多功能智能照明系统

【摘要】现代社会照明系统应用广泛，大到体育馆大功率照明系统，小到个人台灯，照明系统的多功能化与智能化将有利于人性化操作与节约能源。本设计基于STC89C52RC单片机，作为逻辑处理核心，HC-SR501，HC-SR04，TLC549等数字芯片，实现自动识别人在灯亮，人走灯灭;随外界光强自动调光或手动调光;测量人眼距书本距离;长时间工作报警提醒;测量室内温度等功能。并且通过液晶显示测量信息，便于人机交流。

【关键词】单片机;TLC549;智能;光敏电阻;LM016L液晶;人机交流Pwm

目前市场市场上的照明系统，多采用人工控制的模式，而所谓的节能灯也只是采用了Led灯管照明，没有从根本上实现智能节能的目的。而本照明系统采用单片机作为处理中心，通过光敏电阻采集外部光强信息，并且转化为电压信号，通过Ti公司生产的TLC549数模转换芯片，转化为数字信号输入单片机进行处理，通过Pwm方式，调节输出的电压，从而实现了自动调光。

在控制方面，采用了人工和智能控制两种模式，可以自由转换。本系统既可以用作室外大功率照明电路，也可以用于个人的台灯，通过安装本系统可将普通台灯改造成智能多功台灯。

一、实现原理

图1 系统总图

二、硬件设计

1.红外检测人体电路（总开关）

利用芯片Hc-Sr501红外检测模块，探测是否有人体在照明系统，发送0，1信号给单片机进行逻辑判断，在照明系统中，此部分电路作为智能的总开关，实现自动的人走灯灭。

2.外界光强采集电路

采集光强，本系统用了光敏电阻，以及Ti公司生产的TLC549模数转换芯片完成，特别的在光敏电阻两段并联电容，用来保持采集电压的稳定性。TLC549模数转换芯片采用串行方式与单片机连接，大大的节约了单片机的I/O口的使用。通过数模转换，将由光信号转化过来的模拟电压信号转化成了0到255的数字信号（8位二进制数），从而转化为了单片机可以识别处理的信号。

3.模式转换及人工控制按键

本系统设有5个按键，用于人工控制系统定时报警与亮度强弱，以及智能控制和人工控制之间的模式转化，体现了人机交流的智能性。

4.超声波测距电路，温度测量及长时间工作报警电路

当本照明系统用于制作智能台灯时，有必要安装超声波测距电路（HC-SR04），利用超声波的反射原理，测出时间，乘上声速的1/2，即可计算出人眼距离书本的距离，当距离小于25cm时，系统认定距离太近，对看书者视力不利，将会通过由三极管，蜂鸣器组成的报警电路发出尖锐的报警声。

本系统使用芯片DS18B20作为温度测量电路，芯片与单片机P1.7口相连，通过读写程序，DS18B20可以测量室内温度。

考虑到长时间看书会使人感到疲惫，伤害眼睛，本系统还设计了可供用户自定义的定时系统，用户可通过按键来增加或者减少智能台灯定时时间，时间到时系统会通过蜂鸣器报警，提醒用户注意休息，体现了本系统的人性化特点。

5.PWM波形输出

系统通过改变PWM脉冲高电平占空比既可以改变输出电压，达到调光的目的。系统用于大功率时，使用可控硅（大功率）放大单片机电流;系统用于台灯等小型用电设备时，用三极管放大电流。

6.显示电路

本系统使用液晶1602作为一系列参数测量值的显示模块，分别显示定时时间，人眼距书本距离，光照等级，室内温度。

三、软件设计

本系统采用STC89C52单片机作为控制核心，相应的读取和控制信号由它来判断和产生。包括读取按键信息，模数转换，超声波发射与接受，温度测量，Pwm波形输出，定时器，报警电路，液晶显示等程序模块。

1.按键检测

本系统的5个按键分别接在单片机的P3口上，其中模式转化按键接在单片机P3.3上，利用单片机外部中断2，使用下降沿触发，进入中断程序，切换控制模式。

其余4个按键都用If语句判断是否按下，并且配有按键消抖程序。

/*if（anjian1==0）

{delay（500）;

if（anjian1==0）*/

2.模数转换模块

使用Ti公司生产的TLC549芯片，通过程序可将采集的电压（模拟量）转化为8位二进制数。

3.超声波发射与接受

利用单片机内部计数器，计算出超声波发射反射时间，通过如下语句计算出距离。

/*S=（time*1.7）/100; */

4.Pwm波形的输出

Pwm意为脉冲宽度调制，本系统通过读取外界光强值或读取按键值改变Pwm定时器的比较值jd，从而改变高电平占空比，改变输出电压值。

if（count<jd） PWM1=0;

else    PWM1=1; //定时器中断程序

四、结束语

本系统采用单片机控制的方式设计多功能智能照明系统，灵活的应用单片机内部定时器中断，外部中断，实现了多功能化。其控制方式智能，人性化，具有温度测量，距离测量，定时报警与显示功能。采用可控硅等大功率开关电路，实现以弱控强，以单片机弱小的电流驱动台灯，室外照明灯等大功率电路。

应用范围广泛，可应用于室外大功率照明，亦可以用于个人小功率台灯照明。通过PCB制版，系统电路板可小于10*10cm内，成本在10到20块之间，具有很好工业化生产的条件。

参考文献

[1]杨宁，胡学军.单片机与控制技术[M].北京：北京航空航天大学出版社.

[2]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京：人民邮电出版社.