摘要：随着科学技术的发展，我国的红外热释电传感器技术有了很大进展，基于红外热释电传感器技术，本文提出了该传感器不能识别静止人体的解决方案，并设计出教室照明智能控制系统，使教室照明系统达到“人在灯亮、人走灯灭”的效果，从而省电节能。
关键词：红外热释电传感器；智能控制；节能
引言
智能照明控制系统的开发与应用由来已久，人们设计了各式各样的室内外的照明控制器用于节能照明，有的还整合了光源和百叶窗、音像等室内设施的协调控制，促进了节能照明行业的普及和发展。
1系统原理
控制系统以单片机为核心,将教室划分成几个矩形区域,每个区内安装有热释电红外传感器和光敏电阻,用热释电红外传感器检测该区内是否有人,用光敏电阻检测该区内光强度的大小,从而控制该区内日光灯的启停。为了增加控制器的通用性,控制器配有遥控器,可对灯具启停时的光强度和延时时间进行设定。同时,可选配上位机,使所有的教室内的控制器通过总线连接起来。通过上位机设定控制参数,同时可监控每盏灯的开关情况,以便于对整个教学楼照明进行维护和管理。
2方案设计
2.1系统框架设计
由于人体会发出特定波长（10μm左右）的红外线，因此可采用目前应用广泛的红外热释电传感器，来识别人体信号，经后续电路放大和A/D转换等处理后，传递给基于单片机的控制电路，以此来控制灯的开关。做到人在灯亮，人走灯灭。
2.2光照度传感器模块
光照度模块采用光敏电阻GM3516作为传感器。光照度传感器电路其工作原理是当电路中的光敏电阻受到适当波长的光线照射时，其阻值会随着光强的减小而增大，从而改变了电阻两端的电压，实现了光电转换。将光敏电阻两端的电压送至比较器LM393与设定的参考电压值进行比较，比较器输出信号送至单片机I/O口。单片机根据接收到的信号判断教室的光照度强弱是否达到教室照明的照度要求，从而对教室进行节能控制。
2.3传感器运动的方式
（1）振动方式。把传感器和一个小型振动器固定在一起。当人进入识别区后，传感器检测到人体信号，经处理后传给控制电路，使振动器带动传感器一起振动，从而识别出静止的人体。本系统每次振动时间设定为2s，振动周期为30s，每30s扫描一次。如果连续两个周期该区域内没有人体信号，控制系统执行关闭照明灯的动作。（2）摆动方式。其基本思路与振动方式相同。区别在于传感器运动的方式，是在弹片的带动下发生摆动，从而达到相对运动的目的。通过一个小型电机驱动凸轮，即可实现弹片的摆动。
2.4人体检测模块
本文采用人体红外检测技术来判断教室内人员分布情况，从而智能的控制灯具的开和闭。该部分主要由菲涅尔透镜、热释电红外传感器、信号滤波放大三部分组成。热释电红外传感器通过把检测到的人体红外信号转换成相应的电信号，信号处理电路将电信号进行放大、滤波、延迟和比较处理，最后将该信号送给单片机，用来判断教室内人员分布情况，控制灯的开关。热释电红外传感器采用HC-SR501通用双元型被动式热释电人体红外传感器，其内部由两个按照极化方向反向串联的敏感元件构成，能够检测人体辐射的红外波长，并且受环境温度及可见光影响极其微小，甚至可以忽略不计。热释电传感器在实际使用中，必须在前面安装菲涅尔透镜。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆菲涅尔透镜是一种特殊的光学透镜，由塑料制成，可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，提高热释电红外传感器的灵敏度和探测半径，并将监测区域分为若干明区和暗区，检测人体的移动情况。热释电红外传感器HC-SR501的输出信号幅度小、频率低。因此，要相对其做进一步的处理，必须对红外传感器的输出信号作相应的处理。本设计采用红外信号专用处理芯片BISS0001。BISS0001是由运算放大器、比较器、定时器等构成的A/D混合专用集成芯片，具有很高增益，片内定时器能有效抑制切换负载时产生的干扰。具有重复触发方式和不可重复触发方式。
