教室照明控制系統(tǒng)設計

摘 要：本設計主要是針對高校教室照明管理中電能浪費的現(xiàn)象，設計了教室照明控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)節(jié)電目標。采用了照明控制系統(tǒng)后，可以根據(jù)不同場合、不同的人流量，進行時間段、工作模式的細分，把不必要的照明關掉，在需要時自動開啟。該系統(tǒng)具有體積小，控制方便，可靠性高，專用性強，性價比合理等優(yōu)點，可以滿足各類大、中專院校教室燈光控制的要求，很大程度上達到節(jié)能目的。

關鍵詞：STC89C51RC單片機；熱釋電；傳感器；

文章編號：1674-3520（2015）-12-00-01

照明的可控制性是照明發(fā)展一個重要趨勢，特別是在我國近年頻頻發(fā)生“電荒”的背景下，照明控制可以減少燈具單位時間能耗，又可減少燈具使用時間，其節(jié)能優(yōu)勢值得我們去開發(fā)利用。

目前在國內大專院校中，由于上課教室不固定，同學們的自覺節(jié)能意識薄弱，在光線足夠強時也開燈，課上完離開教室后燈還亮著的現(xiàn)象普遍存在。基于這樣的考慮，設計以單片機為核心的照明控制系統(tǒng)，根據(jù)室外光亮度來自動控制照明。以達到對教室的燈光進行實時控制，方便和節(jié)約能源的目的。

一、概述

（一）節(jié)能照明的優(yōu)越性。與傳統(tǒng)的粗放式的管理狀態(tài)相比，節(jié)能管理系統(tǒng)具有以下優(yōu)越性：1、良好的節(jié)能效果和延長燈具壽命。2、合理地選用光源、燈具及性能優(yōu)越的照明控制系統(tǒng)，都能提高照明質量。 3、節(jié)能照明控制系統(tǒng)是以自動控制為主、人工控制為輔的系統(tǒng)。4、照明控制系統(tǒng)有效節(jié)省了電費與管理費用的支出。根據(jù)一般的運營經(jīng)驗來看節(jié)能效果也能達到25%～40%。

（二）節(jié)能照明的必要性。能耗和環(huán)境是當前全球共同關注的熱點。照明用電隨著社會的發(fā)展已經(jīng)占總發(fā)電量的10%到20%。據(jù)統(tǒng)計，我國1992年照明用電700億度，1995年己增長為1000億度，占總發(fā)電量10%。預計2010年我國用電量將達2.7萬億度，照明用電量超過3000億度。照明用電的迅速增加，不但要增加大量的電力投資，牽制國民經(jīng)濟發(fā)展，還要產生大量污染。據(jù)專家計算，每100億度電需求煤500萬噸。按除塵率94%計，還要向大氣排放煙塵5.5萬噸；二氧化硫7.8萬噸.產生了嚴重的酸雨。

二、系統(tǒng)總體設計

（一）總體設計。下面以一個掛有18盞照明燈的12*8m的室內照明區(qū)域（如圖2-1所示）為例，對室內照明系統(tǒng)進行分析。圖2-1中，1，2，……18分別為18盞照明燈，I，II，III，IV，V分別為5個檢測單元，以各檢測單元為圓心的圓弧分別代表了各檢測單元的檢測范圍， 依據(jù)5個檢測單元檢測范圍的交叉情況，可將整個室內區(qū)域劃分為（1），（2）……（17）這17個區(qū)域。系統(tǒng)工作時，可以檢測有人或者光線偏暗的具體區(qū)域，進而控制相應區(qū)域的照明燈開關。以I，II，V三個檢測單元同時檢測到有人且須開燈為例，則可定位出（5）區(qū)域有人，從而可以打開燈14，15，10，11為其提供照明。系統(tǒng)通過對5個檢測單元的輸出進行一定的邏輯判斷，從而實現(xiàn)高精確度地定位照明控制，彌補了原有各種方案的缺點。

圖2-1系統(tǒng)結構圖

每個教室安裝的控制終端是以STC89C51RC單片機為核心的數(shù)據(jù)采集和處理裝置，可實現(xiàn)有效的教室燈光控制。其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號和環(huán)境光信號等的外界因素，環(huán)境光的強度達到一定值時不開燈，環(huán)境光強度在一定閥值以下且有人存在時開燈。理論和實驗證明用這種方式來對教室燈進行控制可以實現(xiàn)上述目標。

室內燈光控制系統(tǒng)可以根據(jù)作息時間、氣候、人體等因素全天候自動控制室內照明電器的開和關。做到光線暗時開燈，雨天陰天時開燈，無人時關燈，光線亮時關燈，晴天時關燈，休息時間關燈。在確保室內正常照明同時，可有效防止無人燈（無人時開燈）、無效燈（光線亮時開燈）、無限燈（休息時間開燈），從而達到節(jié)電目的。

（二）超時報警電路。由于學生學習緊張，在夜里忘了時間點，學習期間開燈時間過長，致使教室燈工作超時，于是本系統(tǒng)超時報警電路就會發(fā)出聲音，提醒學生應該休息。這樣，還可以更好地保護公共設施。

（三）無接觸IC卡電路。學生只需在上課前輕松一刷卡并經(jīng)由相應的數(shù)據(jù)處理就可以完成點名及有關的操作，從而簡化對學生考勤的程序，節(jié)約教師點名的時間。如圖3-13所示為無接觸IC卡接口結構圖。

圖3-13 無接觸IC卡接口結構圖

三、系統(tǒng)控制模塊的軟件設計

用戶軟件的開發(fā)與系統(tǒng)硬件有著密切的關系。在系統(tǒng)的硬件及輸入輸出方法確定后，程序軟件就可以完全獨立的進行設計、開發(fā)。

四、技術經(jīng)濟分析

本設計中技術方面采用了單片機開發(fā)，單片機起到控制作用，其價格決定了其低成本和市場潛力。選用的STC89C51RC單片機芯片的市場價格約為5元左右。

高校教室照明節(jié)能技術的直接收益主要是采用節(jié)能技術后電能消耗降低所帶來的；而采用科學管理，就是利用現(xiàn)代化自動控制技術，對教室照明燈具進行節(jié)電改造，從而達到節(jié)約用電目的。