基于多普勒效應(yīng)的智能LED燈光控制系統(tǒng)，當(dāng)被檢測(cè)的物體發(fā)生移動(dòng)時(shí)，HB100 微波傳感器能迅速地探測(cè)到信號(hào)，并利用匯編語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)STC89C52編程設(shè)定延時(shí)，使燈點(diǎn)亮LED 燈且維持一段時(shí)間;當(dāng)沒(méi)探測(cè)到物體移動(dòng)時(shí)，燈光則自動(dòng)熄滅。該系統(tǒng)智能控制細(xì)化到每一盞燈，有利于每盞燈的維修和監(jiān)控。在能源緊缺的現(xiàn)狀下，該智能LED燈光控制系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能效果，并可適用于公園、校園、小區(qū)、樓梯等公共場(chǎng)所，具有良好的市場(chǎng)前景。

隨著城市化建設(shè)的高度發(fā)展，公共場(chǎng)合照明系統(tǒng)的智能化建設(shè)是城市建設(shè)的重要組成部分。當(dāng)前，在燈光使用的問(wèn)題上，很多公共場(chǎng)合以及道路上普遍存在兩種問(wèn)題：

(1)人們常在不需要用燈的情況下，一直開(kāi)著燈光，造成能源浪費(fèi);

(2)在深夜，很多公共場(chǎng)合的燈光是關(guān)著，給行人帶來(lái)諸多不便。

多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)物體的移動(dòng)，控制路燈、公共場(chǎng)合照明系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)。中國(guó)大小城市眾多，路燈、公眾場(chǎng)合照明系統(tǒng)利用需求量大，應(yīng)用普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)有效地提高了燈光使用率，給人們帶來(lái)方便的同時(shí)還能避免能源浪費(fèi)，體現(xiàn)了當(dāng)代環(huán)保節(jié)能的理念。

1 多普勒智能LED燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

基于多普勒效應(yīng)的智能LED 燈光控制系統(tǒng)，利用光敏電阻檢測(cè)環(huán)境的明亮程度，當(dāng)周邊環(huán)境比較暗時(shí)，光敏檢測(cè)的信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)HB100 的微波傳感器探測(cè)是否有行人或車(chē)輛等物體移動(dòng)的情況智能控制開(kāi)燈的數(shù)量。通過(guò)單片機(jī)STC89C52 設(shè)定延時(shí)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)燈光之間的照明替換。如圖1所示，該系統(tǒng)由智能控制模塊與‘常亮’模塊組成，其中智能控制模塊由HB100 微波傳感器探測(cè)、光感檢測(cè)、STC89C52 單片機(jī)、電源和lED 驅(qū)動(dòng)模塊組成。

圖1：多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)示意圖

為了適應(yīng)各種各樣的環(huán)境下使用，本系統(tǒng)設(shè)定‘常亮’模塊。‘常亮’模塊，只要光

敏電阻檢測(cè)周邊環(huán)境在比較暗的情況下，‘常亮’模塊就會(huì)點(diǎn)亮。‘常亮’模塊是為了方便整個(gè)系統(tǒng)的維修，同時(shí)避免在沒(méi)有物體移動(dòng)的環(huán)境下全暗不適用于一些環(huán)境。‘常亮’模塊提高多普勒效應(yīng)的智能燈控系統(tǒng)的適用度，同時(shí)‘常亮’模塊的LED 燈數(shù)相對(duì)智能控制部分的LED 燈數(shù)少很多，相對(duì)一般控制系統(tǒng)節(jié)約了大量電。

我們研究的基于多普勒效應(yīng)的燈控系統(tǒng)在探測(cè)控制上有較大改善，對(duì)設(shè)備的控制以及監(jiān)控細(xì)化到每盞燈，有良好的穩(wěn)定性，并且實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。在能源緊缺的現(xiàn)狀下，該方案在實(shí)際應(yīng)用上體現(xiàn)了其節(jié)能、制造成本低、穩(wěn)定等優(yōu)越性，其中包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴⒎€(wěn)定性、通信線路的抗干擾性等，相信在不久的將來(lái)可以將其應(yīng)用到實(shí)際生活中，并會(huì)帶來(lái)良好的發(fā)展契機(jī)和市場(chǎng)前景。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 HB100微波傳感器探測(cè)模塊

HB100 微波傳感器探測(cè)模塊主要包括HBl00 多普勒微波傳感器和信號(hào)處理部分。多普勒效應(yīng)的原理是當(dāng)發(fā)射端在接收端半徑的方向上發(fā)生移動(dòng)時(shí)，相對(duì)于發(fā)射的信號(hào)頻率，接收到的信號(hào)頻率發(fā)生偏差。

公式1 為多普勒頻率公式， 為相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度，λ 為工作波長(zhǎng)，φ 為初相。移動(dòng)端向傳感器接近的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，多普勒頻率的值為正;反之，多普勒頻率的值為負(fù)。

