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声控灯频繁开启会造成较大的能源浪费，为了有效地减少噪声对声控灯的误开启次数，设计了一种基于红外技术的新型智能声控灯系统。通过嵌入红外模块HC-SR501的方法，判断出声音信号是否由人体发出。如果声音信号为噪音，则灯不亮，使传统声控灯的启动更加智能化。通过可靠性实验对系统进行测试，结果表明：该设计能检测到声 音信号是否由人发出，有效减少外部异响导致声控灯的频繁开启与关闭，性能稳定，节能减耗，具有实用价值。
引言：随着电子照明技术的发展，更加优化节能的技术指标是声控灯的改进方向（梁人杰.智能照明控制技术发展现状与未来展望：照明工程学报,2014(2):15-26）。但是传统的声控灯系统很容易受环境中噪音
的影响而误触发启动，造成连续启动时的能量浪费。噪音对传统声控灯误启动的影响问题，一直是声控灯节能技术中不容忽视的主要问题（张荣明，乔文玮，张娇娇，等.智能照明控制技术发展现状与未来展望：智能建筑与智慧城市,2018(1):44-45）。
目前，国内外在技术上解决声控灯误触发的主要方法为两类（X.D.X u ,B i n Li.Design of Intelligent Energy-saving Control System Based on Pyroelectrical S e n s o r :A p p l i e d M e c h a n i c s a n d Materials,2014(5):2422-2425）。第一类是提高声控灯的抗噪声性能和声音触发门限，进而导致系统反应不灵敏，但也会造成使用上的不便。第二类方法是利用信号平均值的动态特性来判断噪声和信号，实现对环境噪声的自适应能力（金永镐，曲晓东.自适应环境噪声的声光控制LED照明灯：延边大学学报：自然科学版,2015(3):229-232），但在降低待机功耗方面还有所不足。以上方法各有缺陷，需要继续寻求更加实用的解决方案。
针对环境噪声使灯误触发启动问题，本文设计了一种新型的基于红外技术的智能节能声控灯系统。基本原理是通过增添高精度红外传感检测模块，感测到人体进入系统的红外线，解决环境噪声使灯误启动的问题，
有效节约了能源，实现了预期目标。1 系统硬件设计1.1 系统整体结构框图
本文设计的新型节能声控灯系统结构框图如图1所示，包括声控电路、光控电路、高精度红外检测模 块、单片机最小系统、继电器驱动和LED灯，比传统的声控灯原理结构多了高精度红外检测模块，有效减少误启动次数。当声控电路和光控电路均被信号触发，系统进入高精度红外检测状态，观测周围有无人体红外光谱。如果有人在晚上或光线不足时经过，单片机最小系统向继电器驱动模块
发送指令，使其在极短时间内导通开启LED灯。
图1 智能声控灯系统结构框图
图2 声控与光控原理电路
1.2 声光控电路原理
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声光控电路与运算放大器LM358输入接口相连，与传统的声控灯电路相似。其电路原理结构如图2所示。
声控电路由驻极体话筒（BM）、晶体管放大器、音频信号耦合电容等组成。光控电路由光敏电阻（LDR）和稳压电阻R9组成。当环境中出现声音信号时，声控电路电压变化与固定电压门限值相比较，判断是否跳转为触发状态；同时，光控电路中LDR阻值会根据环境中光线强弱发生变化。运算放大器LM358正相输入端的电位如果高于反相输入端，输出高电平；反相输入端的电位如果高于正相输入端，输出低电平。
1.3 高精度红外检测模块
为防止声控灯接收到环境中噪声信号而连续启动，使用了红外感应技术进行系统的第三道防护。经对比分析，本模块选用HC-SR501人体红外感应传感器，它是一款基于人体热释电效应的运动传感器，灵敏度高，可靠性强。可调延时时间为0.3秒至10分钟，工作电压DC 5V至20V，静态功耗65微安，感应范围小于120°锥角7米以内。当有人进入感应范围内，热释电模块会探测到人体红外光谱的变化，输出高电平，人离开感应范围后自动延时输出低电平，可方便与单片机模块进行对接。 1.4 单片机最小系统模块
使用ATMEL公司生产的AT89C52作为单片机最小系统，为本设计提供了很好的硬件平台。在功耗方面也达到节能、环保的设计要求，节约了一部分开发设计成本。
本设计中P27接口连接LED灯阵，作为外部输出端口。P26连接继电器模块，实现供断电转换。P22与P21分别连接LM358，是声控电路和光控电路的接口。P20连接HC-SR501红外感应芯片，使灯体控制电路通过红外热释电检测人体存在。单片机最小系统电路如图
