一种室内灯光强度的控制系统及其控制方法

摘要

本发明公开了一种室内灯光强度的控制系统及其控制方法，所述的系统包括单片机、A/D转换单元、检测单元、显示单元、按键单元和驱动单元，所述的单片机分别与A/D转换单元、检测单元、显示单元、按键单元和驱动单元连接，所述的A/D转换单元还与检测单元连接，所述的检测单元包括传感器检测阵列和信号处理单元。本发明采用传感器检测阵列分别采集使用者行为信号及光线强度值并通过单片机实现了灯控网络的自感测和自调节，同时将灯光强度实时显示，解决了普通灯控系统可控参数单一、用灯需求判定不明确等问题，给人们的生活带来了极大便利，也在一定程度上达到了节能的目的。本发明可自动开启与关闭，工作稳定可靠，易于维护和升级。

说明书

技术领域

本发明涉及一种照明控制技术，特别涉及一种室内灯光强度的控制系统及 其控制方法。

背景技术

传统的普通室内外照明系统几乎完全由人通过手动开关操控，开关固定， 光照单一，不能实现不同照明需求下，光照强度控制的时变性和同步性，给实 际生产、生活带来了诸多不便，造成了许多能源浪费。目前，某些控制系统可 实现灯光强度的自动调节，但多数以某一单一指标为参数，对于人们在不同生 活模式下对光照强度的控制并不人性化，没有实现智能控制。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以对室内有效照明 设备实现开启、调节和关闭等一系列的智能控制的室内灯光强度的控制系统及 其控制方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种室内灯光强度的控制系统，包括单片机、A/D转换单元、检测单元、 显示单元、按键单元和驱动单元，所述的单片机分别与A/D转换单元、检测单 元、显示单元、按键单元和驱动单元连接，所述的A/D转换单元还与检测单元 连接；

所述的检测单元包括传感器检测阵列和信号处理单元，所述的传感器检测 阵列包括用于采集光强度值的室内光强度传感器和室外光强度传感器、采集人 体温度信号的热释红外传感器以及采集操作者压力信号的压力传感器，所述的 信号处理单元用于对传感器检测阵列采集到的光强度、温度、压力信号进行滤 波和放大处理；

所述的A/D转换单元用于将信号处理单元输出的光强度、温度、压力的模 拟信号转换成数字信号；

所述的按键单元用于操作者输入系统可选状态、系统可选模式和手动状态 下灯光强度调节值；所述的系统可选状态包括手动状态和自动状态，所述的系 统可选模式包括工作模式和睡眠模式；

所述单片机包括检测选择单元、模式选择单元、输出单元和信息处理单元， 所述的模式选择单元输入端与按键单元连接、输出端分别与检测选择单元和信 息处理单元连接，所述的检测选择单元的输出端与传感器检测阵列的输入端连 接，所述的信息处理单元还分别与A/D转换单元的输出端和驱动单元的输入端 连接，所述的输出单元的输入端与A/D转换单元连接、输出端与显示单元连接； 所述的驱动单元包括照明驱动单元和步进电机驱动单元；所述的照明驱动单元 由继电器电路、过零同步信号提取电路和可控硅控制电路组成；所述的显示单 元为LCD显示器；

所述的模式选择单元用于识别和设定操作者通过按键单元输入的工作状态 和工作模式及存储手动状态下灯光强度调节值；所述的输出单元用于把A/D转 换单元传输过来的光强度信号转换成可读取数值；所述的检测选择单元根据模 式选择单元传输过来的模式设定信号，选择需求传感器，用于实现该模式下需 求传感器与单片机的通讯；所述的信息处理单元用于对检测选择单元选择的需 求传感器感测到的状态信号和光强度信号通过A/D转换单元转换成的数字信号 进行数据运算和处理，同时发出控制信息；所述的显示单元用于显示输出单元 传递过来的光强度值；所述的驱动单元用于根据信息处理单元发出的控制信息 驱动照明电路动作和步进电机工作。

本发明所述的单片机的型号为STC89C52RC；所述的室内光强度传感器和 室外光强度传感器均采用BH1750FVI模块；所述的热释红外传感器的型号为 DYP-ME003；所述的LCD显示器的型号为LCD1602。

