楼梯间自动感应照明系统设计

目录

楼梯间的自动感应照明设计 (2)

摘要 (2)

ABSTRAC (3)

引言 (4)

1红外感应和智能照明控制系统的优越性 (4)

2.楼梯间控制器简介及控制方案的分析 (5)

2.1楼梯间灯光控制器简介 (5)

2.2系统控制方案的分析 (6)

3系统模块的实现 (6)

3.1红线感应开关在楼梯间照明控制中的布置方式 (6)

3.2控制模块的硬件构成 (7)

3.3人体红外传感器的工作原理 (8)

3.4传感器模块 (9)

3.5热释电传感器的工作原理[3] (9)

3.6芯片介绍 (10)

3.7看门狗电路 (12)

3.7.1 X5045芯片引脚及功能介绍 (12)

3.7.2 看门狗电路的操作原理 (13)

3.7.3基于X5145的复位电路硬件设计 (13)

4系统调试运行及问题分析 (14)

4.1单片机芯片的调试步骤及其方法 (14)

4.2可能出现的问题及解决办法 (15)

5结论 (16)

5.1主要结论 (16)

5.2不足与展望 (16)

参考文献 (17)

致谢 (18)

楼梯间的自动感应照明设计

摘要:伴随着社会需求多样化,楼梯的设计也向着丰富多彩的方向发展。而现在智能照明系统充分地利用了计算机、单片机和通信技术等将楼梯间的各种照明灯具有机地组合在一起，实现对灯具的有效控制和管理。智能照明系统中的灯光节点能够根据外界输入的光强度信息来自适应地调整自身灯光的亮度，反复性地采集楼梯内的光强度和有无人进出等外界环境变化，使其作为输入信息。并且对用户控制做作相应的反应。

在楼梯间照明控制中普遍使用的触摸延时开关和声控延时开关有明显的不足之处，红外感应开关在楼梯间照明控制方面存在明显的优势，将集中控制式红外感应开关系统应用于楼梯间照明既有良好的使用结构又可节约能源，是新一代的照明控制器，应得到社会的高度重视。

关键词:楼梯间；照明控制；声控延时开关；触摸延时开关；红外感应开关；智能照明系统;

ABSTRAC: Along with social progress, architectural design toward more comfort, safety and energy conservation. Intelligent lighting system makes full use of electronic technology, communication technology and computer network technology to a variety of lighting fixtures in buildings organically connected together to achieve effective management and control. Intelligent lighting system node can be adaptively adjusted according to the external light intensity lighting brightness periodically collects the light intensity in the room, no one out of environmental information and timely response to user control command.

Obvious inadequacies commonly used in the stairwell lighting control the voice delay switch and touch delay switch, infrared sensor switch in the stairwell lighting control there are obvious advantages, will focus on the control infrared sensor switch system is applied to the stairs between the lighting both good use structure but also save energy, is a new generation lighting controller, you should get the attention of society.

Keywords: staircase; lighting control; acoustic control delay switch; the touch delay switch; infrared induction switch; light environment; intelligent lighting system;

引言

大多数的写字楼和住宅等建筑的楼梯间的照明控制主要使用的是触摸延时开关和声光控延时开关，虽然这两类开关同时都具备自动熄灭的功能，但是还存在一些明显的不足之处。声控延时开关是以一定场强的声波作为启动信号源，在经过一定的延时后自动熄灭。触摸延时开关在声控开关的基础上增加了光控元件，但这种开关在一定亮度的环境里或白天不管接收到多大的声音信号都不会开启。虽然声光控开关弥补了声控开关单一控制信号的缺点，虽能够避免开关在亮度足够的条件下开启，但是还存在一些不足:一是，容易受到外界比较强烈的声音信号干扰，使开关在不需要的情况下自动开启；二是，作为开启信号源的声音需达到一定的声音强度，这对老弱群体来说有时是比较困难的；三是，它的延时时间是固定不变的，不能根据不同使用者的具体情况而作相应的改变，对于有些行动不方便的人有可能在固定的延时时间内没能进人下一个照明区域，而对于一般的使用者通过照明区域或许又不需要这么长的时间，因而在一定程度上造成电能的浪费。触摸延时开关只需人用手指轻轻地触摸开关的感应区就能自动开启，经过短时间的延时，开关将自动关闭。而且这种开关大多也都配备了光控制元件。虽然这类开关可以避免外界干扰产生的误操作，但是也存在一定的不足：一是，触摸延时开关的开启需人直接接触感应的区域，而大多数建筑在电梯厅或是楼梯间安装的触摸延时开关的数量都是有限的，一般是一层安装一个，因此在接触开关前可能会有一小段比较暗的路程；二是，它的延时也是固定不变的，不能因人而异，同样会产生浪费与不方便的状况。

