歐海燕 翁秋華 陳業(yè)旺

(1．福建工程學(xué)院，福建 福州 350118；2．福建省氣象信息中心，福建 福州 350001)

室內(nèi)燈光智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

歐海燕1翁秋華2陳業(yè)旺1

(1．福建工程學(xué)院，福建 福州 350118；2．福建省氣象信息中心，福建 福州 350001)

本文設(shè)計(jì)了一套以HT66F70A為主控芯片的智能燈光控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模式、手動(dòng)模式轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)通過(guò)亮度感應(yīng)模塊采集外界光、熱釋紅外人體傳感模塊采集人員檢測(cè)信號(hào)，結(jié)合遙控器控制方式，通過(guò)單片機(jī)程序控制繼電器對(duì)照明燈進(jìn)行有效操控。它不僅能有效判斷人員是否存在，還能人性化選擇室內(nèi)照明方式，具有比較重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

HT66F70A；熱釋電紅外探測(cè)；智能控制；單片機(jī)；亮度采集

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，如今人們生活水平也在不斷提高，對(duì)于生活智能化程度提出了更高的要求[1]，智能化將成為未來(lái)家電發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外在早幾年已經(jīng)開(kāi)始了燈光智能控制的研發(fā)和應(yīng)用，但我國(guó)在這一方面仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方國(guó)家，國(guó)內(nèi)因沒(méi)使用有燈光智能控制造成的用電浪費(fèi)已經(jīng)成為一個(gè)普遍現(xiàn)象[2]。

傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械開(kāi)關(guān)控制，開(kāi)關(guān)位置固定，不方便人員控制，且存在一定安全隱患。隨著電子技術(shù)的提高和應(yīng)用，照明系統(tǒng)有了聲控、光控等多種控制方式。這種控制方式與傳統(tǒng)控制方式相比，具有更加智能、靈活、節(jié)能等特點(diǎn)。由于聲控?zé)綮`敏度不夠，易造成噪聲污染，而光控照明操作單一。所以，從人性化角度而言，聲控照明系統(tǒng)不夠理想，光控照明不夠智能化。為了使控制燈光能夠更加方便和智能，減少一些不必要的電能損失。本設(shè)計(jì)采用熱釋紅外傳感器以檢測(cè)人員的存在與否，及時(shí)讓照明燈作出反應(yīng)，進(jìn)而減少電能的浪費(fèi)。采用亮度感應(yīng)器檢測(cè)環(huán)境中光的強(qiáng)度，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)環(huán)境光的強(qiáng)弱信號(hào)與人體是否存在進(jìn)行智能判斷，之后發(fā)送信號(hào)給單片機(jī)處理，通過(guò)繼電器自動(dòng)控制燈的亮滅，代替了傳統(tǒng)的人工手動(dòng)控制，通過(guò)可控硅控制燈光亮度，同時(shí)，本設(shè)計(jì)設(shè)定多種燈光效果，供用戶選擇，并可通過(guò)無(wú)線遙控實(shí)現(xiàn)控制，這無(wú)疑讓我們更加省時(shí)省力，并通過(guò)視覺(jué)帶來(lái)一定的放松，這正是如今生活節(jié)奏極快的人們所需的。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本設(shè)計(jì)以單片機(jī)主控模塊為核心，由遙控模塊、亮度感應(yīng)模塊、熱釋紅外人體傳感器、強(qiáng)制開(kāi)光模塊、繼電器控制模塊等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

亮度感應(yīng)模塊根據(jù)環(huán)境光亮強(qiáng)度采集到的信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳送到單片機(jī)，單片機(jī)把亮度感應(yīng)模塊采集到的外界光及熱釋紅外人體傳感模塊采集到的有人無(wú)人信號(hào)和單片機(jī)中預(yù)先設(shè)定的控制信號(hào)相比較，當(dāng)這二者滿足所設(shè)條件時(shí)通過(guò)繼電器模塊操控室內(nèi)燈光的開(kāi)關(guān)。開(kāi)啟燈光有一定照度[3]，對(duì)應(yīng)模式是“回家模式”。室內(nèi)還有其他模式，它們分別是“會(huì)客/工作模式”、“觀影模式”、“睡眠模式”、“離家模式”，各模式的切換分為自動(dòng)模式與手動(dòng)模式：

