LED灯具红外自控系统设计

【摘要】：本设计主要利用红外感应的原理，对led灯具实现开关控制。通过红外传感器对人体红外线进行感应，输出的小信号，经过放大和比较后，送入单片机进行处理，达到自动控制和节能的目的。本系统采用单片机为控制核心，整个系统的抗干扰性能强，同时能够比较精准的实现“有人灯亮，无人灯灭”。

【关键词】：LED照明；节能;单片机；红外感应；光敏感应

中图分类号：TE08文献标识码： A

Abstract: Based on principle of infrared sensor, LED circuit was controlled. Infrared that human send was found by infrared transducer, small signal output, signal was conduced by amplifier and comparator, and singlechip processed the signal that was amplified and compared, then attain the goal of automatic control and energy conservation. Singlechip is the control central of this system. It has good anti-interference. The result shows that in dim interior lighting, lamp lights when someone is in the room or it does not.

Key words: LED lighting; energy conservation; singlechip; infrared sensor; photosensitivity

引言

绿色环保理念已是全世界关注的话题，在全世界的影响可想而知。可持续发展战略的实行，进一步说明环境资源问题的严重性，其中能源是我们所不能忽视的，除了新能源的开发，节约能源也是不错的选择。随着科学技术的发展，自动化水平的不断提升，节约能源手段和方法已步入先进水平。LED灯具已经进入了人们的生活生产中，它体积小，耗电量低，使用寿命长，高亮度、低热量，环保，完全取代以前的白炽灯。如果LED还能现自动控制，就减少了本身多余的能耗，为人类和环境谋福祉。本系统采用单片机控制技术，用热释电红外传感器和菲涅尔透镜作为红外信号的接收端，实现LED灯的节能控制，并加入了环境光线探测模块，在室内光线较暗时才开启LED节能照明装置，有人时，LED照明会自动开启，没人时，LED会自动关闭。这样达到了节能与便利相结合的目的。

1、系统整体设计

本系统主要由热释电红外传感器、仪表放大器、环境亮度探测模块、单片机模块、LED照明模块组成。利用热释电传感器对人体红外线的反应，把信号传到80C51单片机系统，控制LED通断。

1.1系统框图

1.2红外探测模块

红外探测模块包括热释电红外传感器（PIR)和菲涅尔透镜两部分，热释电红外传感器就是利用热释电效应的原理，将红外辐射能转换为电能的一种元件。 热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标，其工作原理是利用热释电效应，即在钛酸钡一类晶体的上、下表面设置电极，在上表面覆以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升T，其晶体内部的原子排列将产生变化，引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压U。 热释电红外传感器内部由光学滤镜、场效应管、红外感应源(热释电元件)、偏置电阻、EMI电容等元器件组成，其内部电路框图如图1所示。

图1

光学滤镜的主要作用是只允许波长在10μm左右的红外线(人体发出的红外线波长)通过，而将灯光、太阳光及其他辐射滤掉，以抑制外界的干扰。红外感应源由两个串联的热释电元件组成，这两个热释电元件的电极相反，环境背景辐射对两个热释电元件几乎具有相同的作用，使其产生的热释电效应相互抵消，输出信号接近为零。一旦有人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，由于角度不同，两片热释电元件接收到的热量不同，热释电能量也不同，不能完全抵消，经处理电路处理后输出控制信号。这种传感器对环境温度的变化、背景辐射和受震动产生的随机噪声都具有良好的补偿作用，使传感器在实际使用中稳定可靠。菲涅尔透镜是用电镀模具工艺和PE(聚乙烯)拆料压制而成的薄片。它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度及接收角度要求来设计的，可以达到对指定光谱范围的光带通（反射或者折射）的作用。菲涅尔透镜典型应用时用于热释电红外传感器上，菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在热释电红外传感器上，第二作用是将探测区域分为不断交替变化的盲区（暗区）和可见区（明区），使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在热释电红外传感器上产生变化的热释电红外信号。热释电红外传感器和菲涅尔透镜配合使探测半径达到10m―12m。

1.3信号调理电路

热释电红外传感器输出的信号很微弱，是微伏级别的，所以要进行放大处理，同时还要滤波以去除干扰及噪声。根据红外热释电传感器输出信号特性，前置放大电路信号处理要从多种噪声干扰中提取有用的微弱信号，故前置放大电路应具有低噪声、高增益、低频特性好、抗干扰能力强等特点。因此，通常由如图1 所示的包括带通滤波、两级高增益放大、比

较电路三个部分组成。

图2中热释电传感器D 端和5V 电源间串联10 kΩ电阻，用于降低射频干扰，G 端接地，S 端接47 kΩ负载电阻，偏置电压约为1 V。传感器输出直接耦合到低噪声运放（LM324） 构成的带通滤波和第一级放大电路的反向输入端，再由电阻R6、电容C8耦合到第二级反向放大电路进行进一步滤波、放大。经分析计算，双限电压比较器的高低阈值应设置为3．1 V 和1．9 V 时才能有效抗噪声干扰，即当放大器输出信号电平大于3．1 V 或者小于1．9 V 时，比较器输出高电平，表示探测到移动人体。输出端接在单片机P1.0引脚上。

图2

1.4环境亮度探测模块

环境亮度探测模块主要是用来感应外部光线的强弱，以免造成不必要的浪费．如图3所示，

用滑动变阻器RV2来代替光敏电阻，光敏电阻随着光线的增强而阻值逐渐减小，当外部光线比较强时，LM358的引脚1输出低电平；当外部光线比较弱时，LM358的引脚1输出高电平，然后传人到单片机的P1．1引脚上。先找出照明开启光强对应的阻值，调节滑动变阻器RV2，调到相应的阻值，由于同相端电压大于反响端电压时，才能输出高电平，所以调节RV1，保证上述条件，从而确定参考电压和参考电阻。

图3环境亮度探测调试电路

1.5单片机和照明电路模块

这部分电路包括单片机和LED光源阵列，单片机采用的是80C51单片机，利用keil uv3单片机软件进行编程，直接在单片机P2.0引脚上接上LED光源阵列，也就由P2.0引脚为LED提供电，不需要另加驱动电源，从而简化了电路。

2、系统的工作原理

当探测有人经过时，信号调理电路和环境亮度探测电路的输出电压均大于2.3V,对于单片机而言，当其P1脚的电势大于2.3V时，便可将其判定为高电平，置为1，表示此时光线较暗且室内有人，单片机将控制照明电路开启。当没人经过时，信号调理电路和环境亮度探测电路均无电压输出，P1脚判定为低电平，置为0。表示此时光线较亮且室内无人，单片机使照明电路关闭。

3、单片机程序框图

4、整体电路框图

5、 结 语

本系统运行主要依靠热释电红外传感器对人体的探测及单片机的程序控制，来达到自动开关LED照明灯的目的，这是一套可靠可行的绿色环保方案，给人们生活带来方便的同时，又节约了能源，为社会造福。

【参考文献】：

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