1红外感应和智能照明控制系统的优越性

1．可延长灯具寿命，能达到良好的节能效果。智能照明控制系统最大的特点就是能够最大限度地节约能源。一般的楼梯公共区域照明的模式是无论天气怎么样都是白天关灯，晚上开灯，而不能进行相应的调节。但是如果采用了智能照明的控制系统，自然光能被系统充分地利用。因此控制系统实现不同的工作场合的多种照明模式，在保证走楼梯照明的同时，还有效地减少了灯具的工作时间，大量节省了没必要的能源浪费，灯具的使用寿命也得去了延长。

2．投资收益效果好。据调查显示，对于一般的办公大楼运营来说，它的节能效果

能达到30％以上，而一般的地铁站、酒店商场等节能效果也能在20％~30％之间；虽然学校在这方面还没有应用，没有具体的统计数据，但根据分析，效果是很明显的。

3.红外感应开关是以人体辐射的红外线为开启信号源，只要有人进入开关的控制区域即可触发开启，而不需使用者做任何附加的动作，使用起来非常地方便。

4.红外感应开关的在楼梯间照明控制中的优势：红外感应开关是以人体辐射的红外线作为开启的信号源，只要有人进入开关的控制范围内开关即自动开启，离开控制范围后经过短时延时即自动关闭。虽然在目前红外感应开关在照明系统中的应用还不是太广泛，但由于其有多的优点，所以在以后的楼梯间照明控制中会越来越受到高度的重视。

5.红外感应开关也同样配备了光控元件，在楼梯间光强度足够的时候即便有人经过也不会自动开启，从而避免了能源的浪费，提倡节约美德。

6.但由于红外线的穿透能力非常的弱，一般的障碍物就可以阻挡人体辐射的红外线，因此人在楼梯间以外的空间内活动不会干扰红外感应开关，因而能有效避免开关的误操作。

7.静态时功耗非常低，红外感应开关的自身的功率在1.5W以下。

8.适用范围广，一般红外感应开关的工作电源要求为180-240V/40-64HZ，所控制的灯具最大功率可达到220W。

9.红外感应开关与声控延时开关和触摸延时开关一样都采用单极性设计，外壳尺寸也相同，可以直接替代其他开关装设在墙壁的接线盒上，安装也很方便。

2.楼梯间控制器简介及控制方案的分析

2.1楼梯间灯光控制器简介

楼梯间灯光控制器能有效地实现楼梯间灯光的智能控制。环境光信号和人体存在信号等外界因素是其主要输入参数，当环境光的强度低于某一阀值时不开灯，达到一定阀值并有人存在时开灯。实验和理论证明通过用这种方式来对楼梯灯进行控制可以达到上述要求【1】。

楼梯灯光控制器大多数安装在楼梯内避开灯光直射的位置，在安置人体红外传感器时应使安装的红外传感器与人移动方向中的两个热释电连线的方向互相垂直【2】，这样

就可使人体发出的红外信号的采集更加灵活、安全，结合红外感应控制使楼梯间的控制更具灵活性。

2.2系统控制方案的分析

研究的控制器主要的输入参数是人体红外线和自然光强度，不仅可心手动控制，而且还能自动控制。当光线强度足够强时，无论是否存在人，灯都不开;在光线强度较弱时，有人经过楼梯时，控制器就会打开灯，一直等到人离开然后延时一定时间再关灯。本文研究的楼梯灯光控制器主要是由软件和硬件两部分组成的。硬件为软件提供程序运行的平台。软件部分是对硬件端口所输出的信号加以处理、分析，而后实现控制器要实现的各种功能，达到智能控制的目的。

