随着经济的快速发展，全球的能源消耗增长越来越快，伴随而来的后果则是大量的环境被污染和生态遭到破坏，现在人们正在寻找新的节能方式。

人类消耗能源的比较重要的方面其中之一就是照明，根据我国调查，中国每年照明的用电量达到3000亿度以上。如果全部的白炽灯有LED照明灯取代，可节省的用电量将达到1000亿度。开发和推广应用节能系统，成为迫在眉睫的任务。LED作为一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯之后的第四代新光源。基于单片机的LED自适应调光系统，是一种典型的绿色照明方式，与传统照明相比，具有智能、节能、环保、寿命长、安全可靠等这些优点，这是代表着照明技术的未来。基于此本文设计了一种LED灯光自动调光系统，可以根据环境的亮暗自动调节光的强弱。该系统成本低廉，有很强的现实意义和广泛的应用前景。

1、系统硬件方案设计

硬件系统的各个组成部分和其应该实现的功能是：

1）主控单元。整个系统装置的核心部分，所有采集到的信号、数据要经过CPU的处理，并进行判断，发出控制信号。

2）光信号采集模块。实时测量环境光强度，然后进行光电转换和A/D转换，送入主控单元进行处理，作为判断光强度信息和监控的目标。

3）电源模块。为装置提供需要的电源，包括各种集成芯片需要的数字电源，采集单元需要的模拟电源和LED驱动电路的电源。电源要能够保证其稳定性，使各个单元能够正常工作。

4）按键电路。用于设置环境光报警值。

5）报警、显示电路。报警电路用于当环境光低于设定的环境光报警值时自动报警提示。显示电路用于显示环境光强度大小。

6）LED灯驱动电路。驱动芯片ULN2003接收单片机发出的PWM信号来驱动LED灯亮、调节其亮度大小。

2、系统设计方案

2.1、单片机的选择

STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60KFLASHROM，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。而且STC系列单片机支持串口程序烧写。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。其中写入单片机内的程序可以进行加密处理，可以保护你的劳动成果不受侵犯。重要的一点STC12C5A60S2目前的售价与传统51差不多，市场供应也很充足。是一款高性价比的单片机。考虑到MCS-51单片机具有较强的代表性以及该系列单片机资料较多，本设计采用STC12C5A60S2单片机来实现。

2.2、LED灯调光方案

采用脉宽调制（PWM）来调光。通过STC12C5A60S2产生的PWM波来调节驱动芯片，来实现调光的目的。PWM调光具有精度高，节能，易于实现智能控制的等特点。

本系统拟采用STC12C5A60S2单片机作为主控模块，由光电转换电路采集外界光强信号，经A/D转换送单片机处理，单片机根据处理结果智能调节输出PWM来控制驱动电路的电流大小，并以此来调节LED的亮度大小。

2.3、光信号采集电路

光线检测电路是比较重要的一个部分，其中关键的元件有两个，一个是光敏电阻，一个可调电阻。光敏电阻通过对当前环境光线的强弱来改变自己的阻值，从而改变其两端的电压，来达到控制LED灯亮暗的效果，还可以根据实际情况再加一个可调电阻，通过改变电阻的大小来改变光敏电阻的灵敏度。如果认为天色还挺亮的，灯就开了，那就把电阻变大些，光敏电阻的灵敏度就下降了，这样就可以等到天暗下来时再开灯，同样的，天已经很暗了，灯还没亮，那就把电阻调小点，这样反复多调几次，就可以把LED灯调到一个最理想最合适的状态了。下图为光信号采集电路。

2.4、按键电路与报警电路设计

独立式键盘就是一个按键对应一个端口输入，每一个按键都有一个按键电路来区分是否有按键按下。这些按键可以直接与单片机I/O线相接或者是通过输入口与数据线相连接，结构比较简单。按键电路如图3所示。

环境光低于设定的环境光报警值时自动报警提示。图4为报警电路。

2.5、LED驱动电路设计

灯光驱动电路是整个系统中硬件电路的关键，他决定着整个系统的工作性能，而且本系统所采用的是PWM控制自动调光，来实现室内的亮度调节。

ULN2003是一种大电流驱动阵列，适用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡这些控制电路中。可直接驱动继电器这些负载。当输入5VTTL电平，输出则可达到500mA/50V。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN达林顿管组成。ULN2003的每一对达林顿都都是串联一个2.7K的基极电阻，当工作在5V的电压下它能够与TTL和CMOS电路直接相连连，可以去直接处理原先需要标准逻辑缓冲器。ULN2003是一种具有高电压大电流，是达林顿晶体管阵列系列的产品，ULN2003不仅在电流增益、工作电压方面好的特点。而且还有温度范围宽、带负载能力强这些特点，能够适用于各类需要高速大功率驱动的系统。

