一种多功能智能照明系统的设计

肖忆南 肖金凤 庞乐诗 吴碧琪 孙政

摘  要：随着社会的发展，现代照明系统应用十分广泛，大到体育馆大功率照明系统，小到个人台灯等，这些照明系统的出现极大的保障了人们的需求;但是随着科技的进步，人们也越来越追求照明系统的功能化和环保化。基于此，本文提出了一项基于STC89C51单片机和光电检测器相结合、同时兼有声音检测和光强调节功能，并且能实现手机APP控制的多功能智能照明系统，该照明系统的便捷化与智能化将有利于任何人群操作，同时还可以节约能源。该系统具有低成本、易维护、低消耗以及安全性强的特点，可以满足当代人们方便快捷生活的需求。

关键词：单片机;光敏电阻;声音检测;光强调节;

1 背景

目前在人们的生活中，照明系统的应用实例非常普遍，例如声控灯、太阳能路灯、光控灯、台灯等等都与人们的生活息息相关。但就目前来说，虽然照明系统的种类比较多，但是大部分的照明系统功能比较单一，只能提供单一的照明功能，而且灯光的调节范围很小甚至是不能调节。因此，本文提出了一种多功能智能照明系统，该系统具有自动感光开关、可调节光控以及温湿度检测等功能，并且可以实现手机APP实时检测光线并分析光线队周围环境的影响等智能化功能，希望本智能化系统能夠为人们的生活、环境以及节约能源做出贡献。

2 总体设计

本项目的设计利用可编程的STC89C51单片机和光电检测器模块来实现自动调节室内的光强，以达到人眼舒适的要求，同时该系统结合了语音识别、温湿度检测，同时能够和终端APP互联，使使用者能够随时通过APP了解室内的温湿度变化情况，丰富使用者的使用体验的同时还更具智能化。

本系统的功能模块包括以下几个部分：主编程控制器模块、LED照明模块、光电检测器模块、语音识别模块、蓝牙模块、温湿度传感器模块，各个模块之间相互配合，从而实现智能化照明。

2.1 光电检测器设计

光照传感器模块电路的工作原理是将外界不同的光照强度转化为对应的电压，通过调理电路再转化为相对应的电流进行处理。本次设计采用的是GY-30传感器，其光照范围广，为0-655351x，内置16bitAD转换器，直接输出光照强度相应的数字。作为设计主流的传感器，GY-30传感器具有对环境适应性强、接近人眼视觉特性的优点、光照可测度达到1x的精确度、体积小和成本低的优点。而且供电电压可调性强，能与多种型号的单片机匹配，为后期照明系统的可移植提供了保证。当接上电源后光照传感模块自动检测并显示对应的外界光照强度。

2.2 蓝牙模块电路

蓝牙模块电路是指集成蓝牙功能的芯片基本电路集合，主要用于短距离的数据传输无线传输邻域，能与手机的蓝牙设备进行数据的传输，或者两个模块之间数据互通。蓝牙具有避免复杂的缆线连接，直接代替现有的串口进行通信，具有高集成度、高可靠性和运行速度快的特点。本蓝牙模块就是为了只能无线数据传输而专门打造的，本模块支持串行接口，支持UART协议，具有成本低、体积小、收发灵敏性高等特点，只需配备少许的外围元件就能实现大功能。

2.3 语音识别

语音识别是以语音为研究对象，通过语音信号处理和模式识别让机器自动识别和理解人们口述的语言。语音识别技术就是让机器通过识别和理解过程把语音信号转变为相应的文本或命令的高技术。语音识别系统本质上是一种模式识别系统，包括特征提取、模式匹配、参考模式库等三个基本单元。

2.4 温度传感器

温度传感器实现的功能主要是温湿度监测，实时检测周围温度，并将实时温度值通过手机APP检测或者单片机显示屏上显示出来。同时还在液晶屏上显示报警温度临界值，当温度过高时，蜂鸣器发出警报声，红灯亮起。使用者可以自行设置临界值，根据不同环境来调节临界值大小。

3 创新点

3.1 低能耗性：

（1）本项目采用的是LED灯，对比传统的日光灯和白炽灯有明显的节能效果。节能化研究资料表明，由于LED是冷光源，半导体照明自身对环境没有任何污染，光线中不含紫外线和红外线，不产生辐射，与白炽灯、荧光灯相比，节电效率可以达到90%以上。如果用LED取代我们目前传统照明的50%，每年我国节省的电量就相当于一个三峡电站发电量的总和，其节能效益十分可观。

（2）根据自主设计灯光调节系统，主要由整流、调节、逆变三部分组成，单片机智能控制LED灯的发光强度，智能LED灯可以根据当时实际的室内光线强弱自动地对光照强度进行调节，环境光照强时，自动降低发光强度，节约电能;环境光照弱时，自动增强发光强度，相当于节约75%的能耗换来同样100%的照明效果，从而可以达到一个降低能耗的特点。

3.2 便捷化

本项目采用多种方式来控制照明系统的亮度，除了有基本的控制灯光开关以及可以进行亮度调节的功能外，根据消费者日常生活的需要，加入更具细节化的功能，在手机上安装APP，使其具备实时监测温湿度和实时时间的功能，一灯多用，多种功能极大的提高了使用者的体验感。

3.3 实用性

（1）节能的LED灯的使用是市场发展的一大趋势，在现在甚至未来的时间里也具有十分大的市场潜力。本项目可以应用在交通、农业等领域，结合多控和节能的特点，可以减轻能源消耗和浪费的作用;应用日常家电中，可以实现智能地通过调节光照强度从而减轻家庭电费负担，减少城市用电负担。

（2）越来越多的人受到近视等视力问题的困扰，开始注重视力的保护。本项目通过自主调节让自己眼睛舒服的灯光，在一定程度上，来缓解对眼睛的压力，从而减轻近视，弱势等问题的出现，更受消费者的青睐;

（3）对外只有电源输入端、调节信号端、电源输出端，能方便地与现有灯光照明系统结合，可拓展性强。

4 结语

本项目对现有照明系统存在的突出问题进行了详细的分析和研究，针对问题存在的原因，提出了解决方案。考虑到用户对照明系统的功能要求和系统的性价比，本设计附加了测温测湿模块和自适应校准模块，从根本上解决了照明系统功能单一和智能化程度不够的问题。本项目还可以用于家庭其他灯，以及街道路灯等灯的控制，对节约能源和保护环境有一定的价值。

参考文献

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