校園節(jié)能控電系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

【摘 要】本文結(jié)合學(xué)校實際設(shè)計了一種校園節(jié)電系統(tǒng)，通過聲控模塊、光電檢測模塊、觸控模塊和人體紅外檢測模塊等模塊分別采集學(xué)校的光照強(qiáng)度和不同區(qū)域人數(shù)的分布情況，并通過對數(shù)據(jù)的采集、信息的比較分析，不斷改善校園供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，避免用電浪費現(xiàn)象，實現(xiàn)信息化管理，最終達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

【關(guān)鍵詞】校園網(wǎng) 聲光控制 節(jié)能

眾所周知，目前國內(nèi)許多公共場所的照明，尤其是大學(xué)開放式的管理模式，白天晚上長明燈等浪費現(xiàn)象比比皆是。造成這種現(xiàn)象的原因主要是這些照明系統(tǒng)大多數(shù)是人工控制或者半自動控制，以及部分人員的節(jié)能意識淡薄，造成了資源的巨大浪費。為了節(jié)約能源，控制用電，本文結(jié)合實際設(shè)計了一種校園節(jié)電系統(tǒng)，通過聲音控制模塊、光電檢測模塊、觸控模塊和人體紅外檢測模塊等來分別采集學(xué)校不同地方的光照強(qiáng)度和各區(qū)域人數(shù)的分布情況，并通過對數(shù)據(jù)的采集、信息的比較分析，不斷改善校園供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，避免用電浪費，實現(xiàn)信息化管理，最終達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1 基本理論

1.1 單片機(jī)

單片機(jī)具有體積小、集成度高、性能穩(wěn)定，可靠性高、功耗低、擴(kuò)展靈活和使用方便等優(yōu)點，用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、測控系統(tǒng)等應(yīng)用控制系統(tǒng)。目前單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很便捷地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備之間的應(yīng)用提供了良好的硬件基礎(chǔ)，因此本系統(tǒng)采用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲及整理。

1.2 光照強(qiáng)度

光照強(qiáng)度測量儀主要是依據(jù)光敏電阻的特性來制作的。將光敏電阻接入電路中，不同光照強(qiáng)度會導(dǎo)致光敏電阻值發(fā)生變化，隨著電阻值的變化，電路的輸出電壓也相應(yīng)隨之變化。 根據(jù)這一特性，按照光照強(qiáng)度和輸出模擬電壓值之間的關(guān)系，得到某一光照強(qiáng)度下對應(yīng)的模擬電壓值，將模擬電壓通過AD轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字電壓值，利用VC++語言編程，將其集中于單片機(jī)中，進(jìn)行控制和處理，最后再將數(shù)字電壓值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光照強(qiáng)度。

2 數(shù)據(jù)采集

無論何時進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集，周圍都會存在各種各樣的干擾信號，如電磁干擾（EMI）、電源噪聲干擾等，這些干擾會使傳輸?shù)男盘柣驍?shù)據(jù)波形產(chǎn)生畸變、失真，數(shù)字信號的高低電平改變，致使所采集到的值不是采樣點的實際值。因此對于軟件控制系統(tǒng)，將控制條件的一次采樣值，改為循環(huán)采樣，用同功能冗余減少軟件判斷失誤。同時在微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)將某些內(nèi)存單元設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志，利用自檢程序，在運行中不斷循環(huán)測試，以保證系統(tǒng)中信息存儲、傳輸運算的高可靠性。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計

單片機(jī)系統(tǒng)，主要來實現(xiàn)光敏信號的采集、紅外傳感器信號的采集和軟件智能延時繼電器輸出控制功能。我們設(shè)計的系統(tǒng)控制方案為：路燈控制采用光控。因此要選擇合適的感光元件來感受開關(guān)周圍自然光的亮度。當(dāng)白天開關(guān)周圍的光亮度足夠高時，燈處于關(guān)閉狀態(tài)，可以保證充分利用自然光，只有到了晚上，燈才會點亮。房間內(nèi)采用光控、紅外同時控制，保證控制精度，利用人體來自動控制室內(nèi)照明燈的開關(guān)，實現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅。走廊和樓梯可采用光聲相結(jié)合的控制方法。以此達(dá)到智能控制照明、節(jié)約電能的目的。我們采用51單片機(jī)為核心的控制技術(shù)開發(fā)新型照明控制器。圖1是單個控制器原理圖，包括主控電路、光電檢測模塊、紅外人體熱釋電探測模塊、RS485接口等組成。光電檢測模塊和紅外熱釋電人體探測模塊采集的光照強(qiáng)度、室內(nèi)人數(shù)分布等信息傳送到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)這些信息控制繼電器、對照明設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)開關(guān)操作，從而實現(xiàn)自動控制。

4 硬件部分

光電檢測模塊是由一些常用的光敏器件和晶體管組成的。主要用于監(jiān)測自然光的有無及強(qiáng)弱，以此為控制器提供燈亮、滅的依據(jù)。主要元器件是硅光電池（S11）和運放MAX4236（U 11）。硅光電池和運放的兩個同極輸入端相連，硅光電池的負(fù)載Zi 可用運放兩輸入端間的輸入阻抗表示，表達(dá)式為：Zi =R11/（A+1）；其中R11是反饋電阻，A是運放的開環(huán)放大倍數(shù)；對于MAX4236，當(dāng)A=105，R1=100k時，Zi =1Ω；此時可認(rèn)為光電池是處于短路工作狀態(tài)，其輸出電壓U0與輸入短路電流成比例，即輸出電壓與輸入光通量成正比。當(dāng)入射光強(qiáng)時，電阻減小，輸出電壓增大；當(dāng)入射光弱時，電阻增大，輸出電壓減小。

聲控模塊使用的是與人類耳朵功能相似的具有頻率反應(yīng)的電麥克風(fēng)。其原理是聲波使話筒內(nèi)的駐極體薄膜振動，從而導(dǎo)致電容的變化，繼而產(chǎn)生與之對應(yīng)變化的微小電壓。具體電路在此不做詳細(xì)說明。

熱釋電人體紅外探測模塊是一種對溫度極其敏感的傳感器件，它能以非接觸形式檢測出人體或者動物輻射的紅外線，并能將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娖捷敵鲂盘?。因此可方便地與各類不同電路實現(xiàn)對接。

5 軟件設(shè)計

本軟件設(shè)計的指導(dǎo)思想是在外界光照充足時，系統(tǒng)會關(guān)閉所有的照明燈，無論外界有無聲音、有無人員，只有光感應(yīng)器在一直檢測判斷光照強(qiáng)度是否合適；當(dāng)外界光照不充足時，聲控傳感器、觸控傳感器、人體感應(yīng)探頭等元件全部開啟接收信號，然后檢測信號，判斷是否需要點亮照明燈；一旦照明燈開啟，又由延時部件控制其工作時間；最后又回轉(zhuǎn)檢測外界光照是否充足。

6 結(jié)論

本系統(tǒng)綜合應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)等專業(yè)知識，對教室、樓道等不同區(qū)域的照明控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。在設(shè)計過程中 緊密結(jié)合大學(xué)教室照明的實際情況，綜合運用一些較先進(jìn)的檢測技術(shù)，能夠在聲、光、觸、人體感應(yīng)的控制下實現(xiàn)電路的導(dǎo)通與截止，能根據(jù)外界環(huán)境變化智能開啟或關(guān)閉走廊燈、教室燈和路燈。由此說明，本系統(tǒng)設(shè)計的這種控制器基本符合節(jié)能要求。

作者簡介：高強(qiáng)，1973.9—，河北阜城人，石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師。