3系统模块的实现

3.1红线感应开关在楼梯间照明控制中的布置方式

感测层高达5米半径范围内要安装的楼梯可以用于一般的和最有效的被动式红外传感器，以满足需求。此外，红外感应开关单极设计。的尺寸可以直接安装到开关，接线盒，开关安装在建筑，一般都作为标准配备。然而，简单地对接的垂直角度为红外线的要求，开关感测区域的吹安装高度为1米的范围之外从地板到梯子，必须安装梯阶平行与楼梯间中间。红外感应开关部署，请参阅下图。

图3-1 红外感应开关的布置

3.2控制模块的硬件构成

系统控制单元的核心是单片机主控模块，它的外围电路包括:I系统供电模块、SP 下载线模块、看门狗模块、硬件时钟模块、数码管驱动显示模块、灯光驱动模块、EEPROM存储模块、环境光模块、超时报警模块人体存在传感器模块，其结构框图如图2所示：

51系统模块ISP下载线模块看门狗模块

环境光模块EEEPROM存储器

电源模块人体红线传感器模块

图3-2系统控制单元结构框图

3.3人体红外传感器的工作原理

1.提供的各种对象中存在的性质，如木材，人体，火焰，石头，或冰，使用不同波长的红外辐射来的红外线传感器可以检测到它。它是根据产品的工作原理。进一步红外线传感器的量子热是不同的，被称为一个被动式红外传感器或热电型红外线传感器，热红外传感器被划分。与量子相比较，它是便宜可能根据红外线的波长范围宽，在室温下工作。相反，量子的热性能，需要的冷却条件。其他领域和非接触式温度测量是一个传感器，是最广泛使用的。红外吸收小光通量“的原因是，空气中散发出需要的光源如下：①测量对象本身是一个独立的，红外线灯②空气8-141Lm,2-61Lm ,3-51Lm可以很容易被检测到，它被称为“窗口”，③可见效果是不能在远红外检测一昼夜。传感器的热释电红外传感器人类生存的特点及工作原理如下:通常情况下，用恒定的体温为37度，人体将发出特定波长的红外依赖于检测被动式红外传感器的红外人类的释放。由菲泥尔滤光片增强红外传感器源周围收集红外线人类排放。元件的热电型红外线传感器的来源，该元件接收的红外辐射温度的变化在人体内，释放其中的电荷的平衡被测试的信号的存在下,所产生的后续电路失去的时候才能够向外放电荷。

人体传感器的信号采集感应区示意图如图3-3所示：

图3-3

当有人进入感应区域时，红外传感器就会感应接收到人体发射的红外线，并输出的是高电平。如果人的移动方向是传感器最不敏感的方向时，则传感器所处理的输入信号就会不太理想，且还会产生误操作，因此人体传感器的安装方向要特别注意。

2.人体存在的信号采集电路

人体传感器hp-28是深圳市浩博特电子有限公司生产和研发的基于红外技术的智能产品，它的主要特性是:

(1)采用可多次的触发模式。当检测输出高电平以后，在延时时间之内，如果人在其检测的范围内活动，它的输出一直是高电平，直到人离开了才延时10—20秒后高电平跳变成低电平；

(2)感应是全自动的，当人进入检测范围时输出高电平，人离开检测范围是则自动延时降为低电平，其高低电平有利于采集和处理；

(3)人体传感器一般制作成锥面形状，感应范围很大，当小于150度锥角时，感应距在7米以内；

(4)人体传感器工作电压为Dc4V-Dc25V；

(5)工作温度介于－10度和+75度之间，适应能力强；

(6) 可靠性强，灵敏度高；

(7)功耗很小 ,且静态时的工作电流<40微安

3.4传感器模块

智能传感器，智能照明控制系统，以实现信息自动识别的情况下自动日光节约、时间校正、空间动态照度检测，传感元件具有自动检测的功能。

由传感器收集到的信息，场景照度传感器模块被传递到微控制器。然后，进行进一步的处理，微控制器已上传到主机电脑通过CAN总线。由于传感器模块包括80C51微控制器，热释电传感器，A / D转换和照度传感器。

3.5热释电传感器的工作原理[3]

