基于51单片机的节能灯光控制系统

摘要：文章提出了基于51单片机控制的节能灯光照明控制系统，该系统配合感光元件、热释电红外传感器、时钟控制系统、烟雾传感器搭建在规定的时间范围内“人进灯亮，人走灯灭”的智能控制系统，该系统同时还具备了实时监测工厂、企业、学校等场所是否出现火灾和火灾出现时发出声光报警信号。该系统在实际生活中能够应用于各类的环境场合，具有广大的市场前景。

关键词：节能灯；声光报警；单片机；热释电红外传感器

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）15-0091-02

在实际生活中，在获得同等光照亮度的情况下使用节能灯代替白炽灯能够很大程度上减少电能消耗是一个铁一样的事实。节能灯之所以能够减少电能的消耗是因为它在工作时电能转化成光能的效率比较高，工作时很少有热能产生；而诸如白炽灯一样的照明设备在工作时伴随着光能的产生同时还会产生大量的热量浪费。在当今社会中，存在这样的一个现象：工厂企业、学校、小区过道没有人经过或工作作业时照明灯具也一直处于工作状态。这种现象不仅仅造成电能的大量浪费同时还增加了每年照明器具的维护成本，为了减少各单位由于照明系统设备而造成的成本提升，文中提出了一种基于单片机控制的照明系统能够感应人体的存在，照明设备只能工作在有人存在的条件下，避免了“人走灯亮”的情况。

1 系统结构的组成

系统主要由中央处理系统、键盘电路、光敏传感器电路、电子时钟电路、液晶显示电路、热释电红外传感器电路、烟雾传感器电路、继电器电路、电源电路九大部分

组成。

（1）中央处理系统主要是将传感器送进的数据进行分析处理及时钟的产生控制。根据系统的功能要求，本系统采用由宏晶科技公司提供的微型控制器STC89C52，该控制器是一款高速型、可靠性强的单片机，内部具有8K的Flash存储空间、256个字节的RAM空间和3个定时计数器供用户使用，工作电压在3.4～5.2V能够满足很多工业控制的控制环节。该微处理器凭借着低成本和程序下载方便的优势占有绝大多数的使用人群，赢得了广泛的市场份额。

（2）键盘电路主要是手动设置系统的时间，用于控制照明灯具工作在设定的时间范围内。为了增强系统的实用性和简单操作性，系统设计的键盘电路主要是为了满足各个用户自行设定照明系统的工作时间，实现了不懂程序的用户也可以通过按键实现自行调整自己设定照明系统的工作时间。这样大大增强了该系统的使用人群，可以适用于任何用户，大大提高了系统的市场范围。

（3）光敏传感器电路主要是将工作环境的光照信息进行采集，保障照明系统黑暗的环境中工作。照明系统的主要任务是为了照明，所以只有需要照明的环境才启动系统工作。因此光照采集信号传感器的好坏直接关系到系统能否正常发挥作用的重要条件，本系统采用高灵敏度的光敏三极管作为采集信号传感器，能够将光信号转变为电信号的同时还可以将转换出来的电信号进行放大，出来的信号直接可以送给单片机进行处理，这样大大减轻了硬件搭建的难度同时还相应地减少了放大电路的成本，具有较高的经济效益。

（4）电子时钟电路主要是实现一个钟表以便使系统工作在规定的时间内。一般情况下，工厂、企业、学校单位工作人员以及机器设备是在一定的时间范围内工作的，为了确定一个工作时间，利用单片机内部的资源通过编写程序实现电子时钟而且通过时钟芯片DS1302保证单片机在掉电的情况下依然能够精准地记录时间，从而保证了系统性能的可靠性。

（5）液晶显示电路主要是将系统工作的时间段在液晶上显示出来，方便工作人员在必要的情况下进行灵活调节。1602液晶显示模块凭借着价格低的优势赢得了广大人士的青睐，系统将单片机产生的时钟信息在液晶1602上显示，同时用户可以在液晶上获得自己设定照明设备的工作时间，极大地方便各个人群的使用。

（6）热释电红外传感器电路主要是检测是否有人体存在，如果存在人体则系统在满足规定条件下才启动照明，否则关闭照明系统。企业、工厂、学校等单位经常存在非人类的生物存在，为了防止照明系统由于误判断（把老鼠一类的生物当成人类）而启动照明器具，系统采用HP-208型号的传感器能够准确地检测是否有人体存在，从而保证系统的稳定可靠的运行。

（7）烟雾传感器电路主要是检测系统的工作环境是否处于异常情况，如果出现火灾的迹象则单片机发出声光报警以提醒工作人员进行消防检测工作，保障企业工厂单位的安全性。该照明系统应用领域可以是工厂、学校、政府单位以及各种娱乐场所，可以增强系统的综合分析处理能力，扩充系统的应用功能而特定添加烟雾传感器，可以检测系统工作环境是否存在火灾的隐患，传感器通过采集的信息在液晶上进行显示同时如果采集的数据超过设定的火灾阈值将启动蜂鸣器和发光二极管进行声光报警，保证各个工作单位的安全性。

（8）继电器电路单片机属于一个控制型的处理系统，驱动能力比较弱。为了控制照明系统的开通需要能够控制强电的器件。单片机使用的是+5V的电源进行供电，而照明灯具一般是工作市电或者380V的电源上，属于强电部分。为了防止强电干扰单片机的正常工作实现弱电控制强电的过程采用了继电器电路，在符合照明系统工作时通过单片机控制继电器开关的闭合，达到强电开光的闭合，最终实现照明灯具的启动和关断过程。

（9）电源电路主要是给单片机和传感器单元模块提供电能以维持系统的正常工作，本系统结合了实际环境响应节能减排的号召而采用了通过太阳能电池片采集太能光将光能转变成电能。太阳能电池片的转换效率和光照强度、光照角度的有关，所以在现实生活中太阳能输出端的电压是不稳定的，随着时间的推移电源电压会发生变化。系统通过桥式整流电路将含有较大的谐波分量整流成较稳定的直流电源，最后再通过整流芯片7805将输出电压稳定在+5V。

2 照明系统工作的条件

黑暗状态下；设定工人上班的时间范围内；有人体存在的环境中。

3 照明控制系统和传统照明系统突出优点

做到“人进灯亮，人走灯灭”，所以更加节省电能；采用太阳能电池板转化成电能，更加节能环保；可以应用灯光控制的同时还具备火灾检测盒火灾报警功能，安全性更高；可以通过按键实现时间的任意修改，满足社会上的各个工作单位。

4 结语

本系统通过建立合适的系统模型，搭建符合要求的电路结构，模拟灯光控制系统的工作方式结果表明实验结果可以达到预定的要求，即在黑暗条件下且在规定的时间范围内如果有人体出现在照明系统中照明灯具就会通过继电器闭合电路实现启动照明设备，同时如果工作环境中出现烟雾情况单片机就会发出声光报警信号以提醒工作人员进行消防工作。经试验表明该系统的开发成本低廉而且具有广大的市场潜力能够满足各种单位人群的使用，能够为社会提供一个智能的灯光控制，节省了大量的成本。

参考文献

[1] 黄欣.探究LED节能灯的设计[J].硅谷，2013.

[2] 李全利.单片机原理及接口技术[M].北京：高等教育出版社，2011.

[3] 程春.大学教室智能照明控制器及其系统的研究与开发[D].北京化工大学.

作者简介：黄欣（1990—），男，广西人，甘肃西北民族大学电气工程学院2010级自动化1班学生，研究方向：智能家居、节能减排、物联网。