室內燈光智能控制系統的設計

歐海燕 翁秋華 陳業旺

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

室內燈光智能控制系統的設計

歐海燕1翁秋華2陳業旺1

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

本文設計了一套以HT66F70A為主控芯片的智能燈光控制系統，實現自動模式、手動模式轉換。該系統通過亮度感應模塊采集外界光、熱釋紅外人體傳感模塊采集人員檢測信號，結合遙控器控制方式，通過單片機程序控制繼電器對照明燈進行有效操控。它不僅能有效判斷人員是否存在，還能人性化選擇室內照明方式，具有比較重要的實際應用價值。

HT66F70A；熱釋電紅外探測；智能控制；單片機；亮度采集

1 引言

隨著社會經濟的不斷發展，如今人們生活水平也在不斷提高，對于生活智能化程度提出了更高的要求[1]，智能化將成為未來家電發展的趨勢。國外在早幾年已經開始了燈光智能控制的研發和應用，但我國在這一方面仍遠遠落后于西方國家，國內因沒使用有燈光智能控制造成的用電浪費已經成為一個普遍現象[2]。

傳統的照明控制系統通過機械開關控制，開關位置固定，不方便人員控制，且存在一定安全隱患。隨著電子技術的提高和應用，照明系統有了聲控、光控等多種控制方式。這種控制方式與傳統控制方式相比，具有更加智能、靈活、節能等特點。由于聲控燈靈敏度不夠，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。本設計采用熱釋紅外傳感器以檢測人員的存在與否，及時讓照明燈作出反應，進而減少電能的浪費。采用亮度感應器檢測環境中光的強度，系統通過對環境光的強弱信號與人體是否存在進行智能判斷，之后發送信號給單片機處理，通過繼電器自動控制燈的亮滅，代替了傳統的人工手動控制，通過可控硅控制燈光亮度，同時，本設計設定多種燈光效果，供用戶選擇，并可通過無線遙控實現控制，這無疑讓我們更加省時省力，并通過視覺帶來一定的放松，這正是如今生活節奏極快的人們所需的。

2 硬件設計

2.1 系統結構框圖

本設計以單片機主控模塊為核心，由遙控模塊、亮度感應模塊、熱釋紅外人體傳感器、強制開光模塊、繼電器控制模塊等組成，其結構框圖如圖1所示：

圖1 系統結構框架

亮度感應模塊根據環境光亮強度采集到的信息轉化為電信號傳送到單片機，單片機把亮度感應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人信號和單片機中預先設定的控制信號相比較，當這二者滿足所設條件時通過繼電器模塊操控室內燈光的開關。開啟燈光有一定照度[3]，對應模式是“回家模式”。室內還有其他模式，它們分別是“會客/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模式與手動模式：

（1）自動模式：用遙控設置其為自動模式后，單片機將實時采集得到的光強度分為多個等級，分別對應上述幾種燈光模式，當檢測到人員時燈光將開啟為當前光強等級所對應的模式。

（2）手動模式：此模式下若想切換燈光效果，則需通過遙控器切換。

為了防止遙控器失靈或丟失時，系統無法正常工作，本設計還設計了強制開關模塊，手動關閉燈光。

2.2 HT66F70A單片機主控模塊介紹

選用HT66F70A單片機作為主控芯片。HT66F70A單片機工作電壓2.2V~5.5V（fSYS=8MHz），內建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行，不需要復位電路、振蕩電路。

HT66F70A單片機引腳圖如圖2所示：

圖2 T66F70A單片機引腳圖

2.3 熱釋紅外人體感應模塊及強制開關模塊設計

(1)熱釋紅外人體感應模塊設計

人的體溫一般穩定在37℃，所以人體會發出波長為10μm左右的紅外線[5]。而被動式熱釋電紅外探測器，就是以探測人體發射的10μm紅外線進行工作的，以此來判斷人員是否存在，確定是否開燈。

該部分電路由被動式熱釋電紅外探測器、紅外熱釋電處理芯片BISS0001組成的熱釋電紅外開關信號[6]、信號放大電路3部分組成。其電路圖如圖3所示。

當被動式熱釋電紅外探測器有信號輸出(小信號)送到BIS0001的14腳時，其內部放大器OPl將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由電容和電阻耦合給BIS0001的10腳，經內部放大器COP2進行第二級放大，再經內部的電壓比較器COPl和COP2雙向鑒幅器處理后，輸出有效觸發信號，啟動BIS0001內部的延遲時間定時器。由2腳的輸出信號(即BIS0001的輸出信號)比較微弱，為了保證整體系統中有可抗干擾的功能，需要對微弱信號進行放大，最后將放大后的信號輸入到HT66F70A單片機中。

