基于热释电红外传感器的智能照明控制系统设计

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基于热释电红外传感器的智能照明控制系统设计

作者：杨亚豪 尤少军 孙华青 刘庆蕾 张洋洋 来源：《科技视界》2019年第17期

【摘 要】在我国整体用电能耗中，照明用电占有很大部分的比例，很多时候没有人但是照明用电依然满功率工作，在节能减排大环境下，照明控制系统的设计显得非常重要。针对这种情况设计了一种智能照明控制系统，利用热释电红外传感器实现了人来灯亮，人走灯暗，PWM调光实现LED亮度调节，光敏电阻实现灯白天不亮，夜晚亮。本文详细地介绍了该系统的结构和工作原理以及系统的软硬件设计。

【关键词】照明控制系统;节能;热释电;PWM调光

中图分类号： TP273 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）17-0027-002 DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.011

A Design of Intelligent Lighting Control System Based on Pyroelectric Infrared Sensor YANG Ya-hao YOU Shao-jun SUN Hua-qing LIU Qing-lei ZHANG Yang-yang

（Department of Mathematics and Science ， Huanghe University of Science and Technology， Zhengzhou Henan 450000， China）

【Abstract】Among our country whole power consumption， the power consumption with regard to the lighting takes major rate. When there are no people the power consumption of lighting still shows full charge work in many times. It is obvious very important for the design of lighting under the energy save and reduce discharge environment. In view of this situation， an intelligent lighting control system is designed. The pyroelectric infrared sensor is used to realize the brightness adjustment of LED， the PWM dimming is used to realize the brightness adjustment of LED， and the photoresistor is used to realize the brightness adjustment of LED during the day and at night. In this paper， the structure and working principle of the system and the design of software and hardware of the system are introduced in detail.

【Key words】Lighting Control System;Energy Saving;Pyroelectric;PWM Dimmin 0 引言

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隨着日常家居使用的照明系统技术不断更新升级，照明控制系统存在的问题也逐渐暴露了出来，如白天灯的亮度无法适当的进行变换，而夜晚因亮度突然变换引起的不适。目前在室内的智能照明控制的领域当中，智能照明系统的节约能源率理论上可以达到百分之十五至百分之七十五，延长光源寿命二至四倍。一般可以节能约百分之十至百分之十五，好一点的大概也可以接近百分之三十左右。同时，因为它对照度的灵活控制，又实现了电能的节省。在节能减排的大环境下，智能照明控制系统必将脱颖而出，成为时代的新宠。 1 智能照明控制系统的工作原理 1.1 智能照明控制系统的组成

本文设计的智能照明控制系统是由热释电、光照检测电路、PWM调制等模块组成，热释电模块接收人体发出的热信号，以控制灯实现人来灯亮，人走灯暗的功能;光照检测电路主要是使用光敏电阻来实现对灯的控制，实现白天灯不亮，夜晚灯亮的功能;PWM调光模块主要是通过单片机程序控制输出高低电平来改变电路电流，本系统主要使用PWM调光功能来完成人来灯亮100%，人走，延迟一段时间后，灯亮30%的功能。 1.2 PWM调光原理

脉冲宽度调制（PWM）用于调节电压、电流和功率[1-2]。脉冲宽度调制（PWM）是利用微处理器调节电压、电流的技术。通过对模拟电路进行数字化控制，有效地控制、调节LED灯的亮度可以大大降低系统的不足[3]。脉宽调制的主要功能就是通过数字输出信号完成对模拟信号的控制和调解。理论上，脉冲宽度调制可以对任何模拟信号进行编码[4-6]。 1.3 热释电红外传感器原理

热释电红外探测器的原理与特性：热释电红外探测器的原理主要是电荷的变化，不断地失去电荷，又不断地补充电荷，利用中间时刻电荷失去了稳定的平衡这个过程，在被元件检测和处理之后，产生了可用信号。一旦检测到人体信号，人体发出的红外辐射将由热释电模块处理，产生高电平。 1.4 光照检测电路原理

光敏电阻器可以利用光照来改变阻值，它利用了光敏电阻特有的属性—半导体光电导效应。正向变化的光敏电阻，阻值随着光照强度正向变化，增加阻值;反相变化的光敏电阻，阻值随着光照强度反向变化，降低阻值。本设计采用的是正向变化的光敏电阻来实现光照检测电路的功能。

2 硬件电路的设计 2.1 整体电路设计

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本文所探究的智能照明控制系统以单片机为主，主要包括了四个大的模块：单片机模块、PWM调光模块、热释电模块、光照检测模块。智能照明控制系统的整体电路图如图1所示。 2.2 智能照明控制系统单元电路设计 （1）热释电模块传感接口电路设计

热释电红外传感器电路如图1所示。+5V端为电源正极;P10端为信号端，接收人体释放的热信号，对应单片机P10引脚;GND端为电源负极，接地端。 （2）光照检测电路设计

在光敏电阻的两端加上+5V的电压，当光照强度改变的时候，光敏电阻的阻值也随之变化，从而控制LED灯实现白天不亮，夜晚亮的功能;滑动变阻器与光敏电阻串联构成分压电路，以控制端口输出，达到根据不同的光照度亮灯的效果。 （3）PWM调光程序设计

本系统采用PWM进行亮度调制，由于现在许多微型处理器都集成了PWM控制器，使得调光变得更加方便，只需要通过Keil平台完成对应的代码的编写即可实现我们所需要的功能。

3 软件编写与调试工作 3.1 系统程序流程

智能照明控制系统通过热释电模块接收人体信号，检测是否有人经过，从而触发PWM调光程序来实现调节LED灯的亮度。当系统检测到有人经过时，PWM占空比为100%，此时LED灯亮度为100%亮度;当系统检测没有人经过时，PWM占空比为30%，此时LED灯的亮度為30%亮度。

3.2 PWM调光程序流程

软件程序的设计与编写对于有单片机控制的系统来说至关重要。本系统的设计主要围绕PWM调光展开，所以主要代码程序就是PWM调光程序。定时中断产生PWM调光信号流程图。

3.3 智能照明控制系统的调试和检测

将成品实物放置在较亮的环境测试，发现系统无论有没有人经过，LED灯始终不会亮;然后，将成品实物放置在较暗的环境测试，发现没有人经过时，LED灯的亮度始终较暗。将成