0 引 言

　　目前，國內大、中、小學校教室的照明燈具控制大多采用手動開關，即使嚴格管理，仍不可避免地出現忘記關燈的時候，特別是在白天，情況更是如此，從而造成大量的能源浪費。另外，各種照明燈具都具有一定的使用時限，在光線充足的情況下仍繼續使用，必然會縮短燈具的使用壽命。為解決上述問題，實現教室照明燈具的自動控制，筆者設計出一種新型的智能控制器。

　　本控制器設置了三套傳感系統和嚴密的軟件控制，其工作方法是：當有光(自然光)時，不管教室是否有人和聲響，都將關閉電源，所有燈具不會點亮。當無光(自然光)時，若有人或者附近有異常聲響時。則開啟電源，點亮燈具，并使控制程序進入監控狀態，若連續五次探測都無人，則發出熄燈警告，燈具亮滅閃爍，若此時教室內有人靜止不動，在燈具亮滅閃爍的提示下，自然會有所動作，熱釋紅外探測器就會探測到這一變化，從而結束警告，使燈具繼續點亮，控制器回到監控狀態。若在警告狀態下，仍無人無聲，則關閉燈具電源，從而實現照明燈具無人自熄，有人自啟的目的。

　　1 硬件設計

　　硬件設計是智能控制器的核心內容之一，它主要分為兩部分內容：一是傳感器部分;二是控制器部分，其結構框圖如圖1所示。

圖1 智能控制器硬件設計框圖

　　1.1 熱釋紅外探測傳感器組件

　　該組件由三個部分組成：熱釋傳感器，匹配低噪放大器，菲涅爾光學系統。

　　熱釋傳感器包括：①截止波長為7-10μm的濾光晶片，與人體輻射紅外中心線波長9-10μm相對應，起帶通濾波器的作用，從而把人體和其它物體區分開。②熱釋電陶瓷材料，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。③場效應管匹配器，起阻抗變換作用，使得輸入阻抗高而輸出阻抗低。

　　匹配低噪放大器的作用是當探測器所處的環境溫度上升，尤其是接近人體正常體溫(37-38℃)時，傳感器的靈敏度下降，因而由它對放大器的增益進行補償，以便自動適應不同季節，不同地區。

　　菲涅爾光學系統不僅要監測空間輻射來的紅外光線聚焦到紅外能量傳感器，還要能敏銳地體現這些紅外線能量的變化，而菲涅爾光學系統通過對光滑的光學鏡面作棱狀或柱狀處理，將監測空間割裂為一系列交替的狹小紅外感應區和空白區，人在其間移動，就會使有些感應區內的紅外線時有時無，傳感器接收到的是相應變化來的光脈沖，因而提高接收靈敏度，使探測距離提高到10-20 m.

　　1.2 聲響探測組件

　　聲響探測組件采用駐極體話筒作為探測器，接在三極管的基極與普通電阻作分壓式連接，當有聲波作用于話筒時，使駐極體話筒的內阻急劇下降，改變三極管的基極偏壓，促使三極管的工作狀態翻轉，通過電平變換電路，為控制器提供檢測狀態，達到判斷有無聲響的目的。

　　1.3 可見光探測組件

　　可見光探測組件由一些常用光敏器件和晶體管組成。特別說明：這個組件必須置于本照明控制器控制照明的范圍之外，用于探測自然光的有無及強弱(可根據需要進行調整)，為控制器提供控制燈具亮、滅的依據。

　　1.4 控制器組件

　　控制器組件由電平轉換及97C2051CPU(單片機)組成，其主要任務是完成對各探測器輸出狀態的檢測，并根據設置的軟件要求對照明燈具進行亮、滅控制。

　　97C2051CPU(單片機)是一種價格低廉，性能可靠，保密性佳的8位單片機，內置有2kB ROM,適用于小型控制場合，無須外擴程序、存儲器，20腳雙列直插DIP封裝，便于安裝，因此，本控制器用它作為CPU.

　　1.5 多路開關執行機構

　　對于大小不同，需求不同的教室，可用白熾燈、日光燈及其他照明燈具，而且，每組燈具的數量也不一致，本控制器最多可提供12 路可控制支路，根據實際可控空間增減。執行機構中的CPU具有兩個I/O接口，由于無外擴ROM和RAM，因此有15條可供用戶使用的I/O接口，P1口的一部分口線作為傳感器輸入線，其余口線均作為輸出口線。在本控制器中，P1.5作為聲電傳感信號輸入，P1.6作為熱釋傳感信號輸入，P1.7作為光敏傳感信號輸入，P1.0-P1.4及P3.0-P3.7作為輸出控制線。由于CPU要求標準TTL電平，因此，將傳感信號經三極管的開關作用變為高、低電平信號，借助74HC04高速門電路整形后直接與CPU連接。

　　對輸出控制信號，由于開機復位后，各口線均為高電平，因此，正常操作采用低電平有效控制，為了驅動可控硅或繼電器，將有效的低電平經非門反相后與驅動電路連接。

　　對于白熾燈負載，可以采用可控硅控制，由于可控硅的驅動電流很小，因此，可在非門的輸出端接一限流電阻。由于加在可控硅正向壓降是經過負載分壓整流后的直流壓降，不存在交流過零關斷的情況，因此，其功率不會受到影響。驅動電路如圖2所示。