基于Atmega16的室內(nèi)照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2. 1 傳感器部分設(shè)計(jì)

（1）環(huán)境亮度傳感模塊的設(shè)計(jì)。環(huán)境亮度傳感模塊的主要器件是光敏電阻。光敏電阻的光譜響應(yīng)峰值比較接近人的視覺(jué)敏感區(qū)，波長(zhǎng)為555 mm,另一方面，光敏電阻利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)原理，其電阻值會(huì)隨著入射光強(qiáng)度的不同而發(fā)生改變，入射光強(qiáng)時(shí)，電阻值較小，入射光弱時(shí)，其電阻值增大響應(yīng)時(shí)間相對(duì)增加。

此傳感模塊采用環(huán)氧樹脂封裝，具有體積小、靈敏度高、反應(yīng)速度快、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，在對(duì)環(huán)境亮度檢測(cè)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到的光照強(qiáng)度大于設(shè)定值時(shí)，則輸出低電平，否則輸出高電平。采用光敏電阻的作用就是把環(huán)境光亮度轉(zhuǎn)化為模擬電壓值，然后通過(guò)運(yùn)放后傳給單片機(jī)準(zhǔn)確數(shù)字信號(hào)。為了避免光敏電阻受光面小的缺點(diǎn)，探測(cè)元件要在建筑周圍進(jìn)行合理布局，以便準(zhǔn)確探測(cè)自然光的強(qiáng)弱。

（2）被動(dòng)式熱釋電紅外線傳感器設(shè)計(jì)。熱釋電紅外傳感器可以通過(guò)檢測(cè)人或者動(dòng)物發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)，是以后總檢測(cè)物體輻射紅外能量的傳感器。

此電路系統(tǒng)的傳感器選用P2288 被動(dòng)式熱釋電人體紅外傳感器，包括3 個(gè)關(guān)鍵元件：1）菲涅爾濾光晶片，起帶通濾波器的作用，可以截止波長(zhǎng)為7 ~ 10 μm,與人體輻射紅外中心線波長(zhǎng)9 ~ 10 μm 相對(duì)應(yīng)，把人和動(dòng)物區(qū)分開(kāi)。2）菲涅爾透鏡，可以將熱釋的紅外信號(hào)折射到熱釋電紅外傳感器上，還可以將那個(gè)警戒區(qū)分為若干的明區(qū)和暗區(qū)，如果物體在警戒區(qū)進(jìn)行移動(dòng)，就可以以溫度變化的形式在熱釋電紅外傳感器上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號(hào)，從而使熱釋電紅外傳感器產(chǎn)生變化的電信號(hào)。實(shí)驗(yàn)證明，熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡，則其檢測(cè)距離約為2 m; 而配上菲涅爾透鏡后，其檢測(cè)距離可增加到10 m 以上。3）熱釋電陶材料，熱釋電紅外傳感器將透過(guò)濾光晶片的紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，即熱電轉(zhuǎn)換。

設(shè)計(jì)中，人體可以發(fā)射波長(zhǎng)約為10 μm 的紅外線，紅外線經(jīng)菲涅爾濾光晶片進(jìn)行濾波增強(qiáng)后，通過(guò)菲涅爾透鏡，將紅外信號(hào)聚集到熱釋電紅外傳感器上，然后熱釋電紅外傳感器通過(guò)熱電轉(zhuǎn)換，將透過(guò)濾光晶片的紅外能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)紅外傳感信號(hào)處理器及邏輯電路進(jìn)行處理，輸出邏輯值為1 時(shí)代表有人，否則無(wú)人。

2. 2 控制部分設(shè)計(jì)

（1）延時(shí)時(shí)間選擇電路。延時(shí)電路的定時(shí)是由單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器進(jìn)行確定的，外部參數(shù)不同，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的定時(shí)時(shí)間也不同。在單片機(jī)的PA 引腳設(shè)置延時(shí)時(shí)間選擇電路，主要是在環(huán)境光線較弱時(shí)，照明設(shè)備需完成一段時(shí)間的延時(shí)。將PA0 ~ PA3引腳設(shè)置為不同的時(shí)延，當(dāng)檢測(cè)到PA0 ~ PA3均沒(méi)有開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，系統(tǒng)控制照明設(shè)備按設(shè)定的初始值進(jìn)行延時(shí)，當(dāng)PA0 ~ PA3有開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，程序開(kāi)始按PA0 ~ PA3順序檢測(cè)各端口的狀態(tài)，系統(tǒng)根據(jù)不同的信號(hào)輸入，對(duì)端口設(shè)置不同延時(shí)。

（2）單片機(jī)控制模塊。設(shè)計(jì)采用RISC 結(jié)構(gòu)的Atmega16系列單片機(jī)作為主控制器，該系列芯片具有效率高、功耗低、RISC 處理功能強(qiáng)、內(nèi)存容量大、性價(jià)比相當(dāng)高等優(yōu)點(diǎn)。該芯片有32 個(gè)可編程I /O 口、1 kB的SRAM、8 路10 位ADC,可以滿足系統(tǒng)需求。光電傳感器將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后再通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，系統(tǒng)控制器要根據(jù)檢測(cè)的光照度以及系統(tǒng)的輸入命令計(jì)算控制量，實(shí)現(xiàn)發(fā)光控制要求。