基于单片机的智能感应灯设计

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　引言
　　能源日益紧张的今天，产品设计的主要考虑要点就是节能了。既节约又能合理利用电能的设计更应是产品设计的主要目标。同时，照明灯具发展到今天，发展方向逐步转向低成本、自动化阶段。先进今市场上的各种感应灯已基本实现自动控制功能。但仍然存在一些不足之处。 红外自动感应灯受到红外发射角度的影响。无法在较大的范围形成有效的感应空间。
　　单片机因体积小、重量轻、成本低廉、灵活性好、易于开发与应用等优点而被广泛应用于工业自动化、生产过程控制、智能化仪器、仪表等领域。随着照明用电量占总用电量比例的不断增加，人们努力实现照明灯具的智能控制。单片机自然成了照明灯具实现智能化的首选器件。但有些设计都过于复杂，也忽视了教室马路等用电量较大的场所为人照明的基本作用。所以，人是否存在的检测也是至关重要的。实现大角度大范围人存在与否的检测可用微波传感器实现。本文从节约和合理利用电能角度出发，设计一种智能感应灯。采用微波传感器实现教室马路等大范围空间感应控制。利用单片机智能控制灯具点亮及持续时间。
　　1 智能感应灯设计的理论探究
　　1.1 各种感应灯的优缺点
　　市面上的各种感应灯在一定的程度上都忽略了一个硬性的问题：HP灯具点亮的时间会受到各个方面的限制，显得不够灵活。如微波感应灯在硬件电路上点亮时间设置不够灵活；电容感应式自动灯、触摸式照明灯和红外感应自动照明灯。有效感应距离或感应范围较小：光控照明电路在没有人的情况下无法及时熄灭等等。这些现象使得电能利用不够合理。
　　1.2 主要困难及解决方案的提出
　　合理有效地利用电能是完全可以实现的，但存在一定的困难。现将主要困难及可能解决方案在表1中列出。根据教室和马路等大范围空间的实际情况，决定采用微波传感器的大范围感应空间和单片机的智能控制设计智能感应灯系统，实现电能的合理有效利用。



　　2 智能感应灯的设计
　　根据以上分析，拟定采用方案2）实现教室和马路等大范围空间电能的合理有效利用。图1为相应设计的感应灯系统工作示意图。当周围环境较亮时，切断灯具电源供给，灯具处于熄灭状态；而当周围环境较暗时，判断周围是否有人，有人灯具被点亮，否则灯具处于熄灭状态。根据工作示意图，具体拟定如下设计思路：采用光敏电阻和微波传感器采集亮度和有无人的信号，利用单片机智能控制灯具点亮和持续时间。此思路的实现分电路和程序设计两部分，其中电路部分主要实现对环境的判断，程序设计部分主要实现灯具点亮和持续时间的控制。



                          
                       
                          
                               
　　2.1 电路部分
　　如图2所示，电路部分主要包含四个模块，各模块主要器件及参数和要实现的主要功能在表2中列出。






　　2.2 程序部分
　　电路部分的数据采集处理模块是利用单片机智能地控制灯具状态。预智能感应灯实现图1所示的工作过程，单片机内程序设计按图3所示的流程图编写。其中：软件控制部分采用外部中断进行判断微波信号腭。灯具点亮时间的长短利用定时器控制。



                          
                       
                          
                               
　　3 实物检测与结果评价
　　按上述分析思路设计并制作智能感应灯系统，实物及效果检测如图4所示。图4（a）、（b）为实物图，图4（c）、（d）为效果检测图。



　　图4（a）为实物整体外观照片，为美观而将电路板与灯具进行了包装。侧面的圆环及与之相连的小盒为微波传感器，红色的开关按钮为总开关，电路板在其内部，图4（b）"P为内部结构及主要部件照片。图4（c）为环境较亮（照度大于10Lux）时接通灯具的情形，总开关已打开，微波传感器已感应到人的存在（传感器信号灯变亮，闪烁），但因环境足够亮，灯泡仍然处于熄灭状态。这样才能合理控制灯的状态，达到节能的效果。而图4（d）显示环境很暗（照度小于lOLux）时接通灯具的情形，微波传感器感应到人的存在，光敏电阻也检测出环境很暗，灯泡及时被点亮。同时，我们对制作的智能感应灯系统的主要性能参数进行了简单测试。测试条件及结果在表3中给出。



　　从表中数据可以看出，虽然我们的制作和测试比较简单（重量和几何参数都有很大的缩小空间，功率也可进一步减小），但从图4（c）、（d）的效果检测图中仍然可充分显示出其效果和我们节能设计的理念。从能量的合理利用方面既满足人们的需要又节约能源。单片机的智能性和易用性实现了这个设计理念。
　　4 总结
　　本文就能源紧缺的今天，教室马路等公共场所照明灯具电能的浪费和使用不合理现象，利用单片机和微波传感器等设计并制作了智能感应灯。解决了大范围空间感应问题，实现了电能的节约和合理利用。