人走灯灭：公共智能化灯光控制系统方案，就是这么节能

该系统智能控制细化到每一盏灯，有利于每盏灯的维修和监控。在能源紧缺的现状下，该智能LED灯光控制系统达到节能效果，并可适用于公园、校园、小区、楼梯等公共场所，具有良好的市场前景。

随着城市化建设的高度发展，公共场合照明系统的智能化建设是城市建设的重要组成部分。当前，在灯光使用的问题上，很多公共场合以及道路上普遍存在两种问题：

(1)人们常在不需要用灯的情况下，一直开着灯光，造成能源浪费；
(2)在深夜，很多公共场合的灯光是关着，给行人带来诸多不便。

多普勒智能LED 灯光控制系统通过检测物体的移动，控制路灯、公共场合照明系统的开关。中国大小城市众多，路灯、公众场合照明系统利用需求量大，应用普勒智能LED 灯光控制系统有效地提高了灯光使用率，给人们带来方便的同时还能避免能源浪费，体现了当代环保节能的理念。

1 多普勒智能LED灯光控制系统设计方案

基于多普勒效应的智能LED 灯光控制系统，利用光敏电阻检测环境的明亮程度，当周边环境比较暗时，光敏检测的信号传给单片机，单片机根据HB100 的微波传感器探测是否有行人或车辆等物体移动的情况智能控制开灯的数量。通过单片机STC89C52 设定延时，实现各个灯光之间的照明替换。如图1所示，该系统由智能控制模块与‘常亮’模块组成，其中智能控制模块由HB100 微波传感器探测、光感检测、STC89C52 单片机、电源和lED 驱动模块组成。

图1：多普勒智能LED 灯光控制系统示意图

为了适应各种各样的环境下使用，本系统设定‘常亮’模块。‘常亮’模块，只要光敏电阻检测周边环境在比较暗的情况下，‘常亮’模块就会点亮。‘常亮’模块是为了方便整个系统的维修，同时避免在没有物体移动的环境下全暗不适用于一些环境。‘常亮’模块提高多普勒效应的智能灯控系统的适用度，同时‘常亮’模块的LED 灯数相对智能控制部分的LED 灯数少很多，相对一般控制系统节约了大量电。

我们研究的基于多普勒效应的灯控系统在探测控制上有较大改善，对设备的控制以及监控细化到每盏灯，有良好的稳定性，并且实现了节能的目的。在能源紧缺的现状下，该方案在实际应用上体现了其节能、制造成本低、稳定等优越性，其中包括数据传输的可靠性、稳定性、通信线路的抗干扰性等，相信在不久的将来可以将其应用到实际生活中，并会带来良好的发展契机和市场前景。

2 控制系统硬件设计

2.1 HB100微波传感器探测模块

HB100 微波传感器探测模块主要包括HBl00 多普勒微波传感器和信号处理部分。多普勒效应的原理是当发射端在接收端半径的方向上发生移动时，相对于发射的信号频率，接收到的信号频率发生偏差。
 

公式1 为多普勒频率公式， 为相对运动的速度，λ 为工作波长，φ 为初相。移动端向传感器接近的方向运动时，多普勒频率的值为正;反之，多普勒频率的值为负。

该传感器在X 波段工作，工作的频率是10.52GHZ，由脉冲波与简单连续波组成传感器的发射波形。该传感器的工作原理是基于DOPPLER 原理, 能够发射功率低的微波信号和接收经过物体反射回来的能量。当运动物体时，相对于发射的信号频率，接收到的信号频率发生偏差，两种微波相互混合，在输出端产生低频电压，经过信号处理部分的处理，输入到单片机实现智能控制系统的部分功能。该传感器具有在高温环境下能维持良好的稳定性、在检测过程中准确性高等性能，适用于无接触的运动和物体探测的应用。

2.2 稳压直流电源模块

稳压直流电源模块由四部分组成，分别为电源的变压器、整流、滤波、稳压电路。该稳压直流电源模块能将220V 的交流电转化成1.22 ～ 9.3V 的可调控电压，方便电源的控制，符合控制系统的使用电压。

2.3 光感检测模块

光感检测模块用于光照测量，该模块的核心器件是光敏电阻。光敏电阻的工作原理是内光电效应，由两端上面装有导线的光敏半导体材料构成。在无光的环境下，光敏电阻的暗电流很小，如果在外加电压的作用下，通过其的电流将随着照射在其上面的光照强度的增强而增强。从而实现了光照测量的作用，进一步实现该系统的部分智能控制功能。

2.4 STC89C52单片机

STC89C52 单片机在本系统充当纽带作用，有重要的地位。STC89C52RC/RD+ 系列单片机具有运作速度快、抗干扰能力好等特性，在应用指令的代码方面，与传统单片机8052指令的代码具有兼容性。该单片机具有8k 字节存储空间，可以直接使用串口下载，更简单的操作，更广的适用范围。