ULN2003的输出端可达500mA/50V。输出端的二极管学名为续流二极管。如果ULN2003的达林顿管输入端输入低电平使其截止，其驱动的元件是感性元件，则电流不能突变，此时会产生一个高压;如果没有二极管，达林顿管会被击穿，所以这个二极管主要起保护作用。由于ULN2003是集电极开路输出，为了让这个二极管起到续流作用，必须将COM引脚（pin9）接在负载的供电电源上，只有这样才能够形成续流回路。

因为本设计中需要用ULN2003来驱动灯，图5是LED灯的驱动电路。

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楼梯开关双控电路图（一）

在照明电路中，楼梯照明一般用两只双控开关控制一灯，也就是在楼上楼下各用一只双控开关控制。它有三种控制接法。

如图1一右图所示。

下面评判三种电路优劣：

（1）左图电路，开关安装在火线进口处。在开关内即使接线有错，也不会发生短路、烧断保险丝。另外，灯熄灭时，灯泡处于开路状态。灯座与火线脱离，换灯泡安全。在维修中，手误接触开关中的接线柱，也不易发生触电事故。故此电路比较安全，符合安全规范。

（2）中图电路，虽然也是火线进开关，但这种电路接线较复杂。容易搞错。所用导线也较多，一般不使用

（3）右图电路，因火线、地线都进开关，故接线、维修时要谨防短路。灯熄灭时，灯泡处于短路状态。灯座可能仍与火线接触。也就是说，电路存在安全隐患，这是不合安全规范的接法，不得使用。但是有些家庭装修承包工，为了节省线材和工时，常采用这种不合安全规范的接法。因为它使用的导线较少（比左图少用一条线），安装更为简单。

那么如何解决该种接线图的“安全隐患”呢？可采用以下方法：

1）使用卡口灯座和卡口灯泡。

2）在灯座上设置警示标志：“灯在熄灭状态下亦不得触摸内部金属体”。

楼梯开关双控电路图（二）

单连双控开关接线图及原理图：

1、单联双控开关接线图

2、单联双控开关原理图：

3、单联双控开关接线步骤：

把两个单刀双掷开关的两个触点分别相连，即开关1的触点1与开关2的触点1相连，开关1的触点2与开关2的触点2相连，然后两个开关的刀做为整个开关的两端接入电灯的两端。这样当开关1和2的刀同时接打向各自触点1或同时打向触点2时，电路接通，则灯亮。若两开关的刀一个打向触点1而另一个打向触点2时，电路不通，则灯灭。因此两个开关都可以控制灯。两个开关可以放在楼梯的上下两端，或走廊的两端，这样可以在进入走廊前开灯，通过走廊后在另一端关灯，既能照明，又能避免人走灯不灭而浪费电。
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楼梯开关双控电路图（三）

双联双控开关接线图及原理图：

1、双联双控开关接线图

2、双联双控开关原理

双联双控开关的定义与单联双控开关的定义差不多，唯一的区别就是双联是2个按钮的开关，单联就只是一个按钮的开关。那什么是双联双控开关呢？其实很简单，就是指在一个面板上，通过两个按钮来控制两个用电设备，就是两个开关控制这两条电路。

3、双联双控开关的接线步骤

先将一个双控开关的中间接线柱连接到火线，再将另一个双控开关的中间接线柱连接到灯头（或螺口灯头的中心舌片），然后连接来回线，也就是用两条绿色导线任意连接上下两个接线柱;零线则直接连接到灯头的另一个触点（或螺口灯头的螺纹）这样就完成连接了。

楼梯开关双控电路图（四）

三联双控开关接线图（含原理的接线方法）

1、三联双控开关接线图

2、三联双控开关的原理图

三联双控开关的原理跟上面两种双控开关是一样的，就一个控制面板同时集合%E。
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楼梯开关双控电路图（五）

楼梯开关双控电路图（六）

双控开关三控一灯的电路在家庭装潢中，如果要求在双人床两边和进入房间通道三处共同控制房间的同一盏照明灯，一般用两只一位双控和一只一位三控开关。世三控开关在市面上不容易买到，因此，可用一只两位双控开关进行内部连线而成，改造方法很简单（如图4），就是把这只两位双控开关的静接点（图4中S1的l与S2的2，S1的2与S2的1）分别用绝缘导线交叉接上，就改装成一只“三控开关”，不过这只“三控开关”使用时要同时同向按两位开关才起作用，再按图5接线就可以用于三地同时独立控制一盏灯了。为了能实现同时按下两位双控开关S2、S3，要求开关S2、S3采用市面流行的大板琴键式两位双控开关，然后用502皎水把这个两位大板琴键粘在一起，实现三控开关的作用。

楼梯开关双控电路图（七）

四地独立控制一盏灯只要在三地控制电路的“三控开关”后面再添一只“三控开关”就可以了，如图6，多地同时独立控制一盏灯依此类推。

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