CN201365369Y - 基于单片机的室内日光灯节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的室内日光灯节能控制系统，属于电路设计、自动控制领域。该系统包括输入部分、逻辑控制部分和输出部分。输入部分分为采集光强与采集人体信息两个部分，采集光强部分的电路采用光敏电阻作为探测器配合迟滞比较器，实现对光强的探测，采集人体信息部分采用红外的探头作为探测是否有人的元件。逻辑控制部分由逻辑转换电路和综合控制电路组成，逻辑转换电路采用数字芯片组成的电路，而综合控制电路则采用基于8051单片机的控制电路。输出部分我们采用的是继电器。本实用新型将人体探测和光强探测结合了起来，设计人性化，能很好地满足人们的要求。

Description

基于单片机的室内日光灯节能控制系统

技术领域

本实用新型涉一种基于单片机的室内日光灯节能控制系统，属于电路设计、自动控制领域。

背景技术

基于单片机的室内日光灯节能控制系统，首先，现在市面上没有专门针对室内照明的节能控制系统，一般的节能方式都是改进日光灯的部分器件，以期能达到单个日光灯具备节能功能的目标；其次，一般的日光灯控制系统无法很好的将人体探测和光强探测结合起来；即使有能够实现两者结合的系统，其电路也往往很复杂；第三，在已有的一些日光灯节能控制系统中，设计者的思路是将节能放在第一位，这样的系统不够人性化，不能很好的满足人们的要求；第四，在已有的一些日光灯节能系统中，对于光强的探测是单一的，只是探测自然光，没有考虑到室内日光灯开闭对于特定区域的光强的影响，而本系统，在设计的理念上是针对室内使用的特点，从整个照明系统而非单个日光灯入手，并且对存在在已有的一些节能控制系统中的几点不足经行了改进，运用单片机很好地实现了光强和人体的探测的结合，同时将节能控制系统从逻辑判断改进的更加人性化。并且，本系统对整个室内的光强经行了综合考虑，不仅考虑到自然光的影响，还考虑到日光灯本身对光强的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是，针对已有的日光灯控制系统的不足进行改进，提出了一种将光强和人体探测相结合，面向室内使用的电路简单并且更加人性化的日光灯节能控制系统。

在本实用新型中，我们采取的技术方案是：

基于单片机的室内日光灯节能控制系统包括输入部分、逻辑控制部分和输出部分。

输入部分分为采集光强与采集人体信息两个部分。采集光强部分的电路，我们设计采用光敏电阻作为探测器，配合以迟滞比较器，实现对光强的探测。采集人体信息部分，采集光强部分的电路的两路输出分别为迟滞上限和迟滞下限，我们将迟滞上限和下限之间的区域设定为其他区域日光灯开和闭之间的光强差值，当光强高于迟滞上限时，关灯；低于迟滞下限时，开灯；在两者之间的时候则保持原状，这样，所探测到的光强就是自然光强叠加上别的区域的日光灯的光强，迟滞比较器采用LM324放大器；

采集人体信息部分，采用红外探头作为探测是否有人的元件，同时由于红外探头在有人的情况时是以高电平脉冲的形式输出，为了防止逻辑混乱，我们采用RC电路配合上单门限比较器形成电平转换电路将其转换成高电平，红外探头采用型号为SUNSTAR SS-101；

逻辑控制部分由逻辑转换电路和综合控制电路组成，其中逻辑转换电路采用数字芯片组成的电路，对前级输入的数字量进行逻辑转换以便适于控制电路的处理与控制，所使用的数字芯片有与门(74LS08)、非门(74LS04)、或门(74LS32)；而综合控制电路则采用基于AT89C51单片机的控制电路；

逻辑转换电路输入端口(A0)接光强探头迟滞下限输出端口，输入端口(A1)接光强探头迟滞上限输出端口，输入端口(A2)接电平转换电路的输出端，逻辑转换电路输出端(F0)接单片机该区域输入口的低位，输出端(F1)接单片机该区域输入口的高位；

输出部分采用的是继电器，将继电器接在单片机的输出端口上，同时其控制的两端接上日光灯电路，由此即可形成弱电控制强电的电路，继电器采用型号为HRS1H-S-DC5V(1A 120VAC 1A 24VDC)。

逻辑控制部分利用如下原理进行软件编程：当探测到需要关灯的状态时立即关灯，探测到开灯状态时则再采样一次进行比较来决定是否开灯，当探测到保持状态时控制部分不动作，其中两次采样作比较是为了防止有人经过该区域而不是停留在该区域活动，当两次探测到都是高电平时，我们才认为该人确定地留在了该区域，需要开灯，当两次状态不一样的时候，我们则认为该人只是经过该区域，不需要开灯。