一种室内灯光强度的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

A、状态选择：系统启动后，操作者通过点击按键单元的可选状态键，对系 统的控制状态进行选择，如果选择为“手动状态”，则转入步骤E；如果选择为 “自动状态”，则转入步骤B；系统启动30秒后，若操作者未进行状态选择，则 转入步骤C；

B、模式设置：操作者通过点击按键单元的可选模式按键，对单片机的模式 选择单元进行模式设置；如果选择为工作模式，则转入步骤C；如果选择为睡眠 模式，则转入步骤D；

C、工作模式：检测选择单元选择的需求传感器为热释红外传感器和室内光 强度传感器，使其处于工作状态，并与单片机进行通讯；具体工作流程如下：

C1、热释红外传感器检测到人体的温度信号，将此状态信号经信号处理单 元和A/D转换单元传递给单片机的信息处理单元；

C2、单片机识别后发出指令，室内光强度传感器采集当前室内光强度值， 输出信号经信号处理单元通过A/D转换单元将模拟光强度信号转变成数字光强 度信号，以串行方式发送到单片机的接收端口，单片机接收数据，输出单元将 信息转换成可读取数值，送显示单元显示当前光照强度值；

C3、单片机的信息处理单元通过内置的控制算法对接收数据进行运算和处 理，完成三项工作：判断灯的开关状态、计算光照补偿值和发送控制信号；

C4、单片机的信息处理单元输出的控制信号驱动照明驱动单元，控制双向 可控硅电路导通实现白炽灯亮度的调整，达到零补偿值后，保持灯亮度不变；

C5、热释红外传感器实时检测室内人体温度信号，以此判定室内是否有人； 若判断人仍在室内，则单片机定时10分钟；若定时时间到，程序转入步骤C2， 刷新当前光照值，获得新的光照值和灯光亮度；若定时时间未到，热释红外传 感器仍实时检测人是否已离开室内，直至判断出人已经离开；热释红外传感器 设定30秒计时，30秒后热释红外传感器再一次检测室内是否有人，若为有人， 则维持当前灯光强度不变；若为无人，灯熄灭；灯熄灭后，热释红外传感器仍 实时检测人体温度信号，对人的活动监测，系统进入无人等待，当有人时系统 跳出等待，进入所设定的模式；返回步骤C1；

D、睡眠模式：单片机的信息处理单元对驱动单元发出控制信号，驱动单元 驱动照明电路和步进电机工作，使卧室灯熄灭，窗帘闭合；此模式下，检测选 择单元选择的需求传感器为室外光强度传感器和压力传感器，使其处于工作状 态；具体工作流程如下：

D1、当操作者有起床动作时触发压力传感器，此状态信号经信号处理单元 和A/D转换单元传递给单片机的信息处理单元，单片机识别后发出指令，室外 光强度传感器采集当前室外光强度值，输出信号经信号处理单元通过A/D转换 单元将模拟光强度信号转变成数字光强度信号，以串行方式发送到单片机的接 收端口，单片机接收数据，信息处理单元通过内置的控制算法对接收数据进行 运算和处理，实现三项功能：判断小夜灯的开关状态、发送控制信号和系统复 位信号；具体的实现判断过程如下：

D2、当室外光强度传感器采集当前外界光强度值，信息经信号处理单元通 过A/D转换单元进入单片机，与单片机的信息处理单元储存的光强度指标进行 比较判定，若信息处理单元判定当前时间为黑天，则控制信息驱动照明驱动单 元，打开小夜灯，直至操作者再次触发压力传感器，小夜灯关闭，系统仍进入 睡眠模式；转步骤D1；

若判定当前时间为白天，信息处理单元发出控制信号，驱动步进电机驱动 单元，步进电机动作，打开室内窗帘，同时，单片机接收系统复位信号，将系 统复位到自动状态工作模式，转入步骤C；