（1）自動(dòng)模式：用遙控設(shè)置其為自動(dòng)模式后，單片機(jī)將實(shí)時(shí)采集得到的光強(qiáng)度分為多個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)上述幾種燈光模式，當(dāng)檢測(cè)到人員時(shí)燈光將開(kāi)啟為當(dāng)前光強(qiáng)等級(jí)所對(duì)應(yīng)的模式。

（2）手動(dòng)模式：此模式下若想切換燈光效果，則需通過(guò)遙控器切換。

為了防止遙控器失靈或丟失時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法正常工作，本設(shè)計(jì)還設(shè)計(jì)了強(qiáng)制開(kāi)關(guān)模塊，手動(dòng)關(guān)閉燈光。

2.2 HT66F70A單片機(jī)主控模塊介紹

選用HT66F70A單片機(jī)作為主控芯片。HT66F70A單片機(jī)工作電壓2.2V~5.5V（fSYS=8MHz），內(nèi)建8MHz振蕩電路，可不需再外接任何元件，具有Flash Type程式記憶體，容量16K*16Bit，低電壓CMOS微控制器[4]。上電后該芯片即可運(yùn)行，不需要復(fù)位電路、振蕩電路。

HT66F70A單片機(jī)引腳圖如圖2所示：

圖2 T66F70A單片機(jī)引腳圖

2.3 熱釋紅外人體感應(yīng)模塊及強(qiáng)制開(kāi)關(guān)模塊設(shè)計(jì)

(1)熱釋紅外人體感應(yīng)模塊設(shè)計(jì)

人的體溫一般穩(wěn)定在37℃，所以人體會(huì)發(fā)出波長(zhǎng)為10μm左右的紅外線[5]。而被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器，就是以探測(cè)人體發(fā)射的10μm紅外線進(jìn)行工作的，以此來(lái)判斷人員是否存在，確定是否開(kāi)燈。

該部分電路由被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器、紅外熱釋電處理芯片BISS0001組成的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)信號(hào)[6]、信號(hào)放大電路3部分組成。其電路圖如圖3所示。

當(dāng)被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器有信號(hào)輸出(小信號(hào))送到BIS0001的14腳時(shí)，其內(nèi)部放大器OPl將熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大，然后由電容和電阻耦合給BIS0001的10腳，經(jīng)內(nèi)部放大器COP2進(jìn)行第二級(jí)放大，再經(jīng)內(nèi)部的電壓比較器COPl和COP2雙向鑒幅器處理后，輸出有效觸發(fā)信號(hào)，啟動(dòng)BIS0001內(nèi)部的延遲時(shí)間定時(shí)器。由2腳的輸出信號(hào)(即BIS0001的輸出信號(hào))比較微弱，為了保證整體系統(tǒng)中有可抗干擾的功能，需要對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大，最后將放大后的信號(hào)輸入到HT66F70A單片機(jī)中。

圖3 熱釋紅外人體感應(yīng)電路圖

(2)強(qiáng)制開(kāi)關(guān)模塊

采用按鈕對(duì)HT66F70A單片機(jī)引腳pa4作用，強(qiáng)制關(guān)閉燈光。

2.4 紅外接收模塊設(shè)計(jì)

為了減少干擾，采用性價(jià)比較高的HS0038芯片，它接收頻率為38kHz、周期約26μs的紅外信號(hào)，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形，得到 TTL電平的編碼信號(hào)，再送給HT66F70A單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼并執(zhí)行控制燈光命令，其電路圖如圖4所示：

圖4 紅外接收電路圖

2.5 繼電器調(diào)光模塊設(shè)計(jì)

該模塊巧妙地將繼電器控制運(yùn)用于單向可控硅調(diào)壓。接通市電后，220v交流電經(jīng)整流后在可控硅兩端形成脈動(dòng)直流電壓，再經(jīng)51k電阻降壓后作為觸發(fā)電路的直流電源。整流電壓經(jīng)繼電器控制的多個(gè)電阻對(duì)電容充電。當(dāng)Uc達(dá)到開(kāi)啟電壓時(shí)可控硅導(dǎo)通，此時(shí)電容放電Uc減小，而后可控硅又關(guān)斷，以此周而復(fù)始。此電路中繼電器通過(guò)調(diào)整控制級(jí)的阻值改變可控硅導(dǎo)通角，從而達(dá)到調(diào)光效果。其中HT66F70A單片機(jī)通過(guò)pb口控制繼電器。

2.6 遙控模塊設(shè)計(jì)

