多普勒智能LED灯光控制系统设计

【关键词】多普勒效应 智能控制 单片机STC89C52

1 引言

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。

2 多普勒智能LED灯光控制系统设计方案

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。

3 控制系统硬件设计

3.1 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。

（1）

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。

3.2 稳压直流电源模块

3.3 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。

3.4 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。

3.5 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。

4 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。

4.1 HB100微波传感器探测程序设计

4.2 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。

5 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。

5.1 HB100微波传感器探测程序调试

5.2 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。

5.3 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。

6 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。

参考文献

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