基于Atmega16的室內照明系統(tǒng)設計

　　照明是室內環(huán)境設計的重要組成部分，光照的作用，對人的視覺功能尤為重要。而長期以來，將自然光與室內智能照明系統(tǒng)相結合的方式一直被設計者忽略，大部分的室內場所仍沿用單一的傳統(tǒng)照明方式，在一些公用場所的照明設備長時間打開，不僅導致能源浪費，而且加速了設備老化。

　　1 系統(tǒng)結構和工作原理

　　1. 1 系統(tǒng)結構

　　室內照明控制系統(tǒng)的設計主要采用Atmega16 單片機作為MCU 控制器，與LED 顯示技術、光感技術、按鍵采集與處理技術、紅外線傳感技術、延時技術等技術相結合，然后實現(xiàn)室內照明設備的智能控制，其系統(tǒng)結構如圖1 所示。

　　圖1 室內照明控制方案圖

　　1. 2 工作原理

　　(1) 單片機通過繼電器對室內照明設備的開關進行控制。

　　(2) 照明設備周圍的光照檢測電路對設備周邊亮度進行檢測，信號通過環(huán)境亮度傳感模塊到達單片機，如果亮度能夠滿足生活需要，單片機則通過繼電器保持照明設備的關閉狀態(tài)，如果亮度不夠，則由單片機繼續(xù)檢測是否采集到人體熱釋電感信號。

　　(3) 如果被動式熱釋電紅外傳感器檢測到人體信號，單片機則立刻控制照明設備，將其打開; 如果沒有檢測到人體信號，單片機則保持照明設備的關閉狀態(tài)。

　　(4) 在照明設備打開的情況下，如果單片機在某一時刻沒有檢測到人體信號，則延長一段時間后將照明設備關閉，如果延時期間檢測到人體信號則結束延時，照明設備繼續(xù)打開。

　　(5) 可以根據(jù)應用照明設備場合以及使用人群的不同，將單片機PA0 ~ PA3引腳設置為不同的延時時間值。

　　(6) 在照明電路正常工作時，只要按下強制按鈕，就可以對照明設備進行強制控制，通過該按鈕也可以使電路切換到自動控制狀態(tài)。

　　2 系統(tǒng)硬件設計

　　2. 1 傳感器部分設計

　　(1) 環(huán)境亮度傳感模塊的設計。環(huán)境亮度傳感模塊的主要器件是光敏電阻。光敏電阻的光譜響應峰值比較接近人的視覺敏感區(qū)，波長為555 mm,另一方面，光敏電阻利用半導體的光電效應原理，其電阻值會隨著入射光強度的不同而發(fā)生改變，入射光強時，電阻值較小，入射光弱時，其電阻值增大響應時間相對增加。

　　此傳感模塊采用環(huán)氧樹脂封裝，具有體積小、靈敏度高、反應速度快、可靠性強等特點，在對環(huán)境亮度檢測時，當檢測到的光照強度大于設定值時，則輸出低電平，否則輸出高電平。采用光敏電阻的作用就是把環(huán)境光亮度轉化為模擬電壓值，然后通過運放后傳給單片機準確數(shù)字信號。為了避免光敏電阻受光面小的缺點，探測元件要在建筑周圍進行合理布局，以便準確探測自然光的強弱。

　　(2) 被動式熱釋電紅外線傳感器設計。熱釋電紅外傳感器可以通過檢測人或者動物發(fā)射的紅外線而輸出電信號，是以后總檢測物體輻射紅外能量的傳感器。

　　此電路系統(tǒng)的傳感器選用P2288 被動式熱釋電人體紅外傳感器，包括3 個關鍵元件： 1) 菲涅爾濾光晶片，起帶通濾波器的作用，可以截止波長為7 ~ 10 μm,與人體輻射紅外中心線波長9 ~ 10 μm 相對應，把人和動物區(qū)分開。2) 菲涅爾透鏡，可以將熱釋的紅外信號折射到熱釋電紅外傳感器上，還可以將那個警戒區(qū)分為若干的明區(qū)和暗區(qū)，如果物體在警戒區(qū)進行移動，就可以以溫度變化的形式在熱釋電紅外傳感器上產生變化的熱釋紅外信號，從而使熱釋電紅外傳感器產生變化的電信號。實驗證明，熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡，則其檢測距離約為2 m; 而配上菲涅爾透鏡后，其檢測距離可增加到10 m 以上。3) 熱釋電陶材料，熱釋電紅外傳感器將透過濾光晶片的紅外輻射能量的變化轉換成電信號，即熱電轉換。

　　設計中，人體可以發(fā)射波長約為10 μm 的紅外線，紅外線經菲涅爾濾光晶片進行濾波增強后，通過菲涅爾透鏡，將紅外信號聚集到熱釋電紅外傳感器上，然后熱釋電紅外傳感器通過熱電轉換，將透過濾光晶片的紅外能量轉換為電信號，最后經過紅外傳感信號處理器及邏輯電路進行處理，輸出邏輯值為1 時代表有人，否則無人。

　　2. 2 控制部分設計

　　(1) 延時時間選擇電路。延時電路的定時是由單片機內部的定時器進行確定的，外部參數(shù)不同，單片機實現(xiàn)的定時時間也不同。在單片機的PA 引腳設置延時時間選擇電路，主要是在環(huán)境光線較弱時，照明設備需完成一段時間的延時。將PA0 ~ PA3引腳設置為不同的時延，當檢測到PA0 ~ PA3均沒有開關閉合時，系統(tǒng)控制照明設備按設定的初始值進行延時，當PA0 ~ PA3有開關閉合時，程序開始按PA0 ~ PA3順序檢測各端口的狀態(tài)，系統(tǒng)根據(jù)不同的信號輸入，對端口設置不同延時。