型教室照明灯具节能智能控制装置的研究

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1、新型教室照明灯具节能智能控制装置的研究（辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁葫芦岛125105）摘要：本文介绍并研制了一种对教室照明灯具进行有条件的开灯和熄灭的智能化、人性化、小型化、低成本的智能控制装置，具有节约电能，延长灯具使用寿命的作用。该装置以ATmega16为控制芯片，利用人体红外感应模块和光检测电路，采集亮灯条件，通过处理器的逻辑判断，驱动执行机构，实验表明有效提高教室室内的照明质量，为学生提供良好的学习工作环境，保护学生视力健康。关键词：教室照明；ATmega16；红外感应；节能中图分类号：TP361.7文献标识码：

2、A0引言教室作为学校教学的重要场所，教室中的照明灯具设备数量十分庞大。目前，我国学校教学楼照明用电管理大部分都是有由学生自行控制开启，再由专门负责人在晚自习后关闭灯具[3]。这种管理模式不同程度的存在着缺陷，如白天光线充足情况下，教室中仍然开灯，势必造成电能的大量浪费，同时也大大缩短了灯具的使用寿命。为解决上述问题，实现教室照明灯具的智能控制，研制出一种新型的节能智能控制装置。该装置以ATmega8为控制芯片，利用人体红外感应模块和光检测电路，采集亮灯条件，通过ATmega8处理器的逻辑判断，驱动执行机构，实现了对日光灯进行有条件的开

3、灯和熄灭控制。即在有人并且光线照度不足的情况下允许亮灯；在其余不符合开灯条件的情况下，不允许开灯以及人走灯灭等功能，并且可以实现在特殊情况下，屏蔽控制装置的控制作用，实现照明灯具的智能控制和节约电能的目的。1硬件电路设计控制装置是以ATmega8为控制芯片，其它外围电路主要包括：系统供电模块、光强检测模块、人体感应模块、红外探头摆动模块、灯光驱动模块以及防盗报警模块。图1系统框图Fig1Systemblockdiagram1.1AVR单片机中ATmega8ATmega8的主要优点是高性能、低功耗、价格低廉。芯片本身自带8kBFlash

4、程序存储器、512B的EEPROM、1kB的SRAM数据存储器、自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD，多个复位源(自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位)，可设置的启动后延时运行程序，以及丰富强大的外部接口，抗干扰能力强,完全可以满足节能控制装置的控制需要。目前支持AVR单片机编译器的语言主要有汇编语言、C语言、BASIC语言等。1.2电源模块系统整个电路需要直流正12V和正5V两种电压。电路原理图如图2所示。图2电源模块Fig2Powermodule1.3光强检测模块1.3.1光敏电阻光敏电阻与其他半导

5、体器件一样，它的特性受温度影响较大。当温度升高时，它的暗电阻变小，其灵敏度下降[1]。光敏电阻的温度特性仍用温度系数。温度系数定义为：在一定光照下，温度每升高l℃，光敏电阻阻值的平均变化率，即式中，R1在一定光照下，温度为T1时的阻值；R2在一定光照下，温度为T2时的阻值。光敏电阻结构很简单，管芯是一块安装在绝缘衬底上的带有两个欧姆接触电极的光电导体[2]。其体积小，重量轻，性能稳定，价格便宜等，因而在自动化技术中得到广泛应用。1.3.2光强检测电路环境光采集电路原理图如图3所示。（只要模拟量）模拟量输出当光敏电阻阻值随光线强度变化时

6、，光敏电阻下端的电源也随之变化，利用ATmega16单片机的A/D功能将模拟量转化为数字量，供给单片机使用图3环境光采集电路原理图Fig3Schematicdiagramofenvironmentallightacquisitioncircuit1.4人体红外感应模块1.4.1热释电红外传感器自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对温度(-273℃)就存在分子和原子无规则的运动，其表面就不断地辐射红外线。红外线是一种电磁波，它的波长范围为0.78~1000μm，不为人眼所见。热释电红外传感器就是探测这种物体表面辐射的不为人眼所见的红外

7、线的设备[5]。它反映物体表面的红外辐射场，即温度场，是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷ΔQ会被空气中的离子所结合而消失即当环境温度稳定不变时，ΔT=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有ΔT输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。

8、所以这种传感器能够检测人体或者动物的活动。由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可大于7m。1.4.2菲涅耳滤光片红外传感器的时间常数越小，则它对红外辐射的响应