CN205596391U - 基于单片机控制的教室智能led灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了是基于单片机控制的教室智能LED灯，该系统采用单片机为主控制芯片，外围电路主要包括数据信号采集模块和功率驱动模块。当压力传感器有一定值的信号输入时总电路开始工作，灯源打开；单片机再接收红外线人体感测信号及环境感测信号依次进行判断处理，若人体感测信号判断教室有人，灯继续保持开通，否则发出灯源的关断信号；若采集到的环境光强度达到一定值时不开灯，环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，且随着外界光照的强弱自动调节灯光亮度。

Description

基于单片机控制的教室智能LED灯

技术领域

本实用新型涉及节能智能灯具的设计，尤其涉及一种基于单片机控制的可红外线检测识别及光照强度自动调节教室智能LED灯的设计。

背景技术

随着科学技术的不断发展，人们的生活水平也不断提高，导致用电负荷的加剧，又由于世界性的能源危机，能源缺乏已成为世界所面临的严峻问题。而此问题对我国来说尤为严重。随着各类大、中专院校的扩招，教室的扩建，教室照明的需求也越来越多。由于同学们的自觉节能意识薄弱，在光线足够强时也开灯，课上完离开教室后灯还亮着的现象普遍存在；而且，节能规划极为欠缺，教室的灯光控制由管理人员手工代替，教室极多，管理人员忙不过来，这样就造成不必要的电能浪费和经济损失。基于以上种种原因，提高教室用电效率就成为学校节能的重要且主要的措施之一，教室灯自动控制系统的设计无疑就成为其中一项重要课题。

研究表明，人眼对光线的感受是非线性的，因此将亮度级降低10％以上人却觉察不到亮度的变化，这样就可以节省将近10％的电能。假如将调光级别降低50％，就可以节省约40％的电能。如果采用智能调光就可以将灯的亮度逐渐调到预设级别，不仅节省了电能而且还会极大地延长灯的使用寿命。

如今，我国照明用电约占社会总用电量12％，采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节电60％-80％。如今，北京正在大力推行绿色照明工程，己推出上百万只绿色照明光源和部分节能电器，据估算年节约用电可达3442万千瓦时，节约电费2519.7万元。政府已经在商厦、学校、医院等更换24万只节能灯具。在奥运工程的建设上、也大量运用节能技术，北京的奥运厂馆“水立方”，通过采用大量的节能灯具，装备新技术，通过增强透光性白天可节约照明能耗50％。

随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。楼宇智能化的发展与成熟，也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。

目前，对灯光的智能控制，国内外已经开始采用，但对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，经济损失，这种的浪费与当今的节约能源理念相违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。例如楼道灯光的自动控制等等。所有这些使得教室灯光控制也应该朝着智能的方向发展。于是，开发便捷，实用的教室灯光自动控制系统便具有重要的现实意义。

发明内容

本实用新型旨在开发出一套成本低廉、高精度、高灵敏度、主要满足学校教室应用场合的智能灯具。该系统采用了当今比较成熟的传感技术和微机控制技术，利用多参数来实现对学校教室室内照明的控制。

本实用新型以单片机AT89C51为主控芯片，能够实现通信、信号采集、控制与显示等功能。使用光电子镇流器，使光源具备自动调节功能。教室灯光控制器可实现有效的教室灯光智能控制。其输入参数主要是压力信号，红外线人体感测信号和环境光信号等的外界因素，环境光的强度达到一定值时不开灯，环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，且随着外界光照的强弱自动调节灯光亮度。

光敏管用于对亮度测量，再用单片机设计控制器输出PWM，调节LED驱动功率，实现亮度的自动控制。采用8个串联的LED灯组，在恒流驱动电路基础上并接了N型MOSFET功率器件实现PWM控制，调节的范围为0-100％，当占空比低至1％时输出电流仍可以保持稳定。LED驱动电路可以使输出电流从5mA到350mA之间进行调节，驱动电路采用Boost电路的原理，将12V输入电压提高使得其可以驱动8个串联的LED，LED驱动电路是以离散的方式调节输出电流，输出电流调节区间为5mA，在LED灯组上串联一个采样电阻用来检测流过的LED电流，检测到的电流反馈到控制器，控制器可以改变Boost电路调节开关的占空比，因而可以调节输出电流。理论和实验证明用这种方式来对教室灯进行智能控制可以实现上述目标。

教室灯光控制器一般安装在教室内避开电灯直射的位置，且人体传感器安置时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直，这样可使人体 存在信号采集更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感器。此外，研究的教室灯光控制系统能用于现有教室照明系统的改造，实现对照明系统的人性化智能管理，提高用电效率；通过键盘进行亮度参数设置，实际亮度可以实时显示，实现自动、手动灯光控制相兼容，以降低成本；通过反复试验和改进，最终达到可靠性、实用性、推广性较好的目标。

