人走燈滅，公共智能照明是這樣節能的

基于多普勒效應的智能LED燈光控制系統，當被檢測的物體發(fā)生移動(dòng)時(shí)，HB100 微波傳感器能迅速地探測到信號，并利用匯編語(yǔ)言對單片機STC89C52編程設定延時(shí)，使燈點(diǎn)亮LED 燈且維持一段時(shí)間;當沒(méi)探測到物體移動(dòng)時(shí)，燈光則自動(dòng)熄滅。該系統智能控制細化到每一盞燈，有利于每盞燈的維修和監控。在能源緊缺的現狀下，該智能LED燈光控制系統達到節能效果，并可適用于公園、校園、小區、樓梯等公共場(chǎng)所，具有良好的市場(chǎng)前景。

隨著(zhù)城市化建設的高度發(fā)展，公共場(chǎng)合照明系統的智能化建設是城市建設的重要組成部分。當前，在燈光使用的問(wèn)題上，很多公共場(chǎng)合以及道路上普遍存在兩種問(wèn)題：

(1)人們常在不需要用燈的情況下，一直開(kāi)著(zhù)燈光，造成能源浪費;

(2)在深夜，很多公共場(chǎng)合的燈光是關(guān)著(zhù)，給行人帶來(lái)諸多不便。

多普勒智能LED 燈光控制系統通過(guò)檢測物體的移動(dòng)，控制路燈、公共場(chǎng)合照明系統的開(kāi)關(guān)。中國大小城市眾多，路燈、公眾場(chǎng)合照明系統利用需求量大，應用普勒智能LED 燈光控制系統有效地提高了燈光使用率，給人們帶來(lái)方便的同時(shí)還能避免能源浪費，體現了當代環(huán)保節能的理念。

1 多普勒智能LED燈光控制系統設計方案

基于多普勒效應的智能LED 燈光控制系統，利用光敏電阻檢測環(huán)境的明亮程度，當周邊環(huán)境比較暗時(shí)，光敏檢測的信號傳給單片機，單片機根據HB100 的微波傳感器探測是否有行人或車(chē)輛等物體移動(dòng)的情況智能控制開(kāi)燈的數量。通過(guò)單片機STC89C52 設定延時(shí)，實(shí)現各個(gè)燈光之間的照明替換。如圖1所示，該系統由智能控制模塊與‘常亮’模塊組成，其中智能控制模塊由HB100 微波傳感器探測、光感檢測、STC89C52 單片機、電源和lED 驅動(dòng)模塊組成。

圖1：多普勒智能LED 燈光控制系統示意圖

為了適應各種各樣的環(huán)境下使用，本系統設定‘常亮’模塊。‘常亮’模塊，只要光

敏電阻檢測周邊環(huán)境在比較暗的情況下，‘常亮’模塊就會(huì )點(diǎn)亮。‘常亮’模塊是為了方便整個(gè)系統的維修，同時(shí)避免在沒(méi)有物體移動(dòng)的環(huán)境下全暗不適用于一些環(huán)境。‘常亮’模塊提高多普勒效應的智能燈控系統的適用度，同時(shí)‘常亮’模塊的LED 燈數相對智能控制部分的LED 燈數少很多，相對一般控制系統節約了大量電。

我們研究的基于多普勒效應的燈控系統在探測控制上有較大改善，對設備的控制以及監控細化到每盞燈，有良好的穩定性，并且實(shí)現了節能的目的。在能源緊缺的現狀下，該方案在實(shí)際應用上體現了其節能、制造成本低、穩定等優(yōu)越性，其中包括數據傳輸的可靠性、穩定性、通信線(xiàn)路的抗干擾性等，相信在不久的將來(lái)可以將其應用到實(shí)際生活中，并會(huì )帶來(lái)良好的發(fā)展契機和市場(chǎng)前景。

2 控制系統硬件設計

2.1 HB100微波傳感器探測模塊

HB100 微波傳感器探測模塊主要包括HBl00 多普勒微波傳感器和信號處理部分。多普勒效應的原理是當發(fā)射端在接收端半徑的方向上發(fā)生移動(dòng)時(shí)，相對于發(fā)射的信號頻率，接收到的信號頻率發(fā)生偏差。

