一种低成本、低耗电的室内自动控制系统设计
1.引言
随着经济社会的飞速发展,电能越来越紧张,电能浪费的现象却依旧存在。许多高校存在着教室照明管理不到位的问题,在夜晚,空无一人的教室仍然是灯火辉煌,对于这类大型楼宇,照明节能日显重要。现普及的照明节能开关基本有声控型、接触型等,由于使用的局限性,这些开关只能作为控制控制系统的辅助部分。要实现室内照明系统智能化、节能化,最重要的一点是该系统能探测和判断是否有人的存在,而市面上的被动式热释电红外传感器,局限于检测动态人体,对静坐教室学习的人不做任何反应。本项目组基于主动式热释电红外传感器设计了一种低成本、低耗电的室内自动控制系统。
2.系统总体功能与结构
2.1功能特点
采用热释电红外技术探测室内是否有人存在,当有人进入室内时,传感器探测到人体的散发的红外线,产生电流信号,信号经过集成处理电路IC处理后传送给单片机,单片机通过控制继电器来控制照明设备的开关,此后单片机控制电动机带动传感器间隔时间段旋转,若室内一直有人体存在,照明设备保持通电状态,人离开后,传感器在下一个探测周期内由于检测不到人体而关闭负载。即可实现“人到灯亮,人在灯亮,人离灯灭,安全节能”的效果。
采用光敏电阻检测室内光的强度。利用光敏电阻的光照特性,在一定电压下光敏电阻产生的电流随着相对光强的变化而变化,将这些电信号送至单片机,通过单片机自动控制照明电器的开关。
在模型耗电方面,传感器在旋转的情况下,最高5W,在静态的情况下,最高0.5W,若在教室内合理布置该传感器,能实现照明设备的节能控制。
2.2结构框图
本设计由主动式热释电红外传感器检测模块、单片机控制模块、环境光强检测模块、继电器执行模块组成。结构如图1所示。
![](../img/eep/emb/emb-46181hufuln1s43m.jpg)
图1 结构框图
3.系统硬件设备
3.1主动式热释电红外传感器
正常人体的体温都在36~37℃,会散发出9~12μm的红外线。热释电红外线传感器能感应的红外线波长在0.2~20μm,人体散发的红外线能被该感应器接收。当人体产生交替变化的红外辐射聚焦到红外感应晶体上时,晶体表面温度发生变化,具有热释电效应的晶体产生极化现象。被动式传感器检测不到静态人体的原因是,在检测区域内静态人体产生的红外辐射不变化,电解质晶体表面温度维持不变,不能产生电信号,只有当人体散发的红外线交替变化时,电解质晶体表面的温度随之变化,表面电荷量也会随之变化的同时产生多余的浮游电荷而产生电信号。基于上述原理,主动式热释电传感器依据相对运动,由电动机带动探头正反交替旋转,与静态人体形成一定的相对速度,使静态人体散发的红外线在接收端交替变化,进而产生电流。
当人体进入室内,热释电传感器接收到人体散发的红外线产生电信号传递给单片机,单片机一方面控制继电器接通照明负载,一方面输出信号启动电动机间隔时间段旋转,若人在室内下运动或静止,传感器都能够探测到人的存在,若室内没人,传感器不再产生电信号给单片机,单片机控制照明设备断电,并控制电动机不再旋转。
3.2室内光强传感模块
光敏电阻的工作原理是基于半导体的光电效应,电阻值随着入射光的强弱而改变。本设计采用光敏电阻MJ3516,并将其与热释电晶体PIR一起封装在带有菲涅尔透镜的塑料壳内,它体积小,灵敏度高,光谱特性好。在不同的光强下,光敏电阻产生相应的电信号,输入给单片机后,由单片机依据程序控制照明电器的开关和控制照明设备的亮度。
3.3控制模块
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗,低价位,高性能CMOS8位单片机。本设计采用AT89S51单片机作为控制器,实现对室内人体红外线的检测,室内光强的检测,启动电动机正反交替旋转和照明设备开关的控制。
![](../img/eep/emb/emb-46182xk5utccm0a0.jpg)
图2 程序流程图
程序流程图如图2所示。系统通电时,先对系统进行初始化,接着运行环境光强检测模块,当环境光强低于设定值时,单片机启动主动式热释电传感器模块探测室内人体红外线,但电动机不工作,当人进入室内时,传感器开始接收到人体红外线,产生的电信号经过处理后传递给单片机,由单片机控制接通照明设备,此后单片机控制电动机带动探头每隔10分钟旋转一次,每次旋转20秒。若进入室内的人没离开,则由单片机控制接通照明设备使其保持通电状态并维持到下一个20 秒的检测,若进入室内的人离开了,热释电在20秒的检测阶段内检测不到人体红外线,则由单片机控制断开照明设备直至下一个人进入室内开始循环。在白天,环境光强大于设定值,照明设备和主动式热释电传感器将一直处于断电状态。
4.主动式热释电传感器模
- Arduino是什么?(07-07)
- 单片机课程设计-ATMEL51系列单片机编程器(12-01)
- ATMEL的ISP下载线(12-01)
- Atmel和STC的51单片机通用ISP下载线制作(11-29)
- ATMEL9263 800*600屏驱动问题(11-22)
- MSP430与ATMEL 93C46通讯子程序(11-13)