人走燈滅，公共智能照明是這樣節(jié)能的

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

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

(1)人們常在不需要用燈的情況下，一直開著燈光，造成能源浪費;

(2)在深夜，很多公共場合的燈光是關(guān)著，給行人帶來諸多不便。

多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)通過檢測物體的移動，控制路燈、公共場合照明系統(tǒng)的開關(guān)。中國大小城市眾多，路燈、公眾場合照明系統(tǒng)利用需求量大，應用普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)有效地提高了燈光使用率，給人們帶來方便的同時還能避免能源浪費，體現(xiàn)了當代環(huán)保節(jié)能的理念。

1 多普勒智能LED燈光控制系統(tǒng)設(shè)計方案

基于多普勒效應的智能LED 燈光控制系統(tǒng)，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，光敏檢測的信號傳給單片機，單片機根據(jù)HB100 的微波傳感器探測是否有行人或車輛等物體移動的情況智能控制開燈的數(shù)量。通過單片機STC89C52 設(shè)定延時，實現(xiàn)各個燈光之間的照明替換。如圖1所示，該系統(tǒng)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(qū)動模塊組成。

圖1：多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)示意圖

為了適應各種各樣的環(huán)境下使用，本系統(tǒng)設(shè)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’模塊就會點亮。‘常亮’模塊是為了方便整個系統(tǒng)的維修，同時避免在沒有物體移動的環(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(tǒng)的適用度，同時‘常亮’模塊的LED 燈數(shù)相對智能控制部分的LED 燈數(shù)少很多，相對一般控制系統(tǒng)節(jié)約了大量電。

我們研究的基于多普勒效應的燈控系統(tǒng)在探測控制上有較大改善，對設(shè)備的控制以及監(jiān)控細化到每盞燈，有良好的穩(wěn)定性，并且實現(xiàn)了節(jié)能的目的。在能源緊缺的現(xiàn)狀下，該方案在實際應用上體現(xiàn)了其節(jié)能、制造成本低、穩(wěn)定等優(yōu)越性，其中包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴⒎€(wěn)定性、通信線路的抗干擾性等，相信在不久的將來可以將其應用到實際生活中，并會帶來良好的發(fā)展契機和市場前景。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)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)生移動時，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， 為相對運動的速度，λ 為工作波長，φ 為初相。移動端向傳感器接近的方向運動時，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，由脈沖波與簡單連續(xù)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)過物體反射回來的能量。當運動物體時，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)過信號處理部分的處理，輸入到單片機實現(xiàn)智能控制系統(tǒng)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(wěn)定性、在檢測過程中準確性高等性能，適用于無接觸的運動和物體探測的應用。

2.2 穩(wěn)壓直流電源模塊

穩(wěn)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(wěn)壓電路。該穩(wěn)壓直流電源模塊能將220V 的交流電轉(zhuǎn)化成1.22 ～ 9.3V 的可調(diào)控電壓，方便電源的控制，符合控制系統(tǒng)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(nèi)光電效應，由兩端上面裝有導線的光敏半導體材料構(gòu)成。在無光的環(huán)境下，光敏電阻的暗電流很小，如果在外加電壓的作用下，通過其的電流將隨著照射在其上面的光照強度的增強而增強。從而實現(xiàn)了光照測量的作用，進一步實現(xiàn)該系統(tǒng)的部分智能控制功能。

2.4 STC89C52單片機

STC89C52 單片機在本系統(tǒng)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(tǒng)單片機8052指令的代碼具有兼容性。該單片機具有8k 字節(jié)存儲空間，可以直接使用串口下載，更簡單的操作，更廣的適用范圍。

2.5 LED驅(qū)動模塊

多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)采用LED燈具照明，采用的LED 驅(qū)動器是驅(qū)動電路輸出的電流值是恒定的驅(qū)動器，能確保LED 燈具有穩(wěn)定的亮度。相比同種類型的恒流驅(qū)動器，PAM2842 的輸出功率大，并且符合輸出穩(wěn)壓、恒流的要求。作為專用于LED 驅(qū)動的恒流驅(qū)動器，PAM2842 芯片的輸入電壓在于5.5V ～ 40V，可利用其內(nèi)置的MOSFET(金氧半場效晶體管)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(qū)動電路的正常運行。PAM2842 芯片還具有電流過高、溫度過高保護等功能，有利于驅(qū)動的 LED 燈具的保護，延長LED 燈具的壽命。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)的程序設(shè)計采用匯編語言編寫，通過軟件導入單片機，實現(xiàn)智能功能。多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)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(qū)動器啟動指令輸出的控制等。