2.5 LED驱动模块

多普勒智能LED 灯光控制系统采用LED灯具照明，采用的LED 驱动器是驱动电路输出的电流值是恒定的驱动器，能确保LED 灯具有稳定的亮度。相比同种类型的恒流驱动器，PAM2842 的输出功率大，并且符合输出稳压、恒流的要求。作为专用于LED 驱动的恒流驱动器，PAM2842 芯片的输入电压在于5.5V ～ 40V，可利用其内置的MOSFET(金氧半场效晶体管)输出高达 30W 的功率。

PAM2842 芯片具有高的效率和宽的恒流特性的电压范围，因此在较高温的环境或输入电压突然下降的情况，都能确保驱动电路的正常运行。PAM2842 芯片还具有电流过高、温度过高保护等功能，有利于驱动的 LED 灯具的保护，延长LED 灯具的寿命。

3 控制系统软件设计

多普勒智能LED 灯光控制系统的程序设计采用汇编语言编写，通过软件导入单片机，实现智能功能。多普勒智能LED 灯光控制系统在STC89C52 单片机环境下完成光检测信号分析、HB100 微波传感器探测模块产生信号的分析以及LED 驱动器启动指令输出的控制等。

3.1 HB100微波传感器探测程序设计

如图2 所示，HB100 微波传感器探测程序设计的主程序初始化所需的资源，以外部中断0 为电平触发方式，当它的管脚P3.2 为低电平时中断，进入中断程序;若计算子程序在10ms 内低脉冲的次数是否达到三个以上，若达到，则点亮LED 灯;定时器T1 用于计时，每次启动非初次外部中断的时间和初次外部中断的时间之差与10ms 相比，从而使外部中断次数有了时间的限制。
 

图2：HB100 微波传感器探测程序设计

3.2 光检测程序设计

光检测程序通过光敏电阻采集信号，转换器ADC 转换信号，输入单片机，输入单片机的信号与设定值对比，而作出下一步决策。通过A/D 转换，转化为数字信号，方便单片机的判断。在整个电路接通电源之后，ADC 初始化，进行ADC 转换，再对输入值做比较，作出判断，实现光检测功能。

4 系统调试

完成多普勒智能LED 灯光控制系统的软件和硬件的设计后，为了完善多普勒智能LED 灯光控制系统，对整个系统做调试。在IDE 软件环境下代码编写、编译、调试，直到调试成功，再写入单片机内。通过IDE 可以控制单片机，实时了解单片机的寄存器的数值，进一步对单片机监控，调试各方面的功能，直到完成整个LED 灯光控制系统智能控制。

4.1 HB100微波传感器探测程序调试

在调试HB100 微波传感器探测程序之前，单片机管脚P3.2 为低电平时中断，连接好HB100 微波传感器探测模块的电路，测试各电路是否导通。单片机连接计算机，方便测试时实时监控测量数据和调试。当没有物体移动是，微波传感器发射出微波的频率与经过运动物体反射回来微波的频率没有发生偏移，此时检测到是高电压信号。当检测到物体移动时，便会点亮LED 灯。利用定时器T1 计时，每次非初次外部中断到来的时间与初次外部中断的时间之差10ms。通过计算子程序计算10ms 内的低脉冲数，实现调试HB100 微波传感器探测功能。

4.2 光检测程序调试

光检测程序调试前，根据不同环境的光照强度的要求，设定对比值。在连接电路，通过模拟/ 数字转换器ADC 转换信号，输入到单片机，通过对比单片机的输入值和设定值，决定是否实现下一步功能。在调试中使用IDE调试，不同调试程序，最终达到系统需要的结果。

4.3 系统整体测试

在测试完各个模块之后，根据整体设计系统连接好各个模块。在IDE 环境下，先进行单步调试，确定每一步数据。在每一组数据合理之后，再进行整体运行。确定系统正常运行之后，在单片机设定的光强一下，有物体经过时，灯具自动打开，实现了智能。但为了进一步调试智能控制系统的性能，如下做出了控制器的灯控角度范围的测试，测试角度的范围如图3 所示。通过对控制器的灯控角度范围测试的结果可以看出，只有在7、9 的位置有物体经过时，灯具不能点亮，在其他测试位置有物体经过时，灯具能点亮，符合传感器的测试范围。
 

图3：角度测试点示意图

5 结论

随着能源的短缺，节能和系统化理念的推崇，智能化灯光控制系统得到了社会的重视。多普勒智能LED 灯光控制系统主要由常亮子控制系统和智能控制子系统组成，通过光检测模块和HB100 微波传感器探测双重控制，经过单片机处理，输出信号信息，通过了LED驱动模块点亮LED 灯具，实现了智能LED 灯控制系统的功能。该系统操作简单，控制性能好，节能效率高，成本低的特点，可以公园、校园、小区、楼梯等公共场所，具有广阔的市场和应用价值。

推荐阅读：

智能化灯光控制设计方案

市场分析：2016年LED智能照明何去何从？

短周期量产！Mesh蓝牙智能照明系统方案