圖3 熱釋紅外人體感應電路圖

(2)強制開關模塊

采用按鈕對HT66F70A單片機引腳pa4作用，強制關閉燈光。

2.4 紅外接收模塊設計

為了減少干擾，采用性價比較高的HS0038芯片，它接收頻率為38kHz、周期約26μs的紅外信號，同時對信號進行放大、檢波、整形，得到 TTL電平的編碼信號，再送給HT66F70A單片機，經單片機解碼并執行控制燈光命令，其電路圖如圖4所示：

圖4 紅外接收電路圖

2.5 繼電器調光模塊設計

該模塊巧妙地將繼電器控制運用于單向可控硅調壓。接通市電后，220v交流電經整流后在可控硅兩端形成脈動直流電壓，再經51k電阻降壓后作為觸發電路的直流電源。整流電壓經繼電器控制的多個電阻對電容充電。當Uc達到開啟電壓時可控硅導通，此時電容放電Uc減小，而后可控硅又關斷，以此周而復始。此電路中繼電器通過調整控制級的阻值改變可控硅導通角，從而達到調光效果。其中HT66F70A單片機通過pb口控制繼電器。

2.6 遙控模塊設計

紅外遙控發射數據采用調制的方式，調制載波頻率與接收頭吻合，為38KHZ，紅外信號通過紅外發光二極管發射出去。遙控器上不同的鍵值對應繼電器的開、閉狀態。

3 軟件設計

本文設計的系統軟件流程圖如圖5所示。

圖5 系統軟件流程圖

當系統上電，單片機通過設置70A開啟外部中斷INT1，用以檢測以BISS0001芯片為核心的電路經濾波、放大后得到的光信號與熱釋電傳感器的信號，進行閾值判斷，是否檢測到人，若有人且光信號達到預設值則點亮照明燈，否則關閉。

遙控器部分采用了NEC協議，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，利用簡易型TM檢測脈寬，實現紅外解碼功能，且TM設置了比較匹配中斷響應，防止TM計數異常。

由于70A的系統時鐘選取了fH/2，選用此系統時鐘不需要其他外部器件，無需額外引腳。采用74hc573芯片用以驅動照明燈，將部分I/O口設為輸出模式，以控制照明燈和繼電器，配合遙控器設置“回家”、“會客/工作”、“睡眠”、“觀影”、“離家”模式，通過按鍵選擇需求模式，有效調節照明亮度。

4 系統測試結果

通過硬件和軟件調試，實物測試結果有：

（1）當檢測到人時燈亮情況，當人離開時燈滅情況，對應結果如圖6所示：

圖6 人員在與不在燈狀態

（2）遙控器選擇“會客/工作”、“觀影”、“睡眠”、“離家”模式，對應結果如圖7所示：

圖7 遙控器選擇4種模式

5 結論

本文設計了一套基于HT66F70A主控的單片機智能燈光控制系統，該系統由遙控模塊、亮度感應模塊、熱釋紅外人體傳感器等組成。該系統可以自動檢測人員的存在與否，進而控制照明燈光，人員也可以通過遙控器控制照明燈的亮度與亮滅。該系統使照明設備的使用更靈活，也更加方便，可根據需要調節燈光亮度，選擇燈光效果，更具人性化。此系統能通過遙控器控制照明燈，比傳統的照明燈更加智能，同時通過自動檢測人員存在與否控制照明燈以減少不必要的電能損失，更節能。

[1]陳臣．基于Android的智能照明控制系統設計[D]．湖南：湖南師范學院，2016．

[2]李書婷，韓國富，吳小林，等．基于STC89C52單片機的教室燈控制系統設計與實現[J]．自動化與儀器儀表，2017(1)：52-54．

[3]魏立明．建筑電氣照明技術與應用[M]．北京：機械工業出版社，2015．

[4]鐘啟仁．HT66Fxx Flash 單片機原理與實踐[M]．北京：北京航空航天大學出版社．2012．

[5]陳文星，付繼宗，魏建英．基于BISS0001信號放大電路的人體紅外感應開關設計[J]．電腦開發與應用，2013(2)：66-68．

[6]魏麗君，唐冬梅，肖遼亮．基于熱釋電紅外傳感器微弱信號處理電路的設計與分析[J]．儀表技術與傳感器，2013(7)：89-91．

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，助理實驗師，研究方向為電子技術、通信技術。