紅外遙控發(fā)射數(shù)據(jù)采用調(diào)制的方式，調(diào)制載波頻率與接收頭吻合，為38KHZ，紅外信號(hào)通過(guò)紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。遙控器上不同的鍵值對(duì)應(yīng)繼電器的開(kāi)、閉狀態(tài)。

3 軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

當(dāng)系統(tǒng)上電，單片機(jī)通過(guò)設(shè)置70A開(kāi)啟外部中斷INT1，用以檢測(cè)以BISS0001芯片為核心的電路經(jīng)濾波、放大后得到的光信號(hào)與熱釋電傳感器的信號(hào)，進(jìn)行閾值判斷，是否檢測(cè)到人，若有人且光信號(hào)達(dá)到預(yù)設(shè)值則點(diǎn)亮照明燈，否則關(guān)閉。

遙控器部分采用了NEC協(xié)議，將紅外一體化接收頭的輸出脈沖用_pa3引腳的外部中斷INT0功能接收，利用簡(jiǎn)易型TM檢測(cè)脈寬，實(shí)現(xiàn)紅外解碼功能，且TM設(shè)置了比較匹配中斷響應(yīng)，防止TM計(jì)數(shù)異常。

由于70A的系統(tǒng)時(shí)鐘選取了fH/2，選用此系統(tǒng)時(shí)鐘不需要其他外部器件，無(wú)需額外引腳。采用74hc573芯片用以驅(qū)動(dòng)照明燈，將部分I/O口設(shè)為輸出模式，以控制照明燈和繼電器，配合遙控器設(shè)置“回家”、“會(huì)客/工作”、“睡眠”、“觀影”、“離家”模式，通過(guò)按鍵選擇需求模式，有效調(diào)節(jié)照明亮度。

4 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

通過(guò)硬件和軟件調(diào)試，實(shí)物測(cè)試結(jié)果有：

（1）當(dāng)檢測(cè)到人時(shí)燈亮情況，當(dāng)人離開(kāi)時(shí)燈滅情況，對(duì)應(yīng)結(jié)果如圖6所示：

圖6 人員在與不在燈狀態(tài)

（2）遙控器選擇“會(huì)客/工作”、“觀影”、“睡眠”、“離家”模式，對(duì)應(yīng)結(jié)果如圖7所示：

圖7 遙控器選擇4種模式

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一套基于HT66F70A主控的單片機(jī)智能燈光控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由遙控模塊、亮度感應(yīng)模塊、熱釋紅外人體傳感器等組成。該系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)人員的存在與否，進(jìn)而控制照明燈光，人員也可以通過(guò)遙控器控制照明燈的亮度與亮滅。該系統(tǒng)使照明設(shè)備的使用更靈活，也更加方便，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)燈光亮度，選擇燈光效果，更具人性化。此系統(tǒng)能通過(guò)遙控器控制照明燈，比傳統(tǒng)的照明燈更加智能，同時(shí)通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)人員存在與否控制照明燈以減少不必要的電能損失，更節(jié)能。

[1]陳臣．基于Android的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]．湖南：湖南師范學(xué)院，2016．

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[3]魏立明．建筑電氣照明技術(shù)與應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015．

[4]鐘啟仁．HT66Fxx Flash 單片機(jī)原理與實(shí)踐[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社．2012．

[5]陳文星，付繼宗，魏建英．基于BISS0001信號(hào)放大電路的人體紅外感應(yīng)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)[J]．電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，2013(2)：66-68．

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Design of the Intelligent Lighting Control System in Indoor Lighting

Ou Haiyan1Weng Qiuhua2Chen Yewang1
（1.Fujian University of Technology,Fuzhou 350118,Fujian; 2.Fujian Meteorological Information Center,Fuzhou 350001,Fujian）

tract】 In this paper,a set of intelligent lighting control system based on HT66F70A is designed to realize the shift between automatic mode and manual mode.The system controls light effectively through brightness sensor module which collects external light signal and pyroelectric infrared sensor module which collects personal infrared signal,combined with the remote control which can control indoor lighting with single-chip microcomputer program controlling the relay.It not only can effectively judge whether human exists,but also can choose the way of indoor lighting,having important practical value.

words】 HT66F70A;pyroelectric infrared detection;intelligent control;single-chip microcomputer;brightness collection

TP273.5；TP368.1

A

1008-6609(2017)04-0050-04

歐海燕（1983-），女，福建莆田人，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)、通信技術(shù)。