E、手动状态：检测选择单元停止选择需求传感器，室内所有灯的控制为一 般的手动开关控制，并可通过按键单元的灯光强度调节按键，调节灯的亮度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用传感器检测阵列分别采集使用者行为信号及光线强度值并 通过单片机实现了灯控网络的自感测和自调节，同时将灯光强度实时显示，解 决了普通灯控系统可控参数单一、用灯需求判定不明确等问题，给人们的生活 带来了极大便利，也在一定程度上达到了节能的目的。

2、本发明针对操作者个性化需求分析，应用按键单元与单片机通讯，并设 置了手、自动状态切换和可选模式设定功能，满足了不同使用者的个性用灯需 求，提高了灯控系统的智能性和便利性。

3、本发明可以自动开启与关闭；安装方便，工作稳定可靠，易于维护和升 级。

附图说明

本发明共有附图4张，其中：

图1是本发明的系统结构图。

图2是本发明的流程图。

图3是本发明的过零同步信号提取电路。

图4是本发明的可控硅控制电路。

图中：10、单片机，11、检测选择单元，12、模式选择单元，13、输出单 元，14、信息处理单元；20、A/D转换单元，30、检测单元，31、传感器检测 阵列，311、室内光强度传感器，312、室外光强度传感器，313、热释红外传感 器，314、压力传感器，32、信号处理单元，40、显示单元、50、按键单元，60、 驱动单元，61、步进电机驱动单元，62、照明驱动单元。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步地描述。如图1所示，一 种室内灯光强度的控制系统，包括单片机10、A/D转换单元20、检测单元30、 显示单元40、按键单元50和驱动单元60，所述的单片机10分别与A/D转换单 元20、检测单元30、显示单元40、按键单元50和驱动单元60连接，所述的 A/D转换单元20还与检测单元30连接；

所述的检测单元30包括传感器检测阵列31和信号处理单元32，所述的传 感器检测阵列31包括用于采集光强度值的室内光强度传感器311和室外光强度 传感器312、采集人体温度信号的热释红外传感器313以及采集操作者压力信号 的压力传感器314，所述的信号处理单元32用于对传感器检测阵列31采集到的 光强度、温度、压力信号进行滤波和放大处理；

所述的A/D转换单元20用于将信号处理单元32输出的光强度、温度、压 力的模拟信号转换成数字信号；

所述的按键单元50用于操作者输入系统可选状态、系统可选模式和手动状 态下灯光强度调节值；所述的系统可选状态包括手动状态和自动状态，所述的 系统可选模式包括工作模式和睡眠模式；

所述单片机10包括检测选择单元11、模式选择单元12、输出单元13和信 息处理单元14，所述的模式选择单元12输入端与按键单元50连接、输出端分 别与检测选择单元11和信息处理单元14连接，所述的检测选择单元11的输出 端与传感器检测阵列31的输入端连接，所述的信息处理单元14还分别与A/D 转换单元20的输出端和驱动单元60的输入端连接，所述的输出单元13的输入 端与A/D转换单元20连接、输出端与显示单元40连接；所述的驱动单元60包 括照明驱动单元62和步进电机驱动单元61；所述的照明驱动单元62由继电器 电路、过零同步信号提取电路和可控硅控制电路组成；所述的显示单元40为LCD 显示器；

所述的模式选择单元12用于识别和设定操作者通过按键单元50输入的工 作状态和工作模式及存储手动状态下灯光强度调节值；所述的输出单元13用于 把A/D转换单元20传输过来的光强度信号转换成可读取数值；所述的检测选择 单元11根据模式选择单元12传输过来的模式设定信号，选择需求传感器，用 于实现该模式下需求传感器与单片机10的通讯；所述的信息处理单元14用于 对检测选择单元11选择的需求传感器感测到的状态信号和光强度信号通过A/D 转换单元20转换成的数字信号进行数据运算和处理，同时发出控制信息；所述 的显示单元40用于显示输出单元13传递过来的光强度值；所述的驱动单元60 用于根据信息处理单元14发出的控制信息驱动照明电路动作和步进电机工作。

本发明所述的单片机10的型号为STC89C52RC；所述的室内光强度传感器 311和室外光强度传感器312均采用BH1750FVI模块；所述的热释红外传感器 313的型号为DYP-ME003；所述的LCD显示器的型号为LCD1602。