一般的热释电人体红外线传感器外形如图3-4所示，为了增强抗干扰的能力，可以在此电阻上再并一个电容c，传感器由滤光窗、菲涅尔透镜和敏感单元组成的。

图3-4 热释电红外线传感器外形

在自然界中，上述任何绝对温度的物体会产生红外光谱,因为由不同温度，不同的表面温度和大小的对象相关联的不辐射能量。对人体有恒定的体温约37℃，发射一个特定的波长为10μm左右的红外线发射，被动式红外传感器，红外检测人体的工作中，通常会。释放将失去红外线通过菲涅尔滤光片增强收集这个元素接收到人体红外热释电元件更改后，人类将允许检测过程中产生的报警信号，一次充电的电荷平衡。对于包括两个电极从相反的方向和电动元件，热释电串联或并联两个其他的环境背景辐射产生剥离，被动式红外传感器，该传感器是一种热电元件的两个基本的电效应，具有同样的效果，所以彼此我将取消该检测器输出的信号。因此，移动非常快的人体，不必须是敏感的抗干扰能力优于可见，红外或逐渐传感器仍然是敏感的运动和身体的运动，和也远红外线通过诱导人类的热释电传感器和产生电信号称为远红外传感器PIR传感器的输出信号，即传感器的热电型热，红外线，即事件发生的输出信号的幅度的变化的远红外辐射率成正比，但理论和实践，戏剧性的特征已检测到的被动表明你正在改变。

3.6芯片介绍

热释电红外探头在使用的时候有些功能上的不足，但信号经过处理后，它可以在某些领域内具有其广阔的应用空间。人体信息处理的电路采用的是专有集成电路BISS001。BISS001功能齐全、结构完整, ,只需少量外围元件就可完成信号的高倍率双向鉴幅、封锁定、延迟定时信号处理和时线性放大等功能,

图3-5 BIS001

名称I/O 功能说明

引

脚

1 a I 不可重复地触发和可重复地选择端。当A不为

“1”时，不可重复触发，相反，允许重复触发。

2 vo O 控制信号的输出端。由vs的下跳变沿触发，使vo

的输出从高电平转到低电平时是有效触发。

3 rr1 -- 延迟时间tx的调节端

4 rc1 -- 延迟时间tx的调节端

5 rc2 -- 触发封锁时间ti的调节端

6 rr2 -- 触发封锁时间ti的调节端

7 vss -- 工作电源的负端

8 vrf I 参考电压及复位输入端。通常接VDD，接0时，将

定时器初始化

9 vc I 触发的禁止端。当vcvr

时允许触发(vr≈0.3vdd)

10 ib -- 运算放大器偏置电流的设置端

11 vdd -- 工作电源的正端

12 2out O 第三级运算放大器输出端

13 2in- i 第三级运算放大器反相输入端

14 1in+ i 第二级运算放大器同相输入端

15 1in- i 第二级运算放大器反相输入端

16 1out o 第二级运算放大器的输出端

3.7看门狗电路

单片机系统在应用时出现“死机”、“程序跑飞”等现象有很多种原因，总的来说它可分为内部因素和外部因素因两部分原因：

（1）内部因素：振荡源的复位电路的可靠性和稳定性。

（2）外部因素：电源线、射频干扰或在电源内部产生的干扰。

内部因素的解决办法是通过合适的抗干扰的技术，但外部因素就需要通过设计良好的复位电路来提高它的可靠性。

所谓的复位就是使单片机中各寄存器处于某种相对确定的初始状态，而单片机的工作就是从复位进行开始的。在本次的研究中我们采用专用的复位电路,选用专用的复位芯片X5145。 X5145是xicor公司的产品，是一种专用的可编程看门狗定时器。

3.7.1 X5045芯片引脚及功能介绍

（1）引脚如图5所示：

图3-6 X5045引脚图

cs/wdi：当片选端- cs为高电平时，芯片尚未被选中；同时具有看门狗输入的功能so：串行数据输出端口；

RESET：复位输出；

si：串行数据输入端端口；

wp：写保护端，当WP高电平时，允许芯片写操作；

sck：串行时钟端-控制串e行总线输入和输出的时序；

vcc：电源的电压；

vss：接地；

（2）主要特点