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目 录

1、概述 4

1.1 课题研究背景 4

1.2 课题研究的目的与意义 4

1.3 国内外研究现状 5

2、系统设计方案 5

2.1 单片机的选择 5

2.2 人体感应方式 6

2.3 光照检测方式 6

2.4 延时参数设置电路 7

2.5 照明设备驱动电路 7

3、硬件电路设计与实现 7

3.1 系统硬件总述 7

3.2 主控制机电路设计 8

3.3 GY-30 数字光模块 9

3.4 HC-SR501 人体感应模块 10

3.5 YL-56声音传感器模块 12

3.6 控制电路 13

3.7 时钟电路 13

4、系统软件设计及实现 14

4.1 系统软件流程图 14

4.2 IIC总线协议 15

4.2.1 IIC总线协议的有效性 15

4.2.2 重新开始和停止信号 15

4.2.3 数据传输 16

4.3 PWM脉冲宽度模式 17

4.4 人体感应模块和声控模块 19

4.5 仿真环境介绍 19

5、 系统可靠性技术分析 19

5.1 PWM调光优缺点 20

5.2 人体感应与声控模块分析 21

6、 毕业设计总结 21

参考文献 21

致谢 22

LED智能照明控制系统的研究与设计

吕伟

，China

Abstract: This paper studies the LED intelligent lighting control system design, the design of the AT89C51 as the central processor, combined with the sensor to collect the external signal, to provide control of the LED closed and brightness adjustment of the driving signal. This system can according to the workplace whether it contains reference brightness of the body and the environment from the closure and the brightness of the main control lighting, thus greatly improves the power efficiency, saving energy and reducing the loss of components, has certain practical application significance and theoretical significance.

Key words: LED lighting; single chip microcomputer; sensor; intelligent control

1、概述

1.1 课题研究背景

当今世界，由于通信、控制、计算机网络等高新技术的发展，智能应用的发展如同星火燎原一般的迅速，智能建筑这一概念同时也应运而生。然而，在实际生活中智能建筑却离我们很远，单从智能建筑的照明方面来说，决大多数的生产生活的照明经常不能够及时的开关，不仅给我们的生活造成不便，不能及时的关闭照明设备还造成了极大的资源浪费。不仅如此，我们目前的大多的照明设备也不能够随着环境变化而相应对光照亮度做出适当的调整，从而造成另一种意义上的浪费与不便。值得注意的是，我国是一个人均资源排名靠后的国家，这种浪费显然会在一些程度上影响我国经济的发展，所以如何节约资源理所应当的成为我们应当关注的焦点。我国照明用电在年发电量中占比巨大，因此研发出一款可以智能控制照明的系统前景是非常巨大的。

与此同时，LED的研究也取得了巨大的发展，相对于传统照明而言，它具有很多无可比拟的优点。第一，效率高，它的发光效率能够达到80%到90%之间；第二，色彩足够鲜艳；第三，超长的使用时长，其使用时间可比普通白炽灯长达一百倍。上述的优秀属性，足够让LED成为未来一段时间的完美光源。

因此智能控制系统与LED两种高科技技术必然会发生碰撞并完美结合，成为家庭与工业照明选择的新宠儿，极大地改变的我们的生活。

1.2 课题研究的目的与意义

1.节约能源和延长使用寿命

　　节约能源是这套系统的核心目的。相对于以往的传统照明，这套系统将会改变以前那种机械落后的人工控制模式。采用智能管理控制之后，可以做到自动检测照明场合中是否有人员存在，来控制开关的闭合。不仅如此，还可以根据环境的亮度来控制光源的闭合还有亮度的调节。当照明环境采用多个照明模块时，甚至可以做到在一个大场合中细分为多个小场合来自动控制照明，这将充分的节约能源。另一方面，在节约了能源的同时也大大的减少了灯具的损耗，减缓了灯具的更换速度，以另一种方式延长灯具的使用时长。

2.改良工作环境，增加工作效率

这套系统可以及时的根据需求控制开关闭合，做到有人有需有光。同时这套系统还可根据环境自由调节光亮，为工作环境提供一个相对平衡的光照强度，优化了工作场所的舒适度，无疑会显著的提高工作的效率。

3.提高管理水平　　

人工控制已经从主要的位置蜕变为辅助的位置。在这套系统的运作过程时，几乎不用人为干涉即可完成预定的工作。这减少了人工成本，也巧妙排除了由于人的各种不定因素对于照明管理的影响，从而保障了生产生活的有序的进行。

4 优化投资收益

从上述来看，LED智能照明系统虽然在初始成本上比传统照明高，但是后期对于能源的节约，影射到成本上来就是在电费上的节约是非常巨大的，同时也省下了一笔不菲的管理费，这对于节约生产成本有着不小的帮助。