4所示。
图3 单片机最小系统电路设计
1.5 继电器模块
采用HK4100F型6脚转换型继电器的通断来实现对LED灯开闭的控制。继电器由PNP型三极管来驱动，通过接口使用跳线帽实现开关常开和常闭的转换。跳线帽连接传输引脚实现常开，三级管导通，继电器磁铁吸合，从而驱动负载，通过P26引脚给出高电平，使得继电器实现供电与断电的转换。继电器的吸合断开状态用LED 灯来显示。
2 系统软件设计
2.1 总体设计
智能声控灯系统软件设计方案包括声光控模块、红外感应模块、继电器模块。
系统软件的总体设计流程为：系统进行初始化、光控和声控电路检测条件、HC-SR501红外感应模块进行检测，如果检测到夜晚有人发出声音，则进行数据传送，ADC获得片上总线电压值进行模数转换，DMA将数字信号传至端口，实现对灯的智能化控制（王东，莫先.基于STM32和HC-SR501智能家居的智能照明系统设计：重庆理工大学学报(自然科学),2016(6):135-142）。软件总体流程如图4所
示。
图4 软件总体流程图
2.2 光控和声控电路软件设计
为了减少能耗，实现节能的技术要求，在光控电路没有向AT89C52发送信号时（即白天或光亮环境），
设置系统为休眠状态，后续的模块不进入工作状态，使其节能环保、优化智能灯系统。当微控制器接收到光控电路发来的信号后，端口向声控电路发送指令，声控电路即执行操作，检测环境中是否有声音。
2.3 红外感应模块程序设计
红外HC-SR501模块的程序设计流程首先是声光控电路模块、继电器模块的初始化。HC-SR501模块获得检测指令后开始执行，如果
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感应到有人，则ADC将总线电压值进行数模转换，DMA传送信号至输出端口，输出针脚会将即时检测数据发送给AT89C52控制器，等待
下一模块处理。红外感应模块程序设计流程如图5所示。
图5 红外感应模块程序设计流程图
2.4 继电器模块程序设计
继电器模块程序设计是完成对LED灯开启与关闭的控制。继电器有两种控制方式：一种是控制器对红外检测模块发出信号后下达的指令操作，另一种是人工按键控制，便于人工维修。在程序软件设计时，将接收到高电平定义为继电器吸合，接收到低电平定义为继电器断开，以此实现控制命令的传达，
继电器工作流程图如图6
所示。
图6 继电器工作流程图
3 系统测试与分析3.1 系统调试
软件程序采用汇编语言的中断服务方式调试，程序编译好之后，直接在线调试，生成可执行的目标程序。连接实物硬件电路过程中，生成的目标程序可以在AT89C52单片机下进行仿真，并对程序进行分
步中断。此方法为本设计的系统调试过程，可以清楚地看到硬件电路的连接是否正确，单片机软件程序执行是否正常。3.2 测试分析
本设计对性能做了测试实验。测试了夜晚昏暗情况下，智能声控灯的开闭结果。
选取以下三组有代表性的情况——第一组：人在感应范围内发出声音；第二组：感应范围内无人，但放置手机铃声于感应范围内；第三组：感应范围内无人，且放置手机铃声于感应范围外。为了提高测试结果的准确性及可靠性，每次测试均采用相同的初始化状态，避免其他因素的干扰。测试结果见表1、表2与表3。
表1 人在感应范围内发出声音测试结果
测试次数123456灯开闭情况
开开开开开开表2 感应范围内仅有手机铃声测试结果
测试次数123456灯开闭情况闭闭闭开闭
闭表3 感应范围外有手机铃声测试结果
测试次数123456灯开闭情况
闭
闭
闭
闭
开
闭
由测试结果可知，当感应范围内的声音是由人发出，LED灯会开启，而环境中无人存在且声音为噪声的时候，智能灯系统的识别成功率高于80％。实验结果表明，本系统的各模块工作稳定、红外感应识别率较高，有效减少噪声对灯的误开启次数，符合预期设计规范要求。4 结语
本文利用红外感应技术与传统照明结合的方法，设计了一种基于红外技术的智能声控灯系统。使用HC-SR501热释电模块，对声控灯是否需要开启进行感应判断，如果环境中声音信号由人发出，声控灯亮，如果红外没有感应到人体，则灯不亮。可以有效减少外面异响使灯误启动，延长声控灯使用寿命，并且节约能源。该设计选用的芯片和模块均符合低功耗的原则，适用范围比较广泛，性能稳定可靠，成本低廉，有较高的实用价值。
作者简介：王海宁（1998—），男，河南南阳人，大学本科，现就读于郑州大学。
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