本实用新型取得的有益效果如下：不仅将人体探测和光强探测结合了起来，其电路也非常简单；不仅能很好地达到节能的效果，并且设计人性化，能很好地满足人们室内照明的要求。

附图说明

图1，样本房间分割图

图2，探头放置图

图3，光强探头电路图(其中R1为光敏电阻)

图4，逻辑转换电路图

图5，电平转换电路图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

首先，我们选取一个样本房间，将其划分为四个区域，如图1所示。在实际应用中，可根据房间空间的大小进行区域划分。在每个区域内放置一个光强探头，以及一个红外探头，如图2所示，其中单方向探测的为光强探头，四方向探测的为红外探头。我们采用的逻辑是：首先探测光强，如果足够，则关灯；如果不够则开始探测是否有人。如果区域内有人，则打开该区域内的日光灯，如果没人则关闭该区域内的日光灯。

由此将该系统分为输入部分、逻辑控制部分和输出部分。

1.输入部分

输入部分分为采集光强与采集人体信息两个部分。采集光强部分的电路，我们设计采用光敏电阻作为探测器，配合以迟滞比较器，实现对光强的探测。采集人体信息部分，对于人体的探测，我们采用红外的探头作为探测是否有人的元件。其中红外探头我们采用市场已有的成品，其型号为SUNSTAR SS-101，它是由红外热释电探头配合上BISS001芯片制作而成的，其参数为：锥角130度，有人时输出高电平脉冲，无人时为低电平。

采集光强部分，为了能够对其他区域日光灯对本区域的影响进行测量，我们则采用光敏电阻配合迟滞比较器，将探测光强转化为电压以后与原先设定的电压进行比较，以确定最后输出的数字量，如图3所示。其中，我们所使用的比较器为LM324放大器，这主要是考虑到其价廉且简便易用。

采集光强部分的电路的两路输出分别为迟滞上限和迟滞下限，我们将迟滞上限和下限之间的区域设定为其他区域日光灯开和闭之间的光强差值，当光强高于迟滞上限时，关灯；低于迟滞下限时，开灯；在两者之间的时候则保持原状。这样，我们所能探测到的光强就是自然光强叠加上别的区域的日光灯的光强。因此，在我们的系统里可以避免因其他区域开闭灯而影响到本区域的日光灯的开闭，同时也将其他区域的光线共享这一情况引入到系统当中来，更加人性化，更加的节能。

同时由于红外探头在有人的情况时是以高电平脉冲的形式输出，为了防止逻辑混乱，我们采用RC电路配合上单门限比较器形成电平转换电路将其转换成高电平，如图5所示。

综上，我们可以得到每一个区域中光敏探头和红外探头输出对应值表格：

2.逻辑控制部分

逻辑控制部分由逻辑转换电路和综合控制电路组成。其中逻辑转换电路采用数字芯片组成的电路，对前级输入的数字量进行逻辑转换以便适于控制电路的处理与控制。而综合控制电路则采用基于AT89C51单片机的控制电路。

由于输入部分由四个区域的八个探头组成，所以所得的输入信号为十二路，而我们设想采用常规方法，只开放单片机的P1的八个口作为控制电路的输入端，故我们需要应用逻辑转换对十二路信号进行逻辑处理使之转变为八路信号。为了编程的方便，我们对与前面输入部分的输出数据进行化简，并且重新定义开关灯的信号如下。由前面的真值表，我们得到其态序表如下：

我们定义对于单片机来说的输入信号：

输入电路输出的态序表为：

光敏输入	红外输入	输出
			00	0	01
01	0	01
			10	0	10
11	0	01
			00	1	00
01	1	11
			10	1	10
11	1	01

显然要在输入电路与单片机之间加入逻辑转换电路，如图4所示逻辑转换电路图中，A0接光强探头迟滞下限输出端口，A1接光强探头迟滞上限输出端口，A2接电平转换电路的输出端，F0接单片机该区域输入口的低位，F1接单片机该区域输入口的高位。我们所使用的数字芯片分别为74LS08(与门)、74LS04(非门)、74LS32(或门)。

在本实施例中，我们所使用的单片机的型号为AT89C51 20PI 9944。

由此，逻辑控制部分的硬件部分完成，接下来介绍其软件部分。

我们的逻辑是：当探测到需要关灯的状态时立即关灯，探测到开灯状态时则再采样一次进行比较来决定是否开灯，当探测到保持状态时控制部分不动作。

其中两次采样作比较是为了防止有人经过该区域而不是停留在该区域活动。当两次探测到都是高电平时，我们才认为该人确定地留在了该区域，需要开灯；当两次状态不一样的时候，我们则认为该人只是经过该区域，不需要开灯。由此我们得到了如下的程序：

