[ 導讀 ] 隨著各類大、中專院校的擴招，教室擴建、照明設備需要急劇增加，而由于管理的不到位以及照明系統本身的局限性，往往造成電能的巨大浪費。

    隨著各類大、中專院校的擴招，教室擴建、照明設備需要急劇增加，而由于管理的不到位以及照明系統本身的局限性，往往造成電能的巨大浪費。傳統的燈控系統一般是基于聲或光控制，存在檢測方式單一、不夠靈敏、精度不高、范圍低等缺陷，經常會有電能的浪費。因而，設計一個智能燈控系統很有必要。
    依據節能、環保的要求，設計出基于多探測傳感器的智能燈控系統，可以大大提高燈控系統的可靠性、探測能力，特別適用于高校教室、樓道等公共場合，實現燈控的智能化，從而節約電能、環保，方便管理，具有重要的現實意義。

1 系統結構和工作原理
1．1 系統結構
    本系統主要以單片機總控制為核心，由微弱聲音放大檢測、可見光檢測、步進電機旋轉熱釋電紅外傳感器、A／D轉換、液晶顯示等模塊以及控制電路組成。系統框圖如圖1所示。

1．2 工作原理
    本系統以單片機AT89S52為核心，采用光照檢測、聲控以及步進電機旋轉熱釋電紅外等傳感器進行環境探測。系統首先啟動可見光模塊，通過光一流一壓轉換后，經過A／D轉化為數字量并通過液晶顯示。若是電壓較小，說明了亮度不夠，則繼續檢測聲音。若是聲音較大，則在短時間內調用步進電機模塊，檢測是否有人；否則，每隔15 min定時檢測。因為在實際過程中，設置聲光的閾值都缺乏直觀性，所以使用液晶電壓顯示進行判斷。光、聲的閾值可以根據不同地方的實際情況通過軟件進行調整。

2 硬件設計
2．1 微弱聲音放大檢測模塊
    從麥克風接收到信號后由三極管9013初次放大，然后由集成放大器LM324的兩級放大，得到交流電壓。由于模數轉換時需要直流電壓值，所以再通過萬用表交直流轉換電路，選用整流芯片AD736，使用單電壓供電低阻抗電路。

    當被測交流電壓超過200 mV時，必須在AD736前加一級分壓器。經過交直流轉換的電路之后，V0輸出相對比較微弱，所以經過LM324進行放大，最后的輸出能夠達到理想值。該模塊如圖2所示。
2．2 可見光檢測模塊
    可見光檢測模塊采用LX1970作為核心芯片。LX1970是美國微型半導體(Microsemi)公司推出的一種能實現人眼仿真的集成化可見光亮度傳感器。該模塊采用測量白光亮度電路(如圖3)。利用src端輸出光-流轉換的結果，然后實現流壓轉換。該芯片性能穩定，靈敏度極高。

2．3 步進電機旋轉熱釋電紅外傳感器
    熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式[FS:PAGE]檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉變為電壓信號。本設計所采用的是PIR熱釋電傳感器，安裝有菲涅爾透鏡，感應距離7 m，感應角度110°。具有全自動感應、光敏控制、兩種觸發方式(不可重復觸發方式，可重復觸發方式)、靈敏度高、微功耗等特點。當人進入其感應范圍，則輸出高電平，人離開感應范圍，則自動延時關閉高電平，輸出低電平。但是該熱釋電紅外傳感器只能檢測到動態，所以對于長時間處于相對靜態的存在無法檢測的缺陷。熱釋電紅外傳感器前置放大電路如圖4所示。

    為此，采用了步進電機模塊。設計中，將熱釋電紅外和步進電機固定一起。單片機P1．0～P1．3口分別經過74LS14雙上升沿D觸發器電平轉換后，通過芯片ULN2003驅動步進電機旋轉(電路設計如圖5)，從而可以旋轉熱釋電紅外傳感器，檢測到靜態。

2．4 其他硬件模塊
    系統電源模塊：硬件電路中多次利用+5 V、-5 V電壓，為供電方便，使用芯片ICL7660，將+5 V電壓改變為-5 V電壓。
    液晶顯示模塊：采用1602字符型液晶顯示屏，將單片機輸出的光、聲電壓值顯示在屏上，便于設定光、聲的閾值。數據端和單片機P0口相連。控制端RS、R／W、E分別與P2．4、P2．5、P2．6口相連。
    模數轉換模塊：本模塊選用Philips公司的PCF8591芯片作為核心元件，它是一種具有I2C總線接口的8位A／D、D／A轉換芯片，在與CPU的信息傳輸過程中僅靠時鐘線SCL和數據線SDA就可以實現。PCF8591為單一電源供電(2．5～6V)典型值為5 V，CMOS工藝。該芯片有4路8位A／D輸入，屬逐次比較型，內含采樣保持電路；1路8位D／A輸出，內含有DACPCF8591的A／D轉換為逐次比較型，在A／D轉換周期中借用DAC及高增益比較器。

3 軟件設計
    當有光(自然光)時，不管教室是否有人和聲響，都將關閉電源，所有燈具不會點亮。當無光(自然光)時，若有人或者附近有異常聲響時，則在短時間內旋轉步進電機，使用紅外熱釋電模塊檢測是否有人：若無聲音，則不開啟(動態檢測)。經過可調整的時間后定時旋轉步進電機，進行檢測(靜態檢測)。流程圖如圖6、7所示。

 

4 結束語
    本課題主要是針對高校教學樓照明管理中電能浪費的現象，設計了基于模擬人眼視覺可見光傳感、聲傳感及熱釋電紅外(靜、動態雙模式)傳感實現綜合檢測與燈控功能。從而大大提高燈控系統的可靠性和探測能力。整個燈控系統是由一個主控中心、多個分控中心和更多單元節點組[FS:PAGE]成的多層網絡。該系統特別適用于學校教室、樓道和其他公共場所。實驗證明，該系統安裝方便、工作穩定、可靠性高，是一種較高實用價值的智能燈控制系統。
    此外，本課題在研究具體的節點設計以外，通過設計其網絡特性，可與物聯網的發展融合，具有良好的擴展性。

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