基于51单片机控制的智能LED灯

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[摘 要]随着科学技术以及社会文化的快速发展，人们对生活质量的要求越来越高，照明在日常能耗中所占的比例日益增加，照明也早已成为我们生活的不可或缺的一部分。在当今社会中，比较普遍使用的灯具有通过声音、触摸、光感等来控制的照明灯具。然而这些都有一定的局限性，并且易出故障，使用寿命不长，不能得到最大化的利用。因此，基于51单片机控制的智能led灯将弥补这些缺点，使得电能得到最优化以及照明设备的长期使用。

[关键词]51单片机，智能，LED灯

中图分类号：TM581 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0389-01

LED灯使用寿命较长、省电、并且环保，基于这些无法替代的优点，使得LED灯得到了大力的研究，因而LED灯走上了历史舞台。采用LED灯作为我们社会的首选照明用具，可以节约大量电能，减少了发电过程中的污染与能源损耗，为我们的后代留下财富，并做到了持续发展。因此使用LED灯节电是利国、利民又利己的事情。而此设计能最大限度的节省日常照明所消耗的电能，有着巨大的经济环境效用。

1.研究思路

普通灯具都是人们在离开房间或者晚上将要休息的时候手动关闭灯源，但是很多人会在出门时忘记关灯，比如很多人去卫生间出来后没有关灯的习惯，会造成灯亮一晚上，导致能源浪费，有的甚至会在家里把每一个房间的灯具都点亮。一个人浪费不算多，但是众人拾柴火焰高，当全中国13亿人口中有三分之一的人有这种不好的习惯将会导致大量的能源浪费。并且在酒店、商场、停车场等公共场所，无论有没有人，灯具都是一直亮着的，这也将造成大量的能源的浪费。因此采用人体检测的方式智能控制LED灯的开通与断开，将会节省很多电能资源。并且智能LED灯控制系统还会根据周围光照情况自动选择LED灯点亮的数量。同时，可以通过定时器来定时设定灯的开关时间。

2.硬件介绍

2.1 控制板

控制板主要由MCS-51单片机，8位的微处理器，片内为128个字节、片外最多可外扩至64k字节数据存储器，程序存储器，5个中断源，2个中断优先权的中断系统，2个16位的定时器/计数器，1个全双工的串行口，4个并行8位I/O口、21个特殊功能寄存器组成。

2.2 光照检测

方案一、采用光敏二极管或三极管等光传感器件把环境亮度转换成相应的数字电平，然后直接接入单片机IO引脚。

方案二、采用光敏电阻把环境亮度转换成相应的电压值（模拟量），然后通过运放后给单片机输入一个标准的数字信号。

由于光敏电阻属于纯阻性器件，所以采用方案一。

2.3 人体检测

人体检测主要通过菲涅尔透镜来完成，当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在某个同心环上，然后生成一个光信号，再通过探头将光信号转换成电信号来工作。

2.4 热释电传感器

热释电红外线传感器用于检测人体辐射的红外线，然后通过一定的方式转换成电压信号，将电压信号投入到工作中。

2.5 照明设备驱动

方案一、采用可控硅控制。可控硅又称晶闸管，属于半控元器件，是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件。其具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。

方案二、采用继电器控制。继电器是一种当输入电、磁、声、光、热等达到一定值时，输出量发生跳跃式变化的自动控制器件。其动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小，所以广泛应用于运动、遥控、电力保护、自动化、测量和通信等装置中。根据不同的结构，可以将其分为电磁继电器、热敏干簧继电器、固态继电器、磁簧继电器、光继电器等。由于电磁继电器简单易用，开关状态极其容易判断，所以本设计采用电磁继电器来控制。

3.工作过程

首先光照射到LED灯系统上，软件系统会对光照进行检测以及做出相应的反应。亮度调节分为三个阶段，当周围光强信号高于设定值时所有LED灯关闭。当周围光强度信号低于设定值时控制器打开一部分LED灯，光强信号低于更小的设定值时在打开一部分LED灯，光强信号低于最小的设定值时全部LED灯打开。进入深夜则会自动变暗减少能耗，检测周围有人时根据此时光强情况调节亮度，达到最大限度的节约电能和却不影响正常照明的目标。

4.创新点

4.1 工作电压低，能耗低的LED灯构成照明设备相对于普通的LED灯具有有以下优点：

（1）全自动光敏开关，节能省电；

（2）天亮自动关闭，天黑会自动开灯，早上醒来时不会有强光对眼睛的刺激；

（3）定时开关灯，可以使孩子晚上睡觉时不再害怕黑暗，可以设定时间等孩子睡着后自动将灯熄灭；

（4）智能感应：当有人、车进入产品的探测范围后，智能感应器工作打开灯具，离开探测范围后自动熄灭；

（5）智能延时：智能感应灯以检测到的最后一次活动物体的时间为起始点，自动延时熄灭，不会造成中途熄灭的情况；

（6）工作方式安全可靠：感应开关接通后，在延时时间段内，如有物体活动开关将持续接通，直到活动物体离开；

（7）亮度调节智能合理：根据外界的光线强度，自动识别白天黑夜，控制开关是否工作，并且根据外部光亮程度通过51单片机控制LED灯的驱动电路来调节其亮度，既有合理舒适的光照又节能经济；

（8）发光效率高，消耗的能量较同光效的白炽灯较少80%，较荧光灯减少50%；

4.2 MCS-51单片机具有以下几个优点：

（1）可靠性高；

（2）控制功能强，具有丰富的控制指令；

（3）实用性好，体积小，功耗低，价格便宜，易于产品化；

4.3 多个LED灯并联集成在一起控制亮度

通过光敏电阻检测外部光亮，然后通过51单片机控制LED灯的亮灭个数，实现并联集成控制，从而达到亮度控制。

参考文献

[1] 郭天祥，51单片机C语言教程，哈尔滨理工大学出版社.

[2] 阎石，《数字电子技术基础》（第四版），高等教育出版社.

[3] 李友善，《自涌刂圃理》（第三版），国防工业出版社.

[4] 刘希民，张勇，《控制仪表及系统》，国防工业出版社.