ORG  0000

START：MOV    A，P1        ；将测得的数据放入寄存器A中

       JNB    ACC.0，NEXT1

LOOP1：JNB    ACC.2，NEXT2

LOOP2：JNB    ACC.4，NEXT3

LOOP3：JNB    ACC.6，NEXT4

AJMP          START        ；循环判断四个区域的情况

NEXT1：ACALL  DY5S

MOV    A，P1

JB     ACC.0，LOOP1

JB     ACC.1，NEXT5

CLR    P2.0                ；延时后，探测为“01”时关灯，然后跳转到下一区

RET

NEXT5：SETB   P2.0         ；探测为“00”时开灯，然后跳转到下一区

       AJMP   LOOP1

NEXT2：ACALL  DY5S

       MOV    A，P1

       JB     ACC.2，LOOP2

       JB     ACC.3，NEXT6

       CLR    P2.1             ；延时后，探测为“01”时关灯，然后跳转到下一区

       RET

NEXT6：SETB   P2.1             ；探测为“00”时开灯，然后跳转到下一区

       AJMP   LOOP2

NEXT3：ACALL  DY5S

       MOV    A，P1

       JB     ACC.4，LOOP3

       JB     ACC.5，NEXT7

       CLR    P2.2             ；延时后，探测为“01”时关灯，然后跳转到下一区

       RET

NEXT7：SETB   P2.2             ；探测为“00”时开灯，然后跳转到下一区

       AJMP   LOOP3

NEXT4：ACALL  DY5S

       MOV    A，P1

       JB     ACC.6，START

       JB     ACC.7，NEXT8

       CLR  P2.3            ；延时后，探测为“01”时关灯，然后跳转到下一区

       RET

NEXT8：SETB P2.3            ；探测为“00”时开灯，然后跳转到下一区

      AJMP  START

DY5S：MOV   TMOD，#01H      ；两次抽样之间的延时程序

      MOV   TH0，#3CH

      MOV   TL0，#0B0H

      MOV   IE，#82H

      SETB  TR0

LOOP：SJMP  $

      RETI

3.输出部分

输出部分我们采用的是继电器。其型号为HRS1H-S-DC5V(1A 120VAC 1A24VDC)。我们将继电器接在单片机的输出端口上，同时其控制的两端接上日光灯电路，由此即可形成弱电控制强电的电路。

Claims (1)

1.基于单片机的室内日光灯节能控制系统，其特征在于：包括输入部分、逻辑控制部分和输出部分；

输入部分分为采集光强与采集人体信息两个部分；

采集光强部分的电路，采用光敏电阻作为探测器，配合以迟滞比较器，实现对光强的探测，采集光强部分的电路的两路输出分别为迟滞上限和迟滞下限，我们将迟滞上限和下限之间的区域设定为其他区域日光灯开和闭之间的光强差值，当光强高于迟滞上限时，关灯；低于迟滞下限时，开灯；在两者之间的时候则保持原状，这样，所探测到的光强就是自然光强叠加上别的区域的日光灯的光强，迟滞比较器采用LM324放大器；

采集人体信息部分，采用红外探头作为探测是否有人的元件，同时由于红外探头在有人的情况时是以高电平脉冲的形式输出，为了防止逻辑混乱，我们采用RC电路配合上单门限比较器形成电平转换电路将其转换成高电平，红外探头采用型号为SUNSTAR SS-101；

逻辑控制部分由逻辑转换电路和综合控制电路组成，其中逻辑转换电路采用数字芯片组成的电路，对前级输入的数字量进行逻辑转换以便适于控制电路的处理与控制，所使用的数字芯片有与门(74LS08)、非门(74LS04)、或门(74LS32)；而综合控制电路则采用基于AT89C51单片机的控制电路；

逻辑转换电路输入端口(A0)接光强探头迟滞下限输出端口，输入端口(A1)接光强探头迟滞上限输出端口，输入端口(A2)接电平转换电路的输出端，逻辑转换电路输出端(F0)接单片机该区域输入口的低位，输出端(F1)接单片机该区域输入口的高位；

输出部分采用的是继电器，将继电器接在单片机的输出端口上，同时其控制的两端接上日光灯电路，由此即可形成弱电控制强电的电路，继电器采用型号为HRS1H-S-DC5V(1A 120VAC 1A 24VDC)。

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