学校照明系统节能控制器的设计

1 前言

目前，我国电力工业发展速度很快，但是电力供应不足和用电效率低下的状况依然比较严重，在今后相当一段时间内将继续存在。推行照明节电技术，节约电 能是改善电力负荷紧张状况的主要途径之一。采用智能照明控制系统，可以使照明系统按设定的若干状态进行工作，这些状态按预先设定的时间相互自动地切换。智 能照明可将照度自动调整到工作最合适的水平，达到节能的作用。我们以“科研创新服务”为主题，以设计多功能的开关控制器为目的，改善市场上功能单一的节能，这次设计的照明系统节能控制器是一种采用单片机控制技术研制开发的新型照明开关，它集合声控、光控、身体感应以及手动触控于一身的多功能节能，将是未来开关领域的首选，可对室内、走廊、路灯等进行智能控制。

2 节能控制器硬件设计

（１）控制器工作原理

图１为控制器原理图，包含光电检测模块、声音采集模块、人体红外线采集模块、手动开关、主控电路（由ＡＴ８９Ｃ５１单片机以及一些外围器件构成）、显示模块、电源模块等。
节能控制器是一种采用单片机控制技术研制开发的新型照明开关，开关内由一片８ｂｉｔ单片机作为控制核心，它延续了手动翘板开关的功能，并入了节能工作模 式。在节能工作模式下，具有声、光、手动、红外等多种触发点亮照明灯的方式，灯亮后延时熄灭，从而避免了长明灯情况的发生。这种开关具有手动模式下延时一 段时候后自动返回节能状态的功能。开关所具有的这些照明控制的功能，可以有效解决建筑中有人开灯而无人关灯和长明灯浪费电能的现象发生。

（２）控制器声控单元

系统输入单元如图２所示，该模块包含声音采集单元、信号放大单元、延时处理单元等。

电路中的主要元器件使用了能够定延时，消抖动，分频，脉冲输出的集成芯片ＮＥ５５５，电路结构简单，工作可靠性高。

整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的动作，即声源产生的声音信号，经声电转换器转换成微弱的电信号，该信号经放大后送处理器处理， 处理器将幅度、频率不尽相同的一群声波信号转换成一次状态改变的控制信号，该信号经延时和单片机处理后达到设计要求时间与设计要求功能，经执行机构直接控 制负载动作。明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元。声音信号（脚步声、掌声等）由驻极体话筒ＭＩＣ接收并转换成电信 号，经Ｃ１耦合到Ｑ１的基极进行电压放大，放大的信号送到与ＮＥ５５５的２脚，Ｒ２、Ｒ３是Ｑ１的偏置电阻，Ｃ１是电源滤波电容。

（３）光控单元

光控开关的工作原理为：当环境光线很亮时，光敏电阻ＲＳ阻值很小，三极管９０１４基极电压较高（接近于稳压电源电 压＋９Ｖ），使三极管呈导通状态，此时集电极电压很低，输出ＯＵＴ为低电平；当环境光线暗到一定程度时，三极管９０１４基极电压逐渐减小，导致三极管截 止，此时集电极电压上升，输出ＯＵＴ为高电平（输出电压升高到设定值３~５Ｖ之间），再将这个高电平电压电信号输送给单片机进行控制。光控电路如图３所 示。

（４）热释电红外单元

如图４所示，该电路的主要元件是热释电红外传感器，因其抗干扰性好、探测灵敏度高、工作温度范围宽等优点被广泛应用于防盗报警、自动门、感应灯、自 动水阀、自动马达控制等工业和生产领域。ＢＩＳＳ０００１是专门为热释电红外传感器（ＰＩＲ）配套设计的集成电路，采用ＣＭＯＳ工艺制造，具有性能指标 高、一致性好、功耗低、外围电路简单、安装调试方便、工作可靠性高等优点。

图４中，Ｒ３为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，Ｒ３的电阻值会降低，使９脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号 Ｖｓ.ＳＷ１是工作方式选择开关，当ＳＷ１与１端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当ＳＷ１与２端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。输出延迟 时间Ｔｘ由外部的Ｒ９和Ｃ７的大小调整，值为Ｔｘ≈２４５７６×Ｒ９Ｃ７；触发封锁时间Ｔｉ由外部的Ｒ１０和Ｃ６的大小调整，值为 Ｔｉ≈２４×Ｒ１０Ｃ６.

