基于单片机控制的LED灯具智能开关控制系统

摘要:该文提出了基于单片机控制的LED灯具智能开关控制系统设计的基本思路,以单片机、红外传感器和光敏电阻为主要器件,从硬件电路和系统软件两方面实现了对控制系统的设计。

关键词:智能开关;单片机;LED;控制系统

中图分类号:TP311文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2010)13-3441-02

The Control System of LED Lamp Intelligent Switch Controlled by SCM

WEN Wu1, CHEN Yao-hua2

(1.School of Computer Science & Educational Software,Guangzhou University, Guangzhou 51006, China; 2.School of Mechanical & Electric Engineering,Guangzhou University, Guangzhou 51006, China)

Abstract: This paper introduces the designing of LED lamp intelligent switch controlled by SCM, which is mainly made up of SCM, sensors, and photosensitive resistance. The paper analyzes how to design the circuit and system software to control the whole system.

Key words:intelligent switch; SCM; LED; control system

现时尽管自动化技术发展迅速,但是在人们日常生活中家用电器的控制主要是实现对电器的功能控制,而实用、节能、低碳的家居智能控制系统更少之又少,其中主要是因为技术还不成熟,以及价格无法大众化。

家居智能控制系统具有实现安全、智能化、人性化的近程及远程控制;实现家用电器节能;实现信息共享等三大作用[1]。随着时代的发展,对LED的研究发现,LED效能转换率非常高,功耗远低于现有的传统灯具,而且比起现在的节能灯具,LED更节能、省电,在寿命、环保等方面均有不可比拟的优越性。因此设计一个智能开关控制系统,与LED灯具相配合,将新颖、节能、低碳的新技术推广、普及到每个家庭和企业中。

1 设计的基本思想

用单片机芯片实现智能开关控制与单片机芯片技术发展有着密切相关,最早的单片机因为只能使用汇编语言进行开发,电路较多,所以对设计人员的硬件、接口设计水平要求较高,造成设计和生产成本较高。现在的单片机芯片集成度高,具有CPU速度快、内有闪存、A/D转换、PWM输出、16位定时器、振荡等功能,其最大优点是和以往相比电路极少,可以用C语言、汇编语言或两者混合编程,较大地降低了开发和生产成本[2]。因此控制系统将基于单片机进行开发。

新颖、实用的LED灯具智能开关控制系统的控制面板由8051单片机、红外传感器、光敏电阻等组成,其中8051单片机对环境亮度和是否有人存在等检测信号进行控制,以有效、可靠为重点,控制与单片机相连接的节能LED灯具及其它照明电器设备,实现各种设计的功能。光敏电阻和红外传感器的组合使用,可以做到各连接电器的准确控制,并通过单片机的程序处理能扩大控制功能,例如感应开启、延时关闭等,这样大大的方便人们的日常生活,也节约了用电,提高了用电安全性。因此,在智能开关控制系统的总体设计过程中必须考虑三个注意事项和实现四个技术指标。见表1。

2 工作原理

智能开关控制系统具有照度检测技术,可以在不同环境亮度的情况下,应用先进的红外传感器,主动探测人体接近、移动等运动状态,并通过单片机的控制而开启或关闭LED灯具,从而节约电能,降低碳排放。尤其在夜间对于老人可省去摸黑寻找照明开关的麻烦,确保其安全活动的照明,同时也免去了家人忘记关闭灯具的顾虑,提高用电的安全性。图1所示是控制电路的框图,采用由红外传感器与光敏电阻等器件组成的组合检测电路进行检测,能准确的检测到外界的信号,从而由单片机对该信号进行相应处理。由红外、光敏电阻和单片机等器件组成的基本电路结构简单,布线小,可靠性高,使总电路的价格大大降低,也方便了以后的检查维修,而且还可以通过调整开关元件实现控制功能的扩展,提高了智能开关控制系统的实用性。

智能开关控制系统采用的STC12C5410AD系列20引脚封装的8051单片机,该单片机有15个输入输出端口,除检测信号使用一个输入端口外,其余的均能作开关控制用途[3]。图2是系统部分原理图[4]。本控制系统将利用一部分端口用做手动开关输入,另一部分端口用做相应继电器的动作控制,这样人们安装一个智能开关控制系统便能控制空间中的大部分LED灯具或其他照明电器,降低日常生活中的使用成本。

3 系统软件设计

系统采用关控制,如果环境没达到自动开启的条件,可以根据个人的需要通过按钮进行手动控制,也可以手动调整开启条件,适应环境的变化。由于单片机中存有多个输入输出端口,我们可以利用这些端口使家庭里除了LED灯具之外的电风扇、抽风机等电器产品由手动开关转变为智能开关控制。本控制系统主要用于控制的绿色环保光源LED灯具,使用寿命长、节能省电,不含铅和汞等有毒有害物质,能比传统灯具省电接近50%,而单片机在规定时间内如果没有输入信号,也将进入睡眠状态,降低功耗,符合绿色环保、低碳节能的时尚。图3是系统程序设计流程图[5]。

以下是部分的程式设计源代码:

void main()

{ kinput=0;

P1=0x7f;

P3=0x3f;

cnt1=cnt2=cnt3=0;

time1_mark=1200;

time_1=time_2=0;

red_mark=light_mark=0;

TMOD = 0x10;

TL1 = 0xF0;

TH1 = 0xD8;

TCON=0x40;//TR1置1,开始计数

IE = 0x88;

CMOD=0x02;//PCA时钟模式为fosc/2;

CL=0x00;//清0计算器

CH=0x00;

PCA_PWM0=0X00;

CCAP0L=0x3F;

CCAP0H=0x3F;

CCON=0x40;//CR置零,将PCA计数器打开

CCAPM0=0x42;

while(1)

{debounce();

light();

if(red_in==1)

{red_mark=1; //红外标志位

cnt1=cnt2=cnt3=0; //定时开始计时

time_1=time_2=1;//两个时间控制标志位

}if(light_in==1)

light_mark=1; //光敏标志位

timeset();//时间检查函数

main_f(); //功能开通函数

}}

4 结束语

通过设计由8051单片机、红外传感器、光敏电阻等组成的控制电路和系统程序可以完成一路智能输入,多路运用继电器或可控硅等开关元件等对直流、交流电源进行控制的开关输出,从而控制节能LED灯具及其它照明电器,实现各种预定的功能。实践证明电路是可靠实用可行,方便了人们的日常生活,也降低了能耗,减少了碳排放,保护了环境。

参考文献:

[1] 潘庆浩,古鹏.智能家居控制系统技术问题的研究与探讨[J].电脑知识与技术,2008(5):951-954.

[2] 古鹏,温武,陈耀华.新型单片机芯片实现家居智能控制的单元设计[J].电脑知识与技术,2008(5):713-716.

[3] 张金家.剖析“智能家居集成及其平台技术研究”[C].建筑及住宅社区数字化技术应用研讨会论文集,2003:33-38.

[4] 宏晶科技.STC12C5410AD系列单片机手册[S],2006.

[5] 彭为,黄科,雷道仲.单片机典型系统设计实例精讲[M].北京:电子工业出版社,2006.