本实用新型是基于单片机控制的教室智能LED灯设计，该系统主要由控制模块、数据信号采集模块、及驱动模块组成，其中由压力信号采集电路、红外线人体感测电路、环境光照信号采集电路构成的数据信号采集模块直接与单片机相连，单片机输出部分连接LED的驱动模块，进而控制LED灯。

(1)控制模块：

此处采用以单片机AT89C51为主控制芯片，用来接受到数据采集模块中发来压力信息，红外线人体感测信息及外界光照信息后进行编译处理后，发出执行指令的驱动信号传到功率驱动模块中，进而控制灯的熄灭和光照亮度。

(2)数据信号采集模块：

主要由压力信号采集电路，红外线人体感测信号电路和环境光照信号的采集电路构成，其中，压力传感器采用LEEG公司的DMP305X，红外线人体感测模块采用富能圆公司生产的BR-0071，环境光照信号的采集电路原理如图4所示。当压力传感器有一定值的信号输入时总电路开始工作，灯源打开；单片机再接收红外线人体感测信号及环境感测信号依次进行判断处理，若人体感测信号判断教室有人，灯继续保持开通，否则发出灯源的关断信号；若采集到的环境光强度达到一定值时不开灯，环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，且随着外界光照的强弱自动调节灯光亮度。

(3)功率驱动模块：

驱动电路采用Boost电路的原理，将12V输入电压升高使其可以驱动8个串联的LED，在恒流驱动电路基础上并接了N型MOSFET功率器件实现PWM控制，PWM方式是通过每秒钟多次的接通和断开电源来调节发光亮度，开关之间的时间比率同发光亮度成正比关系。

附图说明

图1是主控制原理框图

图2是系统原理结构框图

图3是程序算法流程框图

图4是环境光照采样电路图

具体实施方式

本实用新型所依据的主控制原理框图如图1所示，单片机作为整个系统的控制核心，外围的红外线传感器电路、光强检测电路及压力传感器电路组成数据采集模块，单片机接收到采样信号进行判断处理后发出控制信号，进而去触发驱动电路，最后达到控制LED灯光强及开闭的目的。

具体实现过程的程序算法流程框图如图3所示，在总开关闭合时，系统一直处于待机状态，当教室有人进入时，放在门口的压力传感器就会检测到信号传给单片机，此时单片机给驱动电路发出开通指令，灯就会打开。灯开后，环境光照信号的采集电路开始采集外界光照强度，送给单片机来判断跟设定值的大小，当采样值大于设定值时，单片机通过增加PWM波的导通时间T_on来增大光照强度，若采样值小于设定值时减小PWM波导通时间来调小光照强度，否则保持光强不变。在下一步，红外线检测电路开始工作，当检测到有人存在时，灯保持开通，继续采样外界光照强度与设定值比较，达到随时调节光照的目的，若红外线检测电路检测教室里无人时，关闭灯并返回到待机状态。

图4所示为环境光照的采样电路图，工作原理为当教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D3呈现低阻状态即小于1kΩ，三极管Q1的基极电压将增大，使三极管Q1饱和导通，进而使三极管Q1集电极输出低电平，不参与其工作。教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D3呈现高阻状态大于100kΩ，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R10是作为调节室内环境光光照强弱灵敏度参数的器件，其阻值的改变，将会使三极管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。

Claims (1)

1.基于单片机控制的教室智能LED灯，其特征在于：包括控制模块、数据信号采集模块、驱动模块；其中控制模块采用以单片机AT89C51为控制芯片，用来接受到数据采集模块中发来压力信息，红外线人体感测信息及外界光照信息，进行编译处理后，发出执行指令的驱动信号传到功率驱动模块中，进而控制灯的熄灭和光照亮度；数据信号采集模块主要由压力信号采集电路、红外线人体感测电路、环境光照信号的采集电路构成，其中，压力传感器采用LEEG公司的DMP305X，红外线人体感测模块采用富能圆公司生产的BR-0071；功率驱动模块采用Boost电路的原理，将12V输入电压提高使得其可以驱动8个串联的LED，在恒流驱动电路基础上并接了N型MOSFET功率器件实现PWM控制，PWM方式是通过每秒钟多次的接通和断开电源来调节发光亮度，开关之间的时间比率同发光亮度成正比关系；由压力信号采集电路、红外线人体感测电路、环境光照信号采集电路构成的数据信号采集模块直接与单片机相连，单片机输出部分连接LED的驱动模块，进而控制LED灯。