公共场所智能照明系统

秦东 ,李善欣 ,杨斌 ,张志凯 ,时亚洲

中建新疆建工集团第四建筑有限公司 乌鲁木齐 830000

摘 要

近几年来，由于科学技术的不断发展，地下停车场的数量不断上升，在我们国家各类能耗中，建筑能耗占据了约46%，而其中的照明能耗约占24%∽35 %公共场所照明节点，所以耗电量不也断的上升。而地球的能源是有限的，节约能源又是我国的基本国策。所以管理并升级公共场所的照明系统是势在必行的。

本文是基于单片机技术和C语言技术研发的地下停车场智能照明系统，将实时监测车辆和人体的信号，并采用低耗能的LED灯为照明工具，以此达到节能减耗的目的。

该系统使用人体热释电红外传感器、雷达微波传感器、LED灯、电压转换电路、STC90C51单片机和延时算法构成。本文针对能源消耗、实时监测车辆位置和单片机编程方面做了大量的调查与研究，提出了相应的软硬件结合解决方案。

实验结果证明，本设计系统可以有效地节省能源，且对人体和车辆的移动具有良好的感应能力，一切都是全自动的，非常适合应用各个地下停车场,对人类的生活有着重要的意义。

关键词：单片机 传感器LEDC语言 电压转换模块

第一章 绪论

公共场所的照明系统，即指如地下停车场、学校教室、居民楼道等用需要长时间照明的地方。地下停车场是指建筑在地下用来停放各种大小机动车辆的建筑物。从目前世界能源消耗量上来说，能源资源不足，人类的未来危在旦夕。能源的节约对人类来说至关重要。因此，本文设计了一个以节能和环境保护为主的地下停车库的照明系统，改变了以往的地下停车场的高强度长时间照明对能源的浪费的现状。

1.1 研究内容

本次设计是地下停车场的智能照明设计，本次设计的重点内容就是区域的划分与单片机的编程设计。区域的划分是根据具体停车场的实际大小来划分，再在每一个区域进口处都安装一个雷达传感器，用来控制这个区域的公共灯，这个公共灯是一个瓦数小的一个弱LED灯用于基础的公共区域照明。并且每个停车位都有一个雷达传感器用来感应移动的车辆，当感应到有移动的物体后，传感器产生一个高电平1给单片机，单片机来控制这个车位的LED灯发光，给用户照明并延长照明一分钟。当用户走出区域时，传感器恢复低电平，单片机控制LED灯熄灭。并且此时用户走到公共人行道，此时人行道上的人体红外传感器（热释电）感应到有人时给单片机输出一个高电平1，并有单片机控制人行道的灯延时亮一分钟（该传感器为可重复触发）。当人离开之后，传感器恢复低电平0,单片机控制LED灯熄灭。以此实现整个系统的功能设计。

第二章 系统方案论证

在确定本文需要研究的几个问题后，本章将详细介绍地下停车场智能照明系统设计的步骤，包括系统功能、系统功能分析、系统设计原理、系统整体概述和系统各模块的论证选择四个部分。

1、标准安装，降低安装成本。地下停车场的理想区域规划如图2.1所示。

 

 

车位 车位		车位   车位		车位    车位	车位    车位
公共人行走廊
车位 车位	车位   车位		车位    车位			车位    车位

图2.1  地下停车场示意图

2.2 系统的整体概述

本设计体系主要由传感器模块、LED照明模块、单片机芯片模块、复位电路、电源模块和电压转化模块构成。整个系统是把每个模块连接在一起，构成一个完整的可以实现设计功能的系统。传感器的引脚是通过焊接锡焊上的，其他部分的连接是通过杜包线连接的。其硬件系统给结构如图2.2所示

 

 

 

 

图2.2 硬件系统结构图

复位电路接在单片机的RST引脚，电源模块接在VCC引脚，人体红外传感器接在单片机的p1.0引脚，雷达传感器接在单片机的p1.1引脚，人体红外传感器控制的LED灯1接在p0.0引脚，雷达传感器控制的LED灯2接在p0.1引脚。

