350mA之間進行調節(jié)，驅動電路采用Boost電路的原理，將 12V輸入電壓提高使得其可以驅動8個串聯(lián)的LED，LED驅動電路是以離散的方式調節(jié)輸出電流，輸出電流調節(jié)區(qū)間為5mA，在LED燈組上串聯(lián)一個采樣電阻用來檢測流過的LED電流，檢測到的電流反饋到控制器，控制器可以改變Boost電路調節(jié)開關的占空比，因而可以調節(jié)輸出電流。理論和實驗證明用這種方式來對教室燈進行智能控制可以實現(xiàn)上述目標。
[0010]教室燈光控制器一般安裝在教室內避開電燈直射的位置，且人體傳感器安置時應使人體活動方向與人體傳感器中兩個熱釋電元連線方向垂直，這樣可使人體存在信號采集更加靈敏、可靠，同時還要盡可能避免外界風直接吹向人體傳感器。此外，研究的教室燈光控制系統(tǒng)能用于現(xiàn)有教室照明系統(tǒng)的改造，實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的人性化智能管理，提高用電效率;通過鍵盤進行亮度參數(shù)設置，實際亮度可以實時顯示，實現(xiàn)自動、手動燈光控制相兼容，以降低成本;通過反復試驗和改進，最終達到可靠性、實用性、推廣性較好的目標。
[0011]本實用新型是基于單片機控制的教室智能LED燈設計，該系統(tǒng)主要由控制模塊、數(shù)據(jù)信號采集模塊、及驅動模塊組成，其中由壓力信號采集電路、紅外線人體感測電路、環(huán)境光照信號采集電路構成的數(shù)據(jù)信號采集模塊直接與單片機相連，單片機輸出部分連接LED 的驅動模塊，進而控制LED燈。
[0012]⑴控制模塊:[〇〇13]此處采用以單片機AT89C51為主控制芯片，用來接受到數(shù)據(jù)采集模塊中發(fā)來壓力信息，紅外線人體感測信息及外界光照信息后進行編譯處理后，發(fā)出執(zhí)行指令的驅動信號傳到功率驅動模塊中，進而控制燈的熄滅和光照亮度。
[0014](2)數(shù)據(jù)信號采集模塊:
[0015]主要由壓力信號采集電路，紅外線人體感測信號電路和環(huán)境光照信號的采集電路構成，其中，壓力傳感器采用LEEG公司的DMP30 5X，紅外線人體感測模塊采用富能圓公司生產的BR-0071，環(huán)境光照信號的采集電路原理如圖4所示。當壓力傳感器有一定值的信號輸入時總電路開始工作，燈源打開;單片機再接收紅外線人體感測信號及環(huán)境感測信號依次進行判斷處理，若人體感測信號判斷教室有人，燈繼續(xù)保持開通，否則發(fā)出燈源的關斷信號;若采集到的環(huán)境光強度達到一定值時不開燈，環(huán)境光強度在一定閥值以下且有人存在時開燈，且隨著外界光照的強弱自動調節(jié)燈光亮度。[〇〇16](3)功率驅動模塊:
[0017]驅動電路采用Boost電路的原理，將12V輸入電壓升高使其可以驅動8個串聯(lián)的LED，在恒流驅動電路基礎上并接了N型MOSFET功率器件實現(xiàn)P麗控制，P麗方式是通過每秒鐘多次的接通和斷開電源來調節(jié)發(fā)光亮度，開關之間的時間比率同發(fā)光亮度成正比關系。
【附圖說明】
[0018]圖1是主控制原理框圖
[0019]圖2是系統(tǒng)原理結構框圖
[0020]圖3是程序算法流程框圖[0021 ]圖4是環(huán)境光照采樣電路圖
【具體實施方式】
[0022]本實用新型所依據(jù)的主控制原理框圖如圖1所示，單片機作為整個系統(tǒng)的控制核心，外圍的紅外線傳感器電路、光強檢測電路及壓力傳感器電路組成數(shù)據(jù)采集模塊，單片機接收到采樣信號進行判斷處理后發(fā)出控制信號，進而去觸發(fā)驅動電路，最后達到控制LED燈光強及開閉的目的。
[0023]具體實現(xiàn)過程的程序算法流程框圖如圖3所示，在總開關閉合時，系統(tǒng)一直處于待機狀態(tài)，當教室有人進入時，放在門口的壓力傳感器就會檢測到信號傳給單片機，此時單片機給驅動電路發(fā)出開通指令，燈就會打開。燈開后，環(huán)境光照信號的采集電路開始采集外界光照強度，送給單片機來判斷跟設定值的大小，當采樣值大于設定值時，單片機通過增加PWM波的導通時間!^來增大光照強度，若采樣值小于設定值時減小PffM波導通時間來調小光照強度，否則保持光強不變。在下一步，紅外線檢測電路開始工作，當檢測到有人存在時，燈保持開通，繼續(xù)采樣外界光照強度與設定值比較，達到隨時調節(jié)光照的目的，若紅外線檢測電路檢測教室里無人時，關閉燈并返回到待機狀態(tài)。
[0024]圖4所示為環(huán)境光照的采樣電路圖，工作原理為當教室內自然光光照強度高于一定程度時(即設定參數(shù))，則光敏三極管D3呈現(xiàn)低阻狀態(tài)即小于IkQ，三極管Ql的基極電壓將增大，使三極管Ql飽和導通，進而使三極管Ql集電極輸出低電平，不參與其工作。教室內自然光光照強度小于一定程度時(即設定參數(shù))，則光敏三極管D3呈現(xiàn)高阻狀態(tài)大于10kΩ，使三極管Ql截止，Ql的集電極輸出高電平，參與其電路工作。其中可變電阻RlO是作為調節(jié)室內環(huán)境光光照強弱靈敏度參數(shù)的器件，其阻值的改變，將會使三極管Ql在不同的室內環(huán)境光照強度參數(shù)下導通，而R3、C1組成的電路是防止外界干擾而設計的，具有防干擾的作用。
【主權項】
1.基于單片機控制的教室智能LED燈，其特征在于:包括控制模塊、數(shù)據(jù)信號采集模塊、 驅動模塊;其中控制模塊采用以單片機AT89C51為控制芯片，用來接受到數(shù)據(jù)采集模塊中發(fā) 來壓力信息，紅外線人體感測信息及外界光照信息，進行編譯處理后，發(fā)出執(zhí)行指令的驅動 信號傳到功率驅動模塊中，進而控制燈的熄滅和光照亮度;數(shù)據(jù)信號采集模塊主要由壓力 信號采集電路、紅外線人體感測電路、環(huán)境光照信號的采集電路構成，其中，壓力傳感器采 用LEEG公司的DMP305X，紅外線人體感測模塊采用富能圓公司生產的BR-0071;功率驅動模 塊采用Boost電路的原理，將12V輸入電壓提高使得其可以驅動8個串聯(lián)的LED，在恒流驅動 電路基礎上并接了 N型M0SFET功率器件實現(xiàn)PWM控制，PWM方式是通過每秒鐘多次的接通和 斷開電源來調節(jié)發(fā)光亮度，開關之間的時間比率同發(fā)光亮度成正比關系；由壓力信號采集 電路、紅外線人體感測電路、環(huán)境光照信號采集電路構成的數(shù)據(jù)信號采集模塊直接與單片 機相連，單片機輸出部分連接LED的驅動模塊，進而控制LED燈。
【文檔編號】H05B33/08GK205596391SQ201620280807
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月5日
【發(fā)明人】錢輝, 王川川, 王娜, 董邦宜
【申請人】安徽理工大學