随着各类大、中专院校的扩招,教室扩建、照明设备需要急剧增加,而由于管理的不到位以及照明系统本身的局限性,往往造成电能的巨大浪费。传统的灯控系统一般是基于声或光控制,存在检测方式单一、不够灵敏、精度不高、范围低等缺陷,经常会有电能的浪费。因而,设计一个智能灯控系统很有必要。
依据节能、环保的要求,设计出基于多探测传感器的智能灯控系统,可以大大提高灯控系统的可靠性、探测能力,特别适用于高校教室、楼道等公共场合,实现灯控的智能化,从而节约电能、环保,方便管理,具有重要的现实意义。
本系统以单片机AT89S52为核心,采用光照检测、声控以及步进电机旋转热释电红外等传感器进行环境探测。系统首先启动可见光模块,通过光一流一压转换后,经过A/D转化为数字量并通过液晶显示。若是电压较小,说明了亮度不够,则继续检测声音。若是声音较大,则在短时间内调用步进电机模块,检测是否有人;否则,每隔15 min定时检测。因为在实际过程中,设置声光的阈值都缺乏直观性,所以使用液晶电压显示进行判断。光、声的阈值可以根据不同地方的实际情况通过软件进行调整。
硬件模块
系统电源模块:硬件电路中多次利用+5 V、-5 V电压,为供电方便,使用芯片ICL7660,将+5 V电压改变为-5 V电压。
液晶显示模块:采用1602字符型液晶显示屏,将单片机输出的光、声电压值显示在屏上,便于设定光、声的阈值。数据端和单片机P0口相连。控制端RS、R/W、E分别与P2.4、P2.5、P2.6口相连。
模数转换模块:本模块选用Philips公司的PCF8591芯片作为核心元件,它是一种具有I2C总线接口的8位A/D、D/A转换芯片,在与CPU的信息传输过程中仅靠时钟线SCL和数据线SDA就可以实现。PCF8591为单一电源供电(2.5~6V)典型值为5 V,CMOS工艺。该芯片有4路8位A/D输入,属逐次比较型,内含采样保持电路;1路8位D/A输出,内含有DACPCF8591的A/D转换为逐次比较型,在A/D转换周期中借用DAC及高增益比较器。
软件设计
当有光(自然光)时,不管教室是否有人和声响,都将关闭电源,所有灯具不会点亮。当无光(自然光)时,若有人或者附近有异常声响时,则在短时间内旋转步进电机,使用红外热释电模块检测是否有人:若无声音,则不开启(动态检测)。经过可调整的时间后定时旋转步进电机,进行检测(静态检测)。
结束语
本课题主要是针对高校教学楼照明管理中电能浪费的现象,设计了基于模拟人眼视觉可见光传感、声传感及热释电红外(静、动态双模式)传感实现综合检测与灯控功能。从而大大提高灯控系统的可靠性和探测能力。整个灯控系统是由一个主控中心、多个分控中心和更多单元节点组成的多层网络。该系统特别适用于学校教室、楼道和其他公共场所。实验证明,该系统安装方便、工作稳定、可靠性高,是一种较高实用价值的智能灯控制系统。此外,本课题在研究具体的节点设计以外,通过设计其网络特性,可与物联网的发展融合,具有良好的扩展性。