公式1 為多普勒頻率公式， 為相對運動(dòng)的速度，λ 為工作波長(cháng)，φ 為初相。移動(dòng)端向傳感器接近的方向運動(dòng)時(shí)，多普勒頻率的值為正;反之，多普勒頻率的值為負。

該傳感器在X 波段工作，工作的頻率是10.52GHZ，由脈沖波與簡(jiǎn)單連續波組成傳感器的發(fā)射波形。該傳感器的工作原理是基于DOPPLER 原理, 能夠發(fā)射功率低的微波信號和接收經(jīng)過(guò)物體反射回來(lái)的能量。當運動(dòng)物體時(shí)，相對于發(fā)射的信號頻率，接收到的信號頻率發(fā)生偏差，兩種微波相互混合，在輸出端產(chǎn)生低頻電壓，經(jīng)過(guò)信號處理部分的處理，輸入到單片機實(shí)現智能控制系統的部分功能。該傳感器具有在高溫環(huán)境下能維持良好的穩定性、在檢測過(guò)程中準確性高等性能，適用于無(wú)接觸的運動(dòng)和物體探測的應用。

2.2 穩壓直流電源模塊

穩壓直流電源模塊由四部分組成，分別為電源的變壓器、整流、濾波、穩壓電路。該穩壓直流電源模塊能將220V 的交流電轉化成1.22 ～ 9.3V 的可調控電壓，方便電源的控制，符合控制系統的使用電壓。

2.3 光感檢測模塊

光感檢測模塊用于光照測量，該模塊的核心器件是光敏電阻。光敏電阻的工作原理是內光電效應，由兩端上面裝有導線(xiàn)的光敏半導體材料構成。在無(wú)光的環(huán)境下，光敏電阻的暗電流很小，如果在外加電壓的作用下，通過(guò)其的電流將隨著(zhù)照射在其上面的光照強度的增強而增強。從而實(shí)現了光照測量的作用，進(jìn)一步實(shí)現該系統的部分智能控制功能。

2.4 STC89C52單片機

STC89C52 單片機在本系統充當紐帶作用，有重要的地位。STC89C52RC/RD+ 系列單片機具有運作速度快、抗干擾能力好等特性，在應用指令的代碼方面，與傳統單片機8052指令的代碼具有兼容性。該單片機具有8k 字節存儲空間，可以直接使用串口下載，更簡(jiǎn)單的操作，更廣的適用范圍。

2.5 LED驅動(dòng)模塊

多普勒智能LED 燈光控制系統采用LED燈具照明，采用的LED 驅動(dòng)器是驅動(dòng)電路輸出的電流值是恒定的驅動(dòng)器，能確保LED 燈具有穩定的亮度。相比同種類(lèi)型的恒流驅動(dòng)器，PAM2842 的輸出功率大，并且符合輸出穩壓、恒流的要求。作為專(zhuān)用于LED 驅動(dòng)的恒流驅動(dòng)器，PAM2842 芯片的輸入電壓在于5.5V ～ 40V，可利用其內置的MOSFET(金氧半場(chǎng)效晶體管)輸出高達 30W 的功率。

PAM2842 芯片具有高的效率和寬的恒流特性的電壓范圍，因此在較高溫的環(huán)境或輸入電壓突然下降的情況，都能確保驅動(dòng)電路的正常運行。PAM2842 芯片還具有電流過(guò)高、溫度過(guò)高保護等功能，有利于驅動(dòng)的 LED 燈具的保護，延長(cháng)LED 燈具的壽命。

3 控制系統軟件設計

多普勒智能LED 燈光控制系統的程序設計采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，通過(guò)軟件導入單片機，實(shí)現智能功能。多普勒智能LED 燈光控制系統在STC89C52 單片機環(huán)境下完成光檢測信號分析、HB100 微波傳感器探測模塊產(chǎn)生信號的分析以及LED 驅動(dòng)器啟動(dòng)指令輸出的控制等。

3.1 HB100微波傳感器探測程序設計

如圖2 所示，HB100 微波傳感器探測程序設計的主程序初始化所需的資源，以外部中斷0 為電平觸發(fā)方式，當它的管腳P3.2 為低電平時(shí)中斷，進(jìn)入中斷程序;若計算子程序在10ms 內低脈沖的次數是否達到三個(gè)以上，若達到，則點(diǎn)亮LED 燈;定時(shí)器T1 用于計時(shí)，每次啟動(dòng)非初次外部中斷的時(shí)間和初次外部中斷的時(shí)間之差與10ms 相比，從而使外部中斷次數有了時(shí)間的限制。