該傳感器在X 波段工作，工作的頻率是10.52GHZ，由脈沖波與簡(jiǎn)單連續(xù)波組成傳感器的發(fā)射波形。該傳感器的工作原理是基于DOPPLER 原理, 能夠發(fā)射功率低的微波信號(hào)和接收經(jīng)過(guò)物體反射回來(lái)的能量。當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，相對(duì)于發(fā)射的信號(hào)頻率，接收到的信號(hào)頻率發(fā)生偏差，兩種微波相互混合，在輸出端產(chǎn)生低頻電壓，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理部分的處理，輸入到單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能控制系統(tǒng)的部分功能。該傳感器具有在高溫環(huán)境下能維持良好的穩(wěn)定性、在檢測(cè)過(guò)程中準(zhǔn)確性高等性能，適用于無(wú)接觸的運(yùn)動(dòng)和物體探測(cè)的應(yīng)用。

2.2 穩(wěn)壓直流電源模塊

穩(wěn)壓直流電源模塊由四部分組成，分別為電源的變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓電路。該穩(wěn)壓直流電源模塊能將220V 的交流電轉(zhuǎn)化成1.22 ～ 9.3V 的可調(diào)控電壓，方便電源的控制，符合控制系統(tǒng)的使用電壓。

2.3 光感檢測(cè)模塊

光感檢測(cè)模塊用于光照測(cè)量，該模塊的核心器件是光敏電阻。光敏電阻的工作原理是內(nèi)光電效應(yīng)，由兩端上面裝有導(dǎo)線的光敏半導(dǎo)體材料構(gòu)成。在無(wú)光的環(huán)境下，光敏電阻的暗電流很小，如果在外加電壓的作用下，通過(guò)其的電流將隨著照射在其上面的光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng)。從而實(shí)現(xiàn)了光照測(cè)量的作用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的部分智能控制功能。

2.4 STC89C52單片機(jī)

STC89C52 單片機(jī)在本系統(tǒng)充當(dāng)紐帶作用，有重要的地位。STC89C52RC/RD+ 系列單片機(jī)具有運(yùn)作速度快、抗干擾能力好等特性，在應(yīng)用指令的代碼方面，與傳統(tǒng)單片機(jī)8052指令的代碼具有兼容性。該單片機(jī)具有8k 字節(jié)存儲(chǔ)空間，可以直接使用串口下載，更簡(jiǎn)單的操作，更廣的適用范圍。

2.5 LED驅(qū)動(dòng)模塊

多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)采用LED燈具照明，采用的LED 驅(qū)動(dòng)器是驅(qū)動(dòng)電路輸出的電流值是恒定的驅(qū)動(dòng)器，能確保LED 燈具有穩(wěn)定的亮度。相比同種類(lèi)型的恒流驅(qū)動(dòng)器，PAM2842 的輸出功率大，并且符合輸出穩(wěn)壓、恒流的要求。作為專(zhuān)用于LED 驅(qū)動(dòng)的恒流驅(qū)動(dòng)器，PAM2842 芯片的輸入電壓在于5.5V ～ 40V，可利用其內(nèi)置的MOSFET(金氧半場(chǎng)效晶體管)輸出高達(dá) 30W 的功率。

PAM2842 芯片具有高的效率和寬的恒流特性的電壓范圍，因此在較高溫的環(huán)境或輸入電壓突然下降的情況，都能確保驅(qū)動(dòng)電路的正常運(yùn)行。PAM2842 芯片還具有電流過(guò)高、溫度過(guò)高保護(hù)等功能，有利于驅(qū)動(dòng)的 LED 燈具的保護(hù)，延長(zhǎng)LED 燈具的壽命。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，通過(guò)軟件導(dǎo)入單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)智能功能。多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)在STC89C52 單片機(jī)環(huán)境下完成光檢測(cè)信號(hào)分析、HB100 微波傳感器探測(cè)模塊產(chǎn)生信號(hào)的分析以及LED 驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)指令輸出的控制等。

3.1 HB100微波傳感器探測(cè)程序設(shè)計(jì)

如圖2 所示，HB100 微波傳感器探測(cè)程序設(shè)計(jì)的主程序初始化所需的資源，以外部中斷0 為電平觸發(fā)方式，當(dāng)它的管腳P3.2 為低電平時(shí)中斷，進(jìn)入中斷程序;若計(jì)算子程序在10ms 內(nèi)低脈沖的次數(shù)是否達(dá)到三個(gè)以上，若達(dá)到，則點(diǎn)亮LED 燈;定時(shí)器T1 用于計(jì)時(shí)，每次啟動(dòng)非初次外部中斷的時(shí)間和初次外部中斷的時(shí)間之差與10ms 相比，從而使外部中斷次數(shù)有了時(shí)間的限制。

圖2：HB100 微波傳感器探測(cè)程序設(shè)計(jì)

