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一种智能门灯控制系统设计

2017-04-26徐艳

电脑知识与技术 2017年6期
关键词:压力传感器光敏电阻单片机

徐艳

摘要:本系统主要以单片机AT89S51芯片为核心,实现了一种家用智能门灯的模拟控制。该系统具有在黑暗条件下,并且感应到重量时自动亮灯的功能。系统还有自动复位功能,当撤除压力或者光照强度增大时,照明灯延迟10秒自动转回不亮状态。本系统比较适用于独立门户的门灯,可以实现自动亮灯,使人们的生活更加便捷。

关键词:智能照明;单片机;压力传感器;光敏电阻

中图分类号:TP319 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2017)06-0259-03

1绪论

随着科学技术的发展,智能系统在我们日常生活中所占的比重越来越大。智能照明也成为一个重要方向。在生活中,随处可见的智能照明设计,如智能灯、在照明方面的计算机硬件和软件的控制。

本系统主要由信号采集模块、处理模块和执行模块三个部分组成。信号采集模块主要由光敏电阻和压力传感器构成,用于检测周围的环境情况,确定照明灯周围的光照强度和检测是否有人经过,并将检测到的信号传送给处理器。处理器接收到信号,对信号进行分析、判断,然后输出控制信号。控制信号由执行器执行,控制灯光回路的闭合或断开。

2硬件设计

2.1 系统的总体设计方案

系统的主要结构为信号采集(由光敏电阻和压力传感器构成)、单片机基本控制系统和LED灯显示系统。外接的光敏电阻和称重传感器接收到信号后,将信号通过放大器处理后传输给单片机,单片机分析处理信号,控制三个LED灯的显示。

2.2 亮度传感电路

亮度传感电路包括光敏电阻和亮度比较电路。

2.2.1亮度传感器

光敏电阻器又叫做光感电阻,是利用的半导体材料制成的电阻器,这种电阻器的电阻值会随着光照强度的变化而变化;光照强度强,电阻減小;光照强度弱,电阻增大。光敏电阻制成梳状,这样则是为了获得高的灵敏度。光敏电阻实际使用中白天电阻值为10千欧左右,晚上为0.5兆欧左右。

2.2.2连接电路

图2前部分为亮度传感电路,R4为光敏电阻,亮度传感电路使用光敏电阻就是利用光敏电阻感光特性,根据光照强度的变化使电阻阻值产生变化,将检测到的光强信号传送给亮度比较电路。LM393N称为双电压比较器,是高增益,宽频带器件,内含两个比较器。将输入端接收到的电压信号通过比较器比较后输入到单片机P1.0口检测控制D1的点亮和熄灭。

2.3 压力传感电路

压力传感电路包括压力传感器和压力放大、比较电路。

2.3.1压力传感器

压力传感器,是对重力敏感的敏感元件,本设计中使用的传感器最大承重量为2kg(实际使用需要使用大约100kg承重量的传感器或者根据使用者实际情况而定)。采用的是电桥平衡原理,受到压力时,弹性元件产生形变。压力传感器将检测到的电压信号传送到LM358D中进行放大。

2.3.2 压力传感电路

LM358D是一块运算放大电路,该电路既可在单电源工作,也可在双电源条件下工作。其特点就是电源电压工作范围宽。当传感器检测到重量时,将采集到的信号通过LM358D进行220倍放大,此时393的5脚电平低于6脚,7脚输出低电平,灯亮;反之,无重量检测,5脚电平高于6脚时7脚输出高电平,灯灭。R6用于调节触发阀值。R7、R8、R10、R11为LM358D的偏置与反馈。

2.4 显示灯驱动电路

图5为显示灯驱动电路,主要由一个贴片三极管、继电器和两个LED灯等组成,当接入高电平时,三极管导通,输出低电平。当线圈中有电流通过,产生电磁效应,衔铁在电磁力的作用下吸向铁芯,继电器吸合。这时灯电源被接通。

3软件设计

3.1 亮度检测模块

由光敏电阻感应光强,无光照,LED1灯亮;有光照,LED1灯不亮。设计原理如图6所示。

3.2压力检测模块

由压力传感器感应重量,有重量时LED2灯亮,无重量时LED2不亮。设计原理如图7所示。

3.3系统总体设计

光敏电阻检测是否有光照,没有光照LED1亮,有光照结束。压力传感器检测是否有重量,有重量LED2亮,没有重量LED2不亮。当满足持续存在压力和保持无光,LED3、LED4持续点亮状态;若其中任意一项不满足,则LED3、LED4延迟10s熄灭。

4实物调试结果

根据设计要求选择元器件,依照电路图进行焊接。将调试好的程序加载到单片机内,接通电源检测电路是否正常。

4.1 压力模块检测

将外接称重传感器接口对照着插入SIP四角,红线在上接电源,按下按钮,此时电路通入电流。轻按传感器,检测到重量,D2灯亮,D1、D3、D4不亮。可调电阻用于调节触发阀值。本设计使用的称重传感器最大承重量为2kg。

4.2光敏感应检测

接通电源后,左手握住光敏电阻,降低光照强度,此时灯D1亮,D2、D3、D4不亮,将手松开后,光照强度变强,灯自动熄灭。可调电阻用于调节触发阀值。

4.3 整体检测

接通电源,用手握住光敏电阻,光照强度减弱,此时灯D1亮;再轻压称重传感器,检测到重量,此时灯D2亮,两灯同时一闪熄灭后,此时灯D3、D4亮,若保持存在的压力和较弱的光照强度,照明灯不熄灭,若两个条件有任意一个不符合则照明灯延迟10s后自动熄灭。

5结论

本设计是基于单片机的家庭门灯控制系统,通过硬件与软件设计,模拟实现了智能控制,当外界光线暗且同时检测到有人时,门灯会自动打开。反之,这两个条件中任何一个不满足,灯都不会打开,达到了智能、节约的目的。

参考文献:

[1] 刘畅生.传感器简明手册及应用电路/压力传感器分册[M].西安:西安电子科技大学出版社.2007.

[2] 沈聿农.传感器及应用技术[M]. 3版.北京:北京化学工业出版社.2014.

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[5] 缑新科,王娟.基于单片机的LED室内照明控制系统[J].工业仪表与自动化装置,2013(1),36-38.

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