1.3国内外研究现状

国外已经出现一些比如说KNX、DALI、ZigBee、LonWorks等各种各样的协议，一些发达国家诸如美国、澳大利亚、英国的LED智能照明控制系统已经有了一定的市场份额。但是总的来说各国的LED智能照明系统的发展都不成熟，还没有形成一个统一的行业标准，行业状况仍旧比较混乱。

目前我国的LED智能照明控制系统的研究相对于其他发达国家还不够成熟，我国政府已经把智能照明纳入了“十二五”发展专项，在市场引领和政府的扶持，我国的LED智能照明的发展前景无疑是广阔的，发展速度将是迅猛的。

2、系统设计方案

2.1 单片机的选择

方案一、AVR单片机

AVR单片机是一个拥有精简指令集并且拥有较高运行速度的8位单片机，在IT、工业生产、通讯产业、家用设备等各个领域的应用已经非常的成熟。其具有以下特点：

1.这种单片机内嵌有非常精简的指令集，它的指令长度位用字表示，在一个字中不仅可以放入操作数还可放入操作吗。除了取指周期比较短的特点之外，它还还能够实现预取指令，从而方便流水运作，飞速的运行指令。

2.在硬件的结构上，它使用了8位、16位机的中和的方法，换句话说，就是使用局部的寄存器存堆的方案又加上单体飞速输入/输出方法增加了指令运行速率，解决了瓶颈问题，强化了功能；对外设管理的成本同时又被减少了，因此使得硬件结构更加精简，无形中节省了成本。

3.每一条I/O线均有可以改变调节的上拉电阻、可以独立设置为输入/输出、也可设置成高阻输入、驱动力强大等特性，使的得I/O接口的资源变化多样、功能强劲、可被充分使用。

4.其中在内部安置了超强的Flash程序存储器，便于多次擦与写，同时支持ISP还有IAP，对于产品的开发、调试和更新帮助巨大。同时在其内部装备的使用期限超长的EEProm可以在一段很长的时间保留重要的数据，抹杀断电丢失的可能。

方案二、MCS-51单片机

INTE公司在三十多年前研发出了极其经典的单片机－－MCS-51单片机，它的设计结构比前代产品48单片机无疑更加优化，经过了近四十年，MCS-51系列或根据其衍生而来的单片机仍是应用的比较多的产品，同时MCS-51单片机仍是高校教授电子信息类学科的基础素材，是电子信息世界的敲门砖。

1.可靠性能优越:该单片机的芯片是在工业测控下的严格环境中设计的,所以抗干扰性能显著，甚至比PC更加卓越。另外由于所有系统软件均固化在ROM上,所以很难受到计算机病毒的侵害。大多信号通道全部都安置在同一个芯片内，因此工作时系统较为可靠。

2.便于扩展:片内安置有计算机运行的必不可少的部件,片外有许多使用于扩展的管脚,比较容易形成一定规模的微机应用系统。

3.控制能力强大:具有多样的控制指令，如:条件分支转移，I/O口的逻辑操作，位处理。

4.实用性好:体积迷你，功率较小，比较廉价，易于形成产品。

方案对比：上述两种单片机的性能都非常优秀，完全可以满足本次系统设计的需求。另外，在上述未给出介绍的一些市场上的其他单片机也有比较优秀的型号。但是出于对于单片机的资料的丰富程度以及我对于单片机的熟悉程度的考虑，MCS-51单片机相对来说更合这次的系统设计。

2.2 人体感应方式

方案一：采用红外对管进行检测。将红外发送和接收管安放在通路两边。在随机的时刻红外接收管收不着来自发送管的信号，意思就是两者之间有物体经过，能够看作检测到了人体。

方案二：使用集成人体感应模块HC-SR501，其特点列举如下：

1.实现全自动感应:每当人体的位置其感应领域发生重合，电路就会主动输出高电平；当人体的位置发生变化超出其感应领域的时候，电路会进行主动延时随后立马封闭高电平，同时输出低电平。

2.温度补偿：夏天的温度很高，当温度到达30度到32度之间时，探测距离会依据这个变化稍稍变短，作为性能补偿。

3．工作的电压范围比较大，并且功率又比较小。

4.配备感应封锁的时间功能：感应模块一旦感应输出后（由高变低），可马上在之后生成一段关闭时间，在这个关闭时间里感应器会停止接收信号。可以实现在一段间隔时间探测产品的功能；同时又能够消除负载切换的进程中产生的各类干扰。

5.接口输出的是高电平的信号：可以轻易地完成与各类电路的连接。

由于方案一的装置复杂，应用范围有限。而且受外界干扰过大，不考虑使用。方案二功能强大，实用性强，所以选用方案二。

2.3 光照检测方式

方案一、运用光敏电阻已到达将场所亮度转化为对应的电压值，紧接着经过模拟电路运放后传入单片机规范的数字信息。

方案二、使用GY-30光强度模块其特点如下：

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