当用户走入公共人行道，此时人行道上的人体红外传感器感应到人时，给单片机输出一个高电平，并有单片机控制人行道的灯延时亮一分钟。当人离开之后，传感器恢复低电平,单片机控制LED灯熄灭。

               2.3 系统各模块的选择

2.3.1各模块的选择

1.传感器的的选择

选用人体红外传感器。本方案采用由单片机控制人体红外传感器，智能的检测停车场的环境，检测是否有人经过，自动的更新工作状态。同样的在没有人经过时，启动超低功耗照明状态，且可以根据实际情况进行调整。在系统检测到有人时，自动启动满负荷工作状态。

2.单片机芯片的论证和选择

  采用stc90c51作为单片机主控芯片

  采用STC90C51作为主控芯片。该芯片运行速度超高速，并且超低耗、超实用，非常适合该设计使用。单片机的引脚大致可以分为4类：电源、时钟、控制和输入输出引脚（I/O）。

本设计主要用输入输出端口，有P0、P1、P2、P3口，每个口有8个引脚，共有32个引脚。在本次设计中采用P1.0、P1.1为输入引脚；P0.0、 P0.1为输出引脚。

2.3.2用软件语言的选择

使用C语言编程

C语言编程要通过Keil等软件将其编译成HEX文件才能被单片机识别。它能很好地和其他语言相通，C程序编写完成后是被电脑一步步执的，并且是将我们的机器语言合成为每一个单独的语句，所以运行速度快，特别适合本设计。

2.4 系统设计原理

2.4.1 人体红外传感器的工作原理

人体红外传感器是应用的红外线技术实现的，是全自动控制的器件。其特点是灵敏度高、测量数据可靠，地电压工作模式，广泛应用于各类自动感应设备。人体红外传感器如图2.4所示。

图2.4 人体红外传感器

              第三章 系统硬件设计

地下停车场的智能照明系统的总体硬件设计示意图如图3.1所示，主要由传感器模块、LED照明模块、单片机芯片模块和电压转化模块构成。系统的整体硬件设计示意图如图3.1所示。

 

 

 

 

 

                图3.1 整体硬件设计

3.1  红外人体传感器模块

红外传感器就是利用热释电探头来检测人体所散发出来的特有的体温，并利用其温差来使传感器电路发生改变，从而实现检测人的存在与否。

通电以后，人体红外传感器集成模块会有一分钟左右的初始化时间，在此期间模块会间隔的输出0-3次，一分钟后进入待机状态。

红外传感器的正面装有一个菲涅尔透镜，可以全方位、多角度的折射红外光线，使探测的范围更广，灵敏度也更高。人体红外传感器模块主要是利用热释电探头探测人体发出的热辐射，利用独特的方法来控制非技术因素对其灵敏度的影响。

3.2 电压转换模块

电压转换模块是通过放大电路可以把输入的电压信号放到大到一定的值后输出，本设计是一个模拟的地下停车场的系统，由于应用到实际场所时所用到的传感器的最小驱动电压是12V，而单片机最小系统的输出驱动传感器的电压是3.3V-5V,所以电压转换模块是必要的。

 第四章  软件系统设计

将从细节原理来详细阐述地下停车场的智能照明系统的功能设计，整个系统是由上位机软件模块和下位机硬件模块组成共同组成。以下将分为从下位机和上位机来详细阐述。

              4.1软件系统

本次设计的功能是要能够实时监测地下停车场每个车位的车辆停放情况，然后对其信号进行分析和处理，从而控制LED灯的亮、灭。下位机的车位灯和人行道灯的延时各功能照明算法流程图如图4.2所示。

 

 

 

          否

                           是

 

 

 

                                       否

                          是

 

 

             图 4.2下位机软件系统流程图

当系统初始化后，CPU一直检测接收车或人到来的信号，系统判断完后，如果有车或人来则系统执行下一步LED灯状态算法识别来控制灯亮。否则进入低耗模式,低耗模式时芯片各个功能暂停，只有在晶振工作，能耗低,可以达到节能的目的。

第一作者：秦东

第二作者：杨斌

第三作者：张志凯

第四作者：时亚洲

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