圖2：HB100 微波傳感器探測程序設計

3.2 光檢測程序設計

光檢測程序通過(guò)光敏電阻采集信號，轉換器ADC 轉換信號，輸入單片機，輸入單片機的信號與設定值對比，而作出下一步?jīng)Q策。通過(guò)A/D 轉換，轉化為數字信號，方便單片機的判斷。在整個(gè)電路接通電源之后，ADC 初始化，進(jìn)行ADC 轉換，再對輸入值做比較，作出判斷，實(shí)現光檢測功能。

4 系統調試

完成多普勒智能LED 燈光控制系統的軟件和硬件的設計后，為了完善多普勒智能LED 燈光控制系統，對整個(gè)系統做調試。在IDE 軟件環(huán)境下代碼編寫(xiě)、編譯、調試，直到調試成功，再寫(xiě)入單片機內。通過(guò)IDE 可以控制單片機，實(shí)時(shí)了解單片機的寄存器的數值，進(jìn)一步對單片機監控，調試各方面的功能，直到完成整個(gè)LED 燈光控制系統智能控制。

4.1 HB100微波傳感器探測程序調試

在調試HB100 微波傳感器探測程序之前，單片機管腳P3.2 為低電平時(shí)中斷，連接好HB100 微波傳感器探測模塊的電路，測試各電路是否導通。單片機連接計算機，方便測試時(shí)實(shí)時(shí)監控測量數據和調試。當沒(méi)有物體移動(dòng)是，微波傳感器發(fā)射出微波的頻率與經(jīng)過(guò)運動(dòng)物體反射回來(lái)微波的頻率沒(méi)有發(fā)生偏移，此時(shí)檢測到是高電壓信號。當檢測到物體移動(dòng)時(shí)，便會(huì )點(diǎn)亮LED 燈。利用定時(shí)器T1 計時(shí)，每次非初次外部中斷到來(lái)的時(shí)間與初次外部中斷的時(shí)間之差10ms。通過(guò)計算子程序計算10ms 內的低脈沖數，實(shí)現調試HB100 微波傳感器探測功能。

4.2 光檢測程序調試

光檢測程序調試前，根據不同環(huán)境的光照強度的要求，設定對比值。在連接電路，通過(guò)模擬/ 數字轉換器ADC 轉換信號，輸入到單片機，通過(guò)對比單片機的輸入值和設定值，決定是否實(shí)現下一步功能。在調試中使用IDE調試，不同調試程序，最終達到系統需要的結果。

4.3 系統整體測試

在測試完各個(gè)模塊之后，根據整體設計系統連接好各個(gè)模塊。在IDE 環(huán)境下，先進(jìn)行單步調試，確定每一步數據。在每一組數據合理之后，再進(jìn)行整體運行。確定系統正常運行之后，在單片機設定的光強一下，有物體經(jīng)過(guò)時(shí)，燈具自動(dòng)打開(kāi)，實(shí)現了智能。但為了進(jìn)一步調試智能控制系統的性能，如下做出了控制器的燈控角度范圍的測試，測試角度的范圍如圖3 所示。通過(guò)對控制器的燈控角度范圍測試的結果可以看出，只有在7、9 的位置有物體經(jīng)過(guò)時(shí)，燈具不能點(diǎn)亮，在其他測試位置有物體經(jīng)過(guò)時(shí)，燈具能點(diǎn)亮，符合傳感器的測試范圍。

圖3：角度測試點(diǎn)示意圖

5 結論

隨著(zhù)能源的短缺，節能和系統化理念的推崇，智能化燈光控制系統得到了社會(huì )的重視。多普勒智能LED 燈光控制系統主要由常亮子控制系統和智能控制子系統組成，通過(guò)光檢測模塊和HB100 微波傳感器探測雙重控制，經(jīng)過(guò)單片機處理，輸出信號信息，通過(guò)了LED驅動(dòng)模塊點(diǎn)亮LED 燈具，實(shí)現了智能LED 燈控制系統的功能。該系統操作簡(jiǎn)單，控制性能好，節能效率高，成本低的特點(diǎn)，可以公園、校園、小區、樓梯等公共場(chǎng)所，具有廣闊的市場(chǎng)和應用價(jià)值。