（５）触控单元

触控采集输入电路原理如图５所示。整个电路的功能就是将人体电流信号处理后，变为电子开关的动作。该信号经放大后送处理器处理，处理器将幅度、频率 不尽相同的一群声波信号转换成一次状态改变的控制信号，该信号经延时和单片机处理后达到设计要求时间与设计要求功能，经执行机构直接控制负载动作。明确了 电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元。

２　节能控制器软件设计

该项目采用汇编语言编写程序，汇编语言（Ａｓｓｅｍｂｌｙ　Ｌａｎｇｕａｇｅ）是面向机器的程序设计语言。在汇编语合中，用助记符 （Ｍｎｅｍｏｎｉｃ）代替操作码，用地址符号（Ｓｙｍｂｏｌ）或标号（Ｌａｂｅｌ）代替地址码。这样用符号代替机器语言的二进制码，就把机器语言变成了汇 编语言。于是汇编语言也称为符号语言。使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言，这种起翻译作用的程序叫汇编程 序，汇编程序是系统软件中语言处理系统软件。汇编程序把汇编语言翻译成机器语言的过程称为汇编。程序流程图如图６所示。

主程序如下：

ＲＯＡＤ：
ＪＮＢ　Ｐ０．１，ＬＯＯＰ；光照是否很低
ＳＥＴＢ　Ｐ２．２；路灯开
ＲＥＴ
ＬＯＯＰ：
ＣＬＲ　Ｐ２．２
ＲＥＴ
ＲＯＯＭ１：
ＪＮＢ　Ｐ０．０，ＬＯＯＰ１；是否有人
ＪＮＢ　Ｐ０．１，ＬＯＯＰ１；光照是否很低
ＳＥＴＢ　Ｐ２．０；室内灯开
ＲＥＴ
ＬＯＯＰ１：
ＣＬＲ　Ｐ２．０
ＲＥＴ
ＲＯＯＭ２：
ＪＮＢ　Ｐ０．３，ＬＯＯＰ２；是否触摸
ＭＯＶ　Ａ，Ｐ２
ＣＰＬ　ＡＣＣ．０
ＭＯＶ　Ｐ２，Ａ
ＲＥＴ
ＬＯＯＰ２：
ＣＬＲ　Ｐ２．０
ＲＥＴ
ＳＴＡＩＲＳ：
ＪＮＢ　Ｐ０．１，ＬＯＯＰ３；光照是否很低
ＪＮＢ　Ｐ０．２，ＬＯＯＰ３；是否有声音
ＳＥＴＢ　Ｐ２．１；楼梯灯开
ＲＥＴ
ＬＯＯＰ３：
ＣＬＲ　Ｐ２．１
ＲＥＴ
ＤＥＬＡＹ：ＭＯＶ　Ｒ７，＃０ＦＦＨ；延时１５ｓ
ＤＬＡ　０：ＭＯＶ　ｒ６，＃０ＦＦＨ
ＤＬＡ　１：ＤＪＮＺ　Ｒ　６，ＤＬＡ　１
ＤＪＮＺ　Ｒ７，ＤＬＡ０
ＲＥＴ

３　结束语

该项目以ＡＴ８９Ｃ５１单片机为核心研制了一台新型的节电照明控制系统，是将科学技术与实际生活相结合的理念。其节能照明控制器系统设计原理新颖， 硬件电路简单，有很好的节电效果。由于采取了以单片机ＭＣＵ为核心控制，利用了传感器自动检测技术，能够在光线较暗，有人在需要开灯的情况下自动探测采集 电信号，并发出开关灯指令，实现自动调节照明灯的亮灭。方便对教室、走廊、路灯的控制，节约能源，具有可靠性高、识别率高等特点。该系统无须人工干预，自 动完成一系列现场数据的采集、比较和开关灯控制等工作，节省人力，提高了工作效率，也增加了整个系统的可维护性和扩展性。