遇见不一样的光

摘要：基于“双碳”战略与绿色可持续发展背景，公共照明系统的能耗优化成为绿色发展的核心议题。针对传统照明设备智能化不足的缺陷，本研究提出一种基于多模态传感协同的智能节能照明方案。通过集成红外热释电传感器（HC-SR501，适配走廊等狭长空间探测）与光敏电阻（GL5528，响应时间＜20ms），结合高频电子镇流器技术，设计了一种具备环境自适应能力的照明控制系统。通过数据对比分析，该装置预计实现：在光照阈值50 Lux、人流量30次/小时的模拟场景下，系统日均能耗降低61.9%，且支持与安防监控联动，为智慧节能校园建设提供了高性价比的解决方案。

关键词：人体感应灯；光线自适应调节；多模态传感；节能优化；物联网（IoT）

基金：大学生创新创业训练计划项目“遇见不一样的光——人体与光线感应灯的普及应用”（项目编号：S202210740009）;

Abstract：Under the "Dual Carbon" strategy and the background of green sustainable development， energy consumption optimization in public lighting systems has become a core issue for green development. To address the insufficient intelligence of traditional lighting equipment， this study proposes an intelligent energy-saving lighting solution based on multimodal sensing collaboration. By integrating a pyroelectric infrared sensor （HC-SR501， suitable for corridor and other narrow space detection） and a photoresistor （GL5528， response time <20ms）， combined with high-frequency electronic ballast technology， an environmentally adaptive lighting control system is designed. Through comparative data analysis， the device is projected to achieve a 61.9% reduction in daily energy consumption under simulated conditions （light threshold： 50 Lux， human traffic： 30 times/hour） and supports integration with security monitoring systems， providing a cost-effective solution for the construction of smart energy-efficient campuses.

Keywords： human body sensor lamp; light adaptive adjustment; multimodal sensing; energy conservation optimization; Internet of Things （IoT）

0 引言

随着城市化进程加快，公共照明系统能耗占比逐年上升。传统照明设备普遍存在“长明灯”现象，尤其在楼道、走廊等低频使用场景中，电能浪费严重错误！未找到引用源。。以部分高校为例，尤其是公共教室，走廊等公共区域，照明系统长期无效工作，电能浪费现象严重。

综合对比国内外节能照明系统应用情况可知：市场上已有单一功能的人体感应灯或光控灯，但其技术局限性导致节能效果不足。国外产品多采用白炽灯光源，无法适应频繁开关场景；国内技术尚不成熟，成品市场占有率低错误！未找到引用源。。为此，本研究提出一种创新方案，通过红外人体感应与光线传感的协同控制，结合T5荧光灯与高频镇流器技术，实现“按需照明”与设备寿命优化的双重目标。该装置兼具环境光线自适应调节、设备寿命延长及多场景拓展功能，为绿色建筑与节能智慧校园提供技术支撑。

1 系统设计原理与技术路线

1.1 系统架构

系统由以下四部分构成（图1）：

红外传感单元：采用HC-SR501传感器，检测人体活动信号（探测角度120°，探测距离5-7米），专为走廊等狭长空间设计，输出数字触发信号。

光敏控制单元：基于GL5528光敏电阻，实时采集环境光照强度（响应时间＜20ms）。

主控电路：STM32F103芯片搭载阈值判断算法，支持PWM调光（亮度范围10%-100%）。

执行单元：AC 220V输入，经整流滤波输出DC 12V，驱动T5荧光灯管与高频电子镇流器（工作频率40kHz）。

模块说明与连接关系

1.红外传感单元

功能：检测人体活动信号。参数：HC-SR501传感器，探测角度120°，探测距离5-7米。输入：人体红外信号（模拟/数字信号）。输出：触发信号至主控电路。

2.光敏控制单元

功能：采集环境光照强度。参数：GL5528光敏电阻，响应时间＜20ms，阈值50 Lux。

输入：环境光强度（模拟信号）。输出：光照数据至主控电路。

3.主控电路

功能：数据处理与逻辑控制。参数：STM32F103芯片，支持PWM（“脉宽调制技术（PWM）”）调光（10%-100%亮度）。输入：红外触发信号 + 光照数据。输出：控制指令至执行单元。

4.执行单元

功能：驱动照明设备。参数：电源输入：AC 220V → DC 12V（LM2596降压模块）。负载：T5荧光灯管 + 高频电子镇流器（40kHz）。输出：灯光开关及亮度调节。

数据流向

红色箭头：人体红外信号（红外传感单元 → 主控电路）。

蓝色箭头：环境光信号（光敏控制单元 → 主控电路）。

绿色箭头：控制指令（主控电路 → 执行单元）。

黑色实线：电源供应（AC 220V → 执行单元 → 其他模块）。

1.2 关键技术

1.双模传感融合

触发条件：当环境光照强度＜50 Lux且检测到人体活动时，触发照明；反之关闭电路。

抗干扰设计：采用分体式电路板布局，隔离红外模块与镇流器，降低电磁干扰；引入延时关闭功能（默认30秒），避免短暂停留导致的频繁开关。

2.荧光灯寿命优化

选用T5荧光灯管与高频电子镇流器，支持百万次开关循环，解决传统白炽灯易损问题。

2 系统实现与功能验证

2.1 硬件实现

传感器模块：HC-SR501红外传感器与GL5528光敏电阻协同工作，信号经滤波电路输入主控芯片。

主控单元：STM32F103通过ADC采集光敏电阻数据，结合GPIO读取红外信号，动态调节PWM输出。

电源管理：采用LM2596降压模块，实现AC 220V至DC 12V的稳定转换。

2.2 软件逻辑

系统软件基于FreeRTOS实时操作系统开发，核心逻辑如下：

代码示例（图2）

3 应用拓展与创新价值

1.安防联动

与监控摄像头集成，夜间自动补光，提升监控画面清晰度。

2.数据联网

通过ESP8266 Wi-Fi模块上传用电数据至云平台，支持能耗可视化分析与远程控制。

3.市场潜力

单套成本＜200元，适用于社区、停车场等场景，投资回收期约1.2年（按日均节能1.3kW·h计算）。

4 结语

本研究通过多模态传感融合与电路优化，实现了智能照明系统的低成本、高可靠性设计。模拟实验数据表明，该装置可显著降低公共区域照明能耗，并具备良好的扩展性。未来将进一步探索与物联网的深度融合，推动节能产品的规模化应用，助力“双碳”目标实现。

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