3.1 HB100微波傳感器探測程序設(shè)計

如圖2 所示，HB100 微波傳感器探測程序設(shè)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 為低電平時中斷，進入中斷程序;若計算子程序在10ms 內(nèi)低脈沖的次數(shù)是否達到三個以上，若達到，則點亮LED 燈;定時器T1 用于計時，每次啟動非初次外部中斷的時間和初次外部中斷的時間之差與10ms 相比，從而使外部中斷次數(shù)有了時間的限制。

圖2：HB100 微波傳感器探測程序設(shè)計

3.2 光檢測程序設(shè)計

光檢測程序通過光敏電阻采集信號，轉(zhuǎn)換器ADC 轉(zhuǎn)換信號，輸入單片機，輸入單片機的信號與設(shè)定值對比，而作出下一步?jīng)Q策。通過A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，方便單片機的判斷。在整個電路接通電源之后，ADC 初始化，進行ADC 轉(zhuǎn)換，再對輸入值做比較，作出判斷，實現(xiàn)光檢測功能。

4 系統(tǒng)調(diào)試

完成多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)的軟件和硬件的設(shè)計后，為了完善多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)，對整個系統(tǒng)做調(diào)試。在IDE 軟件環(huán)境下代碼編寫、編譯、調(diào)試，直到調(diào)試成功，再寫入單片機內(nèi)。通過IDE 可以控制單片機，實時了解單片機的寄存器的數(shù)值，進一步對單片機監(jiān)控，調(diào)試各方面的功能，直到完成整個LED 燈光控制系統(tǒng)智能控制。

4.1 HB100微波傳感器探測程序調(diào)試

在調(diào)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，方便測試時實時監(jiān)控測量數(shù)據(jù)和調(diào)試。當沒有物體移動是，微波傳感器發(fā)射出微波的頻率與經(jīng)過運動物體反射回來微波的頻率沒有發(fā)生偏移，此時檢測到是高電壓信號。當檢測到物體移動時，便會點亮LED 燈。利用定時器T1 計時，每次非初次外部中斷到來的時間與初次外部中斷的時間之差10ms。通過計算子程序計算10ms 內(nèi)的低脈沖數(shù)，實現(xiàn)調(diào)試HB100 微波傳感器探測功能。

4.2 光檢測程序調(diào)試

光檢測程序調(diào)試前，根據(jù)不同環(huán)境的光照強度的要求，設(shè)定對比值。在連接電路，通過模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC 轉(zhuǎn)換信號，輸入到單片機，通過對比單片機的輸入值和設(shè)定值，決定是否實現(xiàn)下一步功能。在調(diào)試中使用IDE調(diào)試，不同調(diào)試程序，最終達到系統(tǒng)需要的結(jié)果。

4.3 系統(tǒng)整體測試

在測試完各個模塊之后，根據(jù)整體設(shè)計系統(tǒng)連接好各個模塊。在IDE 環(huán)境下，先進行單步調(diào)試，確定每一步數(shù)據(jù)。在每一組數(shù)據(jù)合理之后，再進行整體運行。確定系統(tǒng)正常運行之后，在單片機設(shè)定的光強一下，有物體經(jīng)過時，燈具自動打開，實現(xiàn)了智能。但為了進一步調(diào)試智能控制系統(tǒng)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。通過對控制器的燈控角度范圍測試的結(jié)果可以看出，只有在7、9 的位置有物體經(jīng)過時，燈具不能點亮，在其他測試位置有物體經(jīng)過時，燈具能點亮，符合傳感器的測試范圍。

圖3：角度測試點示意圖

5 結(jié)論

隨著能源的短缺，節(jié)能和系統(tǒng)化理念的推崇，智能化燈光控制系統(tǒng)得到了社會的重視。多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)主要由常亮子控制系統(tǒng)和智能控制子系統(tǒng)組成，通過光檢測模塊和HB100 微波傳感器探測雙重控制，經(jīng)過單片機處理，輸出信號信息，通過了LED驅(qū)動模塊點亮LED 燈具，實現(xiàn)了智能LED 燈控制系統(tǒng)的功能。該系統(tǒng)操作簡單，控制性能好，節(jié)能效率高，成本低的特點，可以公園、校園、小區(qū)、樓梯等公共場所，具有廣闊的市場和應用價值。