2.5控制电路设计
本设计选用LM358集成放大器来对信号进行放大处理，而后传到控制电路，以80C51单片机实现编程控制。单片机驱动两个继电器，分别实现灯和电机的控制。其过程为：传感器识别到的人体信号经处理后，传给单片机，单片机输出两个指令，一个让控制灯的继电器闭合，照明灯打开；另一个控制小型电机的转动。该指令为周期性输出，直至传感器检查不到人体信号时，单片机控制两个继电器同时断开，照明灯熄灭，以此达到智能控制的效果。
2.6震动检测模块
当前，高校教室大多都配备了多媒体教学设施。在进行多媒体授课时，对教室内的光照又有着特殊的要求：既要保证投影屏的清晰度，又要满足学生看书、记笔记的照明需求。为此，设计了基于震动传感器的检测模块并将其安装在投影仪上方。当震动检测模块检测到投影仪风扇转动引起的震动后向单片机发送信号，使控制器进入幻灯片播放模式。此时，位于投影屏附近区域的灯具被关闭，有人员分布区域的光照降为原光照强度的50%，从而达到了教室光照需求。采用一种弹簧型无方向性振动传感器SW-18010P，它的高灵敏度使其可以在任意角度被触发。当SW-18010P传感器受到外力发生震动时，弹簧发生形变和中心电极接触使两个引脚瞬间导通，当震动消除时，电路恢复为开路状态。SW-18010P输出接比较器LM393，与设定的参考值进行比较，输出结果信号直接送至单片机I/O口，判断当前是否处于幻灯片播放模式。
3教室内的照明区域划分
为了最大程度进行教室的照明节能控制，我们以普通教室为例展开讨论，将普通教室分成若干区域，实行分区域照明。为达成这一目标，首先我们可根据阶梯大教室光照强度的明暗区域分布，将其划分为几个区域，并对每个区域采用分组照明方式。如果简单按行或列进行分区，可能导致一部分区域很亮，而一部分区域很暗的现象出现，不利于兼顾照明和节能。因此，我们在进行教室照明区域的划分时，不仅应该充分考虑具体的教室光照强度的明暗情况和教室内照明设备的数量，还要兼顾学生的学习和视力，节约用电。在具体的教室照明控制过程中，如果我们仅仅考虑具体的教室光照强度和教室内照明设备的数量，就可能出现教室无人但照明设备全开的情况，因此还需要加入对人数的计算。我们可以根据教室的实际情况，设定教室的人数阈值（经过反复试验，我们认为将阈值设定为16最佳），当教室区域光照强度低于300Lx时，教室照明控制系统将对教室内人数进行统计，如果无人，则不开启照明设备，而如果有人且人数小于阈值时，则开启某一区域的照明设备；当人数大于阈值但小于2倍阈值时，则开启二区域的照明设备…依次类推，直到教室内的照明可满足学生正常学习和保护视力的需要为止。
结束语
综上所述，本文应用热释电传感器及单片机控制技术，设计出教室照明控制系统，达到了省电节能、操作方便、人性化控制的效果。本设计不仅可用于教室的照明系统，还可对风扇、空调等用电装置实施相同的控制。本系统还可推广至车站候车室、医院等公共场所。在当今大力倡导节能的背景下，具有很好的应用价值。
参考文献
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作者简介：李峰斌（1983.11-），男，咸阳市三原县人，机械设计制造及其自动化，本科，研究方向：智能控制。
论文作者:李峰斌
论文发表刊物:《知识-力量》2019年9月35期
论文发表时间:2019/8/8
标签：教室论文; 单片机论文; 传感器论文; 信号论文; 区域论文; 人体论文; 电传论文; 《知识-力量》2019年9月35期论文;