基于單片機(jī)的智能感應(yīng)燈設(shè)計(jì) - 全文

引言

　　能源日益緊張的今天，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要考慮要點(diǎn)就是節(jié)能了。既節(jié)約又能合理利用電能的設(shè)計(jì)更應(yīng)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。同時(shí)，照明燈具發(fā)展到今天，發(fā)展方向逐步轉(zhuǎn)向低成本、自動(dòng)化階段。先進(jìn)今市場上的各種感應(yīng)燈已基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。但仍然存在一些不足之處。 紅外自動(dòng)感應(yīng)燈受到紅外發(fā)射角度的影響。無法在較大的范圍形成有效的感應(yīng)空間。

　　單片機(jī)因體積小、重量輕、成本低廉、靈活性好、易于開發(fā)與應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、生產(chǎn)過程控制、智能化儀器、儀表等領(lǐng)域。隨著照明用電量占總用電量比例的不斷增加，人們努力實(shí)現(xiàn)照明燈具的智能控制。單片機(jī)自然成了照明燈具實(shí)現(xiàn)智能化的首選器件。但有些設(shè)計(jì)都過于復(fù)雜，也忽視了教室馬路等用電量較大的場所為人照明的基本作用。所以，人是否存在的檢測也是至關(guān)重要的。實(shí)現(xiàn)大角度大范圍人存在與否的檢測可用微波傳感器實(shí)現(xiàn)。本文從節(jié)約和合理利用電能角度出發(fā)，設(shè)計(jì)一種智能感應(yīng)燈。采用微波傳感器實(shí)現(xiàn)教室馬路等大范圍空間感應(yīng)控制。利用單片機(jī)智能控制燈具點(diǎn)亮及持續(xù)時(shí)間。

　　1 智能感應(yīng)燈設(shè)計(jì)的理論探究

　　1.1 各種感應(yīng)燈的優(yōu)缺點(diǎn)

　　市面上的各種感應(yīng)燈在一定的程度上都忽略了一個(gè)硬性的問題：HP燈具點(diǎn)亮的時(shí)間會(huì)受到各個(gè)方面的限制，顯得不夠靈活。如微波感應(yīng)燈在硬件電路上點(diǎn)亮?xí)r間設(shè)置不夠靈活；電容感應(yīng)式自動(dòng)燈、觸摸式照明燈和紅外感應(yīng)自動(dòng)照明燈。有效感應(yīng)距離或感應(yīng)范圍較?。汗饪卣彰麟娐吩跊]有人的情況下無法及時(shí)熄滅等等。這些現(xiàn)象使得電能利用不夠合理。

　　1.2 主要困難及解決方案的提出

　　合理有效地利用電能是完全可以實(shí)現(xiàn)的，但存在一定的困難?，F(xiàn)將主要困難及可能解決方案在表1中列出。根據(jù)教室和馬路等大范圍空間的實(shí)際情況，決定采用微波傳感器的大范圍感應(yīng)空間和單片機(jī)的智能控制設(shè)計(jì)智能感應(yīng)燈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電能的合理有效利用。

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　　2 智能感應(yīng)燈的設(shè)計(jì)

　　根據(jù)以上分析，擬定采用方案2）實(shí)現(xiàn)教室和馬路等大范圍空間電能的合理有效利用。圖1為相應(yīng)設(shè)計(jì)的感應(yīng)燈系統(tǒng)工作示意圖。當(dāng)周圍環(huán)境較亮?xí)r，切斷燈具電源供給，燈具處于熄滅狀態(tài)；而當(dāng)周圍環(huán)境較暗時(shí)，判斷周圍是否有人，有人燈具被點(diǎn)亮，否則燈具處于熄滅狀態(tài)。根據(jù)工作示意圖，具體擬定如下設(shè)計(jì)思路：采用光敏電阻和微波傳感器采集亮度和有無人的信號(hào)，利用單片機(jī)智能控制燈具點(diǎn)亮和持續(xù)時(shí)間。此思路的實(shí)現(xiàn)分電路和程序設(shè)計(jì)兩部分，其中電路部分主要實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的判斷，程序設(shè)計(jì)部分主要實(shí)現(xiàn)燈具點(diǎn)亮和持續(xù)時(shí)間的控制。

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　　2.1 電路部分

　　如圖2所示，電路部分主要包含四個(gè)模塊，各模塊主要器件及參數(shù)和要實(shí)現(xiàn)的主要功能在表2中列出。

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　　2.2 程序部分

　　電路部分的數(shù)據(jù)采集處理模塊是利用單片機(jī)智能地控制燈具狀態(tài)。預(yù)智能感應(yīng)燈實(shí)現(xiàn)圖1所示的工作過程，單片機(jī)內(nèi)程序設(shè)計(jì)按圖3所示的流程圖編寫。其中：軟件控制部分采用外部中斷進(jìn)行判斷微波信號(hào)腭。燈具點(diǎn)亮?xí)r間的長短利用定時(shí)器控制。

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　　3 實(shí)物檢測與結(jié)果評價(jià)

　　按上述分析思路設(shè)計(jì)并制作智能感應(yīng)燈系統(tǒng)，實(shí)物及效果檢測如圖4所示。圖4（a）、（b）為實(shí)物圖，圖4（c）、（d）為效果檢測圖。

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　　圖4（a）為實(shí)物整體外觀照片，為美觀而將電路板與燈具進(jìn)行了包裝。側(cè)面的圓環(huán)及與之相連的小盒為微波傳感器，紅色的開關(guān)按鈕為總開關(guān)，電路板在其內(nèi)部，圖4（b）~P為內(nèi)部結(jié)構(gòu)及主要部件照片。圖4（c）為環(huán)境較亮（照度大于10Lux）時(shí)接通燈具的情形，總開關(guān)已打開，微波傳感器已感應(yīng)到人的存在（傳感器信號(hào)燈變亮，閃爍），但因環(huán)境足夠亮，燈泡仍然處于熄滅狀態(tài)。這樣才能合理控制燈的狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能的效果。而圖4（d）顯示環(huán)境很暗（照度小于lOLux）時(shí)接通燈具的情形，微波傳感器感應(yīng)到人的存在，光敏電阻也檢測出環(huán)境很暗，燈泡及時(shí)被點(diǎn)亮。同時(shí)，我們對制作的智能感應(yīng)燈系統(tǒng)的主要性能參數(shù)進(jìn)行了簡單測試。測試條件及結(jié)果在表3中給出。

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　　從表中數(shù)據(jù)可以看出，雖然我們的制作和測試比較簡單（重量和幾何參數(shù)都有很大的縮小空間，功率也可進(jìn)一步減小），但從圖4（c）、（d）的效果檢測圖中仍然可充分顯示出其效果和我們節(jié)能設(shè)計(jì)的理念。從能量的合理利用方面既滿足人們的需要又節(jié)約能源。單片機(jī)的智能性和易用性實(shí)現(xiàn)了這個(gè)設(shè)計(jì)理念。

　　4 總結(jié)

　　本文就能源緊缺的今天，教室馬路等公共場所照明燈具電能的浪費(fèi)和使用不合理現(xiàn)象，利用單片機(jī)和微波傳感器等設(shè)計(jì)并制作了智能感應(yīng)燈。解決了大范圍空間感應(yīng)問題，實(shí)現(xiàn)了電能的節(jié)約和合理利用。

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