3.2 光檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

光檢測(cè)程序通過(guò)光敏電阻采集信號(hào)，轉(zhuǎn)換器ADC 轉(zhuǎn)換信號(hào)，輸入單片機(jī)，輸入單片機(jī)的信號(hào)與設(shè)定值對(duì)比，而作出下一步?jīng)Q策。通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，方便單片機(jī)的判斷。在整個(gè)電路接通電源之后，ADC 初始化，進(jìn)行ADC 轉(zhuǎn)換，再對(duì)輸入值做比較，作出判斷，實(shí)現(xiàn)光檢測(cè)功能。

4 系統(tǒng)調(diào)試

完成多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)的軟件和硬件的設(shè)計(jì)后，為了完善多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做調(diào)試。在IDE 軟件環(huán)境下代碼編寫(xiě)、編譯、調(diào)試，直到調(diào)試成功，再寫(xiě)入單片機(jī)內(nèi)。通過(guò)IDE 可以控制單片機(jī)，實(shí)時(shí)了解單片機(jī)的寄存器的數(shù)值，進(jìn)一步對(duì)單片機(jī)監(jiān)控，調(diào)試各方面的功能，直到完成整個(gè)LED 燈光控制系統(tǒng)智能控制。

4.1 HB100微波傳感器探測(cè)程序調(diào)試

在調(diào)試HB100 微波傳感器探測(cè)程序之前，單片機(jī)管腳P3.2 為低電平時(shí)中斷，連接好HB100 微波傳感器探測(cè)模塊的電路，測(cè)試各電路是否導(dǎo)通。單片機(jī)連接計(jì)算機(jī)，方便測(cè)試時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)和調(diào)試。當(dāng)沒(méi)有物體移動(dòng)是，微波傳感器發(fā)射出微波的頻率與經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)物體反射回來(lái)微波的頻率沒(méi)有發(fā)生偏移，此時(shí)檢測(cè)到是高電壓信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到物體移動(dòng)時(shí)，便會(huì)點(diǎn)亮LED 燈。利用定時(shí)器T1 計(jì)時(shí)，每次非初次外部中斷到來(lái)的時(shí)間與初次外部中斷的時(shí)間之差10ms。通過(guò)計(jì)算子程序計(jì)算10ms 內(nèi)的低脈沖數(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)試HB100 微波傳感器探測(cè)功能。

4.2 光檢測(cè)程序調(diào)試

光檢測(cè)程序調(diào)試前，根據(jù)不同環(huán)境的光照強(qiáng)度的要求，設(shè)定對(duì)比值。在連接電路，通過(guò)模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC 轉(zhuǎn)換信號(hào)，輸入到單片機(jī)，通過(guò)對(duì)比單片機(jī)的輸入值和設(shè)定值，決定是否實(shí)現(xiàn)下一步功能。在調(diào)試中使用IDE調(diào)試，不同調(diào)試程序，最終達(dá)到系統(tǒng)需要的結(jié)果。

4.3 系統(tǒng)整體測(cè)試

在測(cè)試完各個(gè)模塊之后，根據(jù)整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)連接好各個(gè)模塊。在IDE 環(huán)境下，先進(jìn)行單步調(diào)試，確定每一步數(shù)據(jù)。在每一組數(shù)據(jù)合理之后，再進(jìn)行整體運(yùn)行。確定系統(tǒng)正常運(yùn)行之后，在單片機(jī)設(shè)定的光強(qiáng)一下，有物體經(jīng)過(guò)時(shí)，燈具自動(dòng)打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了智能。但為了進(jìn)一步調(diào)試智能控制系統(tǒng)的性能，如下做出了控制器的燈控角度范圍的測(cè)試，測(cè)試角度的范圍如圖3 所示。通過(guò)對(duì)控制器的燈控角度范圍測(cè)試的結(jié)果可以看出，只有在7、9 的位置有物體經(jīng)過(guò)時(shí)，燈具不能點(diǎn)亮，在其他測(cè)試位置有物體經(jīng)過(guò)時(shí)，燈具能點(diǎn)亮，符合傳感器的測(cè)試范圍。

圖3：角度測(cè)試點(diǎn)示意圖

5 結(jié)論

隨著能源的短缺，節(jié)能和系統(tǒng)化理念的推崇，智能化燈光控制系統(tǒng)得到了社會(huì)的重視。多普勒智能LED 燈光控制系統(tǒng)主要由常亮子控制系統(tǒng)和智能控制子系統(tǒng)組成，通過(guò)光檢測(cè)模塊和HB100 微波傳感器探測(cè)雙重控制，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理，輸出信號(hào)信息，通過(guò)了LED驅(qū)動(dòng)模塊點(diǎn)亮LED 燈具，實(shí)現(xiàn)了智能LED 燈控制系統(tǒng)的功能。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，控制性能好，節(jié)能效率高，成本低的特點(diǎn)，可以公園、校園、小區(qū)、樓梯等公共場(chǎng)所，具有廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用價(jià)值。