如图1-4所示，一种室内灯光强度的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

A、状态选择：系统启动后，操作者通过点击按键单元50的可选状态键， 对系统的控制状态进行选择，如果选择为“手动状态”，则转入步骤E；如果选 择为“自动状态”，则转入步骤B；系统启动30秒后，若操作者未进行状态选择， 则转入步骤C；

B、模式设置：操作者通过点击按键单元50的可选模式按键，对单片机10 的模式选择单元12进行模式设置；如果选择为工作模式，则转入步骤C；如果 选择为睡眠模式，则转入步骤D；

C、工作模式：检测选择单元11选择的需求传感器为热释红外传感器313 和室内光强度传感器311，使其处于工作状态，并与单片机10进行通讯；具体 工作流程如下：

C1、热释红外传感器313检测到人体的温度信号，将此状态信号经信号处 理单元32和A/D转换单元20传递给单片机10的信息处理单元14；

C2、单片机10识别后发出指令，室内光强度传感器311采集当前室内光强 度值，输出信号经信号处理单元32通过A/D转换单元20将模拟光强度信号转 变成数字光强度信号，以串行方式发送到单片机10的接收端口，单片机10接 收数据，输出单元13将信息转换成可读取数值，送显示单元40显示当前光照 强度值；

C3、单片机10的信息处理单元14通过内置的控制算法对接收数据进行运 算和处理，完成三项工作：判断灯的开关状态、计算光照补偿值和发送控制信 号；

C4、单片机10的信息处理单元14输出的控制信号驱动照明驱动单元62， 控制双向可控硅电路导通实现白炽灯亮度的调整，达到零补偿值后，保持灯亮 度不变；

C5、热释红外传感器313实时检测室内人体温度信号，以此判定室内是否 有人；若判断人仍在室内，则单片机10定时10分钟；若定时时间到，程序转 入步骤C2，刷新当前光照值，获得新的光照值和灯光亮度；若定时时间未到， 热释红外传感器313仍实时检测人是否已离开室内，直至判断出人已经离开； 热释红外传感器313设定30秒计时，30秒后热释红外传感器313再一次检测室 内是否有人，若为有人，则维持当前灯光强度不变；若为无人，灯熄灭；灯熄 灭后，热释红外传感器313仍实时检测人体温度信号，对人的活动监测，系统 进入无人等待，当有人时系统跳出等待，进入所设定的模式；返回步骤C1；

D、睡眠模式：单片机10的信息处理单元14对驱动单元60发出控制信号， 驱动单元60驱动照明电路和步进电机工作，使卧室灯熄灭，窗帘闭合；此模式 下，检测选择单元11选择的需求传感器为室外光强度传感器312和压力传感器 314，使其处于工作状态；具体工作流程如下：

D1、当操作者有起床动作时触发压力传感器314，此状态信号经信号处理 单元32和A/D转换单元20传递给单片机10的信息处理单元14，单片机10识 别后发出指令，室外光强度传感器312采集当前室外光强度值，输出信号经信 号处理单元32通过A/D转换单元20将模拟光强度信号转变成数字光强度信号， 以串行方式发送到单片机10的接收端口，单片机10接收数据，信息处理单元 14通过内置的控制算法对接收数据进行运算和处理，实现三项功能：判断小夜 灯的开关状态、发送控制信号和系统复位信号；具体的实现判断过程如下：

D2、当室外光强度传感器312采集当前外界光强度值，信息经信号处理单 元32通过A/D转换单元20进入单片机10，与单片机10的信息处理单元14储 存的光强度指标进行比较判定，若信息处理单元14判定当前时间为黑天，则控 制信息驱动照明驱动单元62，打开小夜灯，直至操作者再次触发压力传感器314， 小夜灯关闭，系统仍进入睡眠模式；转步骤D1；

若判定当前时间为白天，信息处理单元14发出控制信号，驱动步进电机驱 动单元61，步进电机动作，打开室内窗帘，同时，单片机10接收系统复位信号， 将系统复位到自动状态工作模式，转入步骤C；

E、手动状态：检测选择单元11停止选择需求传感器，室内所有灯的控制 为一般的手动开关控制，并可通过按键单元50的灯光强度调节按键，调节灯的 亮度。