基于AVR单片机的

摘 要： 主要从硬件组成和软件结构两个方面描述一种新型绿色节能照明控制系统的应用和实现方法，阐述了LED照明的可控、节能和高效等优越性，通过各种传感器检测的信号来实时控制LED照明，达到高效、舒适和人性化的办公或者生活照明环境。

关键词： 绿色照明；传感器；控制系统

1 前言

在20世纪90年代初，绿色照明的概念是由美国国家环境保护局提出。完整的绿色照明内涵包含高效节能，环保，安全，舒适等其他4个指标，缺一不可。它具有高效的照明节能效益，可以消耗更少的能源，从而明显减少发电时排放的温室气体和有害气体，以达到环保的目的。安全性，舒适性是是指不产生紫外线，眩光及有害光，没有光污染。我国从上个世纪90年代后期开始启动绿色照明项目，并逐步弃用大部分诸如白炽灯等高功耗、高发热量的光源，但在智能、人性化控制绿色照明领域却比较落后，本文主要从硬件系统和软件系统的设计这两方面介绍一种新型的绿色节能照明控制系统。

2 硬件系统组成

本控制系统的硬件组成包括四个部分，分别是主控核心、LED照明及其驱动电路、传感器检测与转换电路、人机交互系统等组成。

本设计中主要由AVR单片机ATmega16A作为主控核心，该单片机属于ATMEL公司研发生产的增强型AVR单片机，具有高可靠性、功能强、高速度、低功耗等优点，采用RISC指令架构。主控核心包括单片机最小系统、ISP下载电路等组成，最小系统是由外部时钟电路、复位电路组成，由于使用外部时钟电路，使得单片机工作更具可靠性、准确性和实时性，复位电路采用手动复位；ISP下载电路的作用是方便日后对控制系统的升级维护。

2.2 LED照明及其驱动电路

LED是发光二级管的英文简写，是一种能够将电能转化成光能的半导体器件，改变了效率低的白炽灯与日光灯的发光原理，采用电场发光，具有光效高、使用寿命长、辐射低和功耗低等优点。另外LED非常适宜使用驱动电路由MCU控制，产生适宜的频率、光照强度的光线，控制模式和灯光组合多样化，适应不同的工作和生活环境。控制LED发出比较适宜人眼的柔和光线是采用PWM控制方法，这种方法是利用MCU产生的一定频率的脉冲宽度可调节的矩形波或者锯齿波，其核心思路就是改变电流值的大小而调节光线强度的。目前只有少数的单片机比如AT89C51的51单片机不带PWM，而现在市面上很多增强型51单片机都有原生的PWM驱动，本文采用AVR单片机，产生PWM非常方便，执行效率高，配合LED的驱动电路产生不同光线的绿色光源。

本文主要检测人体信号、声音信号和环境光线信号，并将多种信号送入单片机进行逻辑分析控制LED。检测人体信号的方法有多种，常见的商场、银行、医院等用的多普勒特征的人体目标雷达信号检测，人体感应热释电信号检测等，出于成本考虑，本设计中采用热释电传感器作为检测人体信号，该传感器主要原理是检测人体发出的红外线能量的变化转换成电信号输出，由于人体发出的红外线波长基本固定，所以避免误检测的几率。检测声音信号使用常见的驻极体声电转换电路，将声音信号转换成电压波动进行放大后送入单片机进行检测，主要是判断环境的声音，由单片机判断是否进行照明。检测环境的光线强度一般使用可硅光电池、光敏电阻、光敏二极管或者三极管等光敏半导体器件检测，因为检测出的电信号都需要进行放大后由ADC转换器把模拟信号转换成数字信号后送入单片机，故本设计中采用光敏电阻检测，由于AVR单片机具有16位ADC转换器，所以只需将电压信号送入单片机即可处理，然后判断环境光线强度后产生PWM信号驱动LED。

2.4 人机交互系统

作为与人与单片机进行交流的单元，主要是利用键盘和显示器来完成，本设计中采用4×4矩阵键盘作为输入设备，用于控制系统和设置系统参数等操作；采用液晶显示器LCM12864作为输出设备，用于输出系统的实时参数，如AD值、实时时钟等信息。

3 软件系统设计

系统软件采用C语言编写，开启BOD检测，利用ADC中断、定时器中断、16位定时器捕捉中断、快速PWM等编写键盘扫描子程序、A/D转换子程序、显示子程序、逻辑算法子程序等。由于采用多种传感器检测环境非电量信号，故在判断多种信号的过程中，采用if-else逻辑方法进行控制LED，具体思路是，如果检测到环境声音信号，则判断在10秒内是否有人体信号，如果有，则判断环境光线强度，控制产生PWM信号驱动LED发光，通过光线传感器检测构成闭环控制，如果没有检测到人体信号，则等待声音信号。当然可以通过键盘来启用和禁用某个传感器，也可以通过键盘来改变判断逻辑等。

4 结论

本设计主要是检测环境等各类非电信号，并将转换后的参数送入单片机进行控制，可以构成光照检测并对其补偿，达到智能化、人性化的要求，使绿色照明更加节能、易于控制。由于成本控制，检测人体时有部分误差，可加入多普勒特征人体感应传感器可以大大提高人体检测的精确度。

参考文献：

[1]李泓，AVR 单片机入门与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.