1 简介

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随着经济社会的快速发展，电能越来越紧张，但电能浪费的现象依然存在。许多高校存在教室照明管理不足的问题。夜里，空荡荡的教室依然灯火通明。对于这样的大型建筑，照明节能越来越重要。流行的照明节能开关基本上都是声控和接触式的。由于使用的限制，这些开关只能作为控制系统的辅助部件。为了实现智能节能的室内照明系统室内照明，最重要的一点是系统可以检测和判断是否有人存在，而市场上的被动热释电红外传感器仅限于检测动态人体，不适合在久坐教室学习的人。没做什么。项目组设计了​​一种基于有源热释电红外传感器的低成本、低功耗的室内自动控制系统。

2、系统的整体功能和结构

2.1 特点

热释电红外技术用于检测房间内是否有人。当有人进入房间时，传感器检测到人体发出的红外线并产生电流信号。信号经集成处理电路IC处理后送至单片机。单片机通过控制继电器来控制照明。之后，单片机控制电机驱动传感器间隔转动。如果房间内始终有人，则照明设备保持通电状态。人离开后，传感器将在下一个检测周期关闭负载，因为没有检测到人体。可以实现“人到灯亮，人到灯亮，人走灯灭”的效果。

光敏电阻用于检测室内光的强度。利用光敏电阻的发光特性，在一定电压下，光敏电阻产生的电流随着相对光强的变化而变化，这些电信号被送到单片机，单片机自动控制照明器具的开关。

在模型功耗方面，传感器在旋转的情况下最高可达5W，在静态的情况下最高可达0.5W。如果传感器在教室中合理布置，就可以实现对照明设备的节能控制。

2.2 结构框图

本设计由主动热释电红外传感器检测模块、微控制器控制模块、环境光强度检测模块和继电器执行模块组成。结构如图1所示。

图1 结构框图

三、系统硬件设备

3.1 有源热释电红外传感器

人体正常体温为36~37℃，发出9~12μm的红外线。热释电红外传感器能感知的红外波长为0.2~20μm，人体发出的红外线可以被传感器接收。当人体产生交变红外辐射聚焦在红外感应晶体上时，晶体表面温度发生变化，具有热释电效应的晶体产生极化。无源传感器之所以无法检测到静态人体，是因为静态人体产生的红外辐射在检测区域内没有变化，电解质晶体的表面温度保持不变，无法产生电信号。随着温度的变化，表面电荷量也会发生变化，并且会产生多余的浮动电荷以产生电信号。基于上述原理，主动式热释电传感器由电机驱动，使探头根据相对运动正反转交替旋转，与静止的人体形成一定的相对速度室内照明，从而使静止人体发出的红外线体在接收端交替变化，从而产生电流。

当人体进入房间时，热释电传感器接收人体发出的红外线产生电信号，并将其传输给单片机。单片机一方面控制继电器接通照明负载，另一方面输出信号以启动电机间隔转动。在静止时，传感器可以检测到人的存在。如果房间里没有人，传感器将不再向单片机产生电信号。

3.2 室内光强传感模块

光敏电阻的工作原理是基于半导体的光电效应，其阻值随入射光的强度而变化。本设计采用光敏电阻，将其封装在塑料外壳中，并带有菲涅耳透镜和热释电晶体PIR，体积小，灵敏度高，光谱特性好。在不同的光照强度下，光敏电阻产生相应的电信号，输入到单片机，单片机根据程序控制照明器具的开关和照明设备的亮度。

3.3 控制模块

它是美国生产的低功耗、低成本、高性能的CMOS 8位微控制器。本设计采用单片机作为控制器，实现室内人体红外线检测、室内光强检测、启动电机正反转控制及照明设备开关控制。

图2 程序流程图

程序流程图如图2所示。系统上电后，首先初始化系统，然后运行环境光强度检测模块。当环境光强度低于设定值时，单片机启动有源热释电传感器模块检测室内人体红外线，但电机不工作。进入房间时，传感器开始接收人体的红外线，产生的电信号经过处理后传送到单片机，单片机控制照明设备。如果进入房间的人没有离开，单片机将控制照明设备保持通电并保持到下一个检测20秒。如果进入房间的人离开，在20秒的检测周期内会检测到热电。如果没有达到人体的红外线，单片机控制照明设备的断开，直到下一个人进入房间开始循环。白天，当环境光强度大于设定点时，照明和有源热释电传感器将保持关闭状态。

4.有源热释电传感器模型

本项目设计的有源热释电模型传感器如图3所示，可以分解为三个模块，一个是电机模块，一个是感应探头模块，第三个是电路板模块。

电机模块采用同步电机，利用同步电机驱动探头正反交替旋转。一方面达到了功能要求，另一方面解决了探头单向旋转造成的连接线缠绕问题。对于感应探头模块，使用了 D203S 热释电和光敏电阻以及菲涅耳透镜。菲涅耳透镜的第一个功能是聚焦；二是将检测区域划分为若干个亮区和暗区，使检测区域内的运动物体能够以温度变化的形式在热释电晶体上产生变化的热释电红外信号。对于电路板模块，根据转速设计集成处理电路，

图 3 有源热释电传感器模型

图 4 菲涅耳透镜

本项目完成了模型的搭建，通过大量的实验和总结，设计了合适的菲涅尔透镜，选择了电机的转速，检查了各种影响因素。电机的转速会改变探头与静止人体的相对速度，从而影响探头接收红外线的速率。如果太大或太小，传感器都会变得不稳定。菲涅耳透镜一般如图4所示，探头的转动会增加热释电的灵敏度，这就需要相应的菲涅耳透镜的设计。镜片厚度、接收角和折射角均经过实验改进和设计。最后，

该项目的特色和创新在于菲涅耳透镜的设计。如果没有合理的菲涅尔透镜，传感器在旋转的情况下会一直处于不稳定状态，失去检测静态人体的功能。

5 结论

整个照明系统成本低，无需人工控制。适用于学校、商场等大型室内场所的灯光控制。可有效智能控制照明设备，达到科学管理、节能的目的。

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