谢艳丽
广州市增城区职业技术学校
摘要:当今单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。电灯已是千家万户的必需生活用品，当夜晚来临时，人们摸黑去开灯，非常不方便，而当离开时，人们又经常忘记关灯而造成巨大的能源浪费。本研究针对车间灯光的控制方法，尤其是车间灯光的智能控制方面的发展现状，分析了车间灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机的车间灯光智能控制系统的设计思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件装置和相应软件。
关键词：人体感应，车间灯，单片机，智能化
1.引言：
社会在不断进步，人类在不断追求，市场在不断变化，高科技应用含量决定着产品发展的新趋势和前景，智能化技术在电子产品领域的应用意义深远。随着电子产品的快速发展，家用电器也越来越偏向智能化，已经应用于实际中的有智能洗衣机，智能电饭锅，智能电磁炉等，而所用的智能化家用电器都用一个共同的特点，都是利用单片机作为中央控制单元。结合了单片机的智能家用电器和普通家用电器相比，功能上更强，使用更方便，安全可靠性也更高，最重要的是更节省电能。
目前对灯光的智能控制，国内外已经开始采用，但对车间灯光的控制，尤其是我国车间灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。车间不断扩建，车间的用电负荷不断加大，车间用电管理不善，造成国家电能浪费，经济损失，这种的浪费与当今的节约能源理念楣违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。例如搂道灯光的自动控制等等。所有这些使得车间灯光控制也应该朝着智能的方向发展。所以说，开发简便，实用的车间灯光自动控制系统便具有重要的现实意义。
2. 系统总体方案设计
2.1系统结构框图
系统控制单元是以单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：系统供电模块、复位模块、LED指示模块、环境光模块、人体存在传感器模块、晶振模块及继电器模块，设计的系统总框图如图所示
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车间灯光控制可实现有效的车间灯光智能控制。其输入参数主要是人体存在信号和环境光信号等的外界因素，环境光的强度达到一定值时不开灯,环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，理论和实验证明用这种方式来对车间灯进行智能控制可以实现上述目标。车间灯光控制器一般安装在车间内避开电灯直射的位置，且人体传感器安置时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直，这样可使人体存在信号采集更加灵敏、可靠。
2.2单片机最小系统
控制模块选用单片机网作为控制芯片。所采用的STC89C52单片机是一一种闪烁可编程带4K字节可擦除只读存储器STC89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。在单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号
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2.3人体感应模块设计
检测人体是否存在的红外传感器是人体感应模块中最主要的组成部分。人体存在传感器的热释电红外探头的工作原理及特性如下：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10μM左右的红外线，被动式红外探头就靠探测人体发射的10μM左右的红外线而进行工作的。人体发射的 10μM叫左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生由人体存在的信号。全自动感应：人进入其感应范围则输出低电平，人离开感应范围则自动延时关闭低电平，输出待机时的高电平。红外传感器引脚:引脚1是电源信号接入端，引脚3是接地端,引脚2是采集到的信号输出端。为了使传感器的现象更加明显,本文的设计中增加一个三极管驱动的LED灯作为指示灯指示。红外传感器的电路图如图所示。
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2.4．光敏电阻
光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。管芯是一块安装在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电导体。光导体吸收光子而产生的光电效应，只限于敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光光照的表面薄层，虽然产生的载流子也有少数扩散到内部去，但扩散深度有限，因此光电导体一般都做成薄层。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极一般采用硫状图案。
2.5LM393电压比较器
本设计利用光敏阻值的变化与电阻进行分压，得到的电压值给LM393进行电压比较，通过10k可调电阻可以实现光线限值的调节。感应光线是否过弱，将信号给单片机处理。
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光敏模块电路图
2.6继电器模块设计
电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点常开触点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的常闭触点释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。继电器模块主要核心是一个电磁继电器。这个模块的主要作用是当单片机输出动作信号时衔铁片和触头相节,电路接通，灯处于开的状态。电磁继电器的的电磁继电器包括下列组件:感应线圈、铁芯、衔铁片、触头等。当感应线圈两端加.上电压时,感应线圈中有会流过电流，感应线圈在起附近产生磁场，衔铁片受磁力吸引向下，带动衔铁片的动触头与静触头相接合。当感应线圈断电时，其磁性消失导致衔铁片受到的磁力消失,衔铁片在弹簧的反作用力返回原来位置,使衔铁片动触头与静触头分开。这样接合、分开，从而实现了在电路中的开、关的目的。
综上，得到整个系统的总电路图如图所示。
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3．设计软件
设计主题思想被理解整合后,对整个模块进行划分设计,实现子模块各自功能,最后再把子模块合理地连接在一起,建立程序的流程框架，再根据流程图编写合适程序,实现设计功能。。软件设计的目的就是让单片机加载程序并运行，对距离、时间、光照强度进行测量，根据测量结果控制继电器的输出。
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图4-1 系统软件总流程图
4.系统分析与调试
本设计是在Keil C环境下开发的，Keil C软件支持C语言的编程及调试，在完成对程序的调试及烧录之后，还需要对其进行演示。通过实际情况分析，车间中的常见情况分为四种(1)光度足，课室无人；(2) 光度足，课室有人；(3)光线暗，课室无人；(4)光线暗，课室有人。下面分别对以上4种情况进行测试：
（1）光度足，车间无人靠近情况下的实物测试
在强光无人的条件下，灯会一直保持灭状态，不会亮。如在晴天的白天车间光线很好的情况下，没有人或移动的物体进入测试范围时，灯都保持灭状态，不会亮。
演示结果如图所示：
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（2）光度足，有人靠近车间准备情况下的实物测试
在光度足有人的条件下，用手摸着人体感应模块模拟任何人或移动的物体靠近时的情景，此时灯也不会亮。证明在晴天的白天车间光线很好的情况下，有人进入测试范围时，灯也保持灭状态。有人实物演示结果如图：
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(3)光线暗，车间无人情况下的实物测试
在傍晚时分光线暗的条件下，灯会一直保持不会亮。同时模拟在学生没有到课室情况下，没有人或移动的物体进入测试范围时，灯都保持灭状态，不会亮。有人进入的实物演示如下：
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(4)光线暗，车间有人情况下的实物测试
光线暗有人情况下的实物测试在弱光的有人的条件下，灯会一直保持亮的状态，不会灭。证明车间光线不好的况下，有人在测试范围时，灯保持亮状态，不会灭。有人进入的实物演示如下：
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5.结论及展望
本系统以单片机为核心部件的控制系统，利用软件编程，最终实现了各项要求。该车间灯光系统的控制是以STC89C51单片机芯片为核心，通过相关电路的驱动，完成对系统设备电灯的控制，实现了对车间灯光的自动开灯、关灯控制。
本系统中，人体传感器采集的信号与环境光采集的信号相互间有着密切联系。最好能将人体传感器与环境光采集电路集成到一起，简化电路，从而简化软件程序。初步试验证明，本系统适用性较好，可以应用于车间、楼道、办公室和图书馆等公共场所中。
六．参考文献
[1] 张毅刚.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨工业大学出版社，2004.
[2] 张淑清，姜万录等.单片微型计算机接口技术及应用[M].国防工业出版社，2003.
[3] 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.8051单片机实践与应用[M].北京：清华大学出版社，2001.