高校教室節(jié)能照明系統(tǒng)*

屈 瑩，黃倩倩，楊 起，秦 鋒

(貴州師范大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550059)

在生活中我們見(jiàn)到過(guò)各種各樣的節(jié)能照明產(chǎn)品，比如節(jié)能燈、太陽(yáng)能路燈、聲控?zé)舻?。雖然節(jié)能產(chǎn)品日益增多，但是能廣泛應(yīng)用于學(xué)校的卻是寥寥無(wú)幾。每當(dāng)學(xué)校的晚自習(xí)結(jié)束后，教室的燈還是一直亮著的，有些教室只有少數(shù)人或者根本沒(méi)有人在自習(xí)。夏天在光線較強(qiáng)的環(huán)境能正常學(xué)習(xí)時(shí)，教室的燈也都是亮著的。這樣長(zhǎng)年累月下來(lái)浪費(fèi)掉的電能是非常巨大的。很多學(xué)校對(duì)用電的管理模式不夠科學(xué)規(guī)范，這種浪費(fèi)現(xiàn)象就數(shù)見(jiàn)不鮮了。所以，我們考慮有必要在以保證用電質(zhì)量為前提，最大幅度地降低用電的浪費(fèi)，從而使電能得到充分的利用。

目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)學(xué)校教室的照明燈具控制一般都采用普通開(kāi)關(guān)，需要專門的人員進(jìn)行照明管理，這樣檢查和控制的時(shí)間及工作量很大，而且要額外支付聘請(qǐng)費(fèi)用?，F(xiàn)有的聲控?zé)舻目刂菩枰欢ǚ重惖穆曇魜?lái)觸發(fā)燈的控制部分使燈點(diǎn)亮，這樣產(chǎn)生的噪聲會(huì)影響室內(nèi)學(xué)生的正常學(xué)習(xí)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

1.1 AT89S52 單片機(jī)簡(jiǎn)介

AT89S52 是一種高性價(jià)比的單片機(jī)，它具有8KB 的片內(nèi)ROM 和256 字節(jié)RAM 使其應(yīng)用靈活有效［1］。

它的指令可以兼容80C51 單片機(jī)的大部分產(chǎn)品。其片內(nèi)程序存儲(chǔ)器在線編程較靈活且可以重復(fù)編程，其功能相當(dāng)于高效的微型計(jì)算機(jī)且使用范圍廣，性價(jià)比高。

1.2 光照強(qiáng)度信號(hào)采集部分

不同的地方對(duì)光強(qiáng)的要求有不同的標(biāo)準(zhǔn):

客房、臥室、走廊等簡(jiǎn)單視覺(jué)工作場(chǎng)所需要的照度為30LX～75LX;辦公室、教室、商場(chǎng)等連續(xù)視覺(jué)工作場(chǎng)所需要的照度為200LX～500LX;營(yíng)業(yè)廳、閱覽室、繪圖室等需集中注意力的視覺(jué)工作場(chǎng)所需300LX～750LX［2］。(附:是指單位面積上所照射的光通量，照度單位為lux，符號(hào)為lx。)

光敏電阻是利用光電導(dǎo)效應(yīng)制作的元件，其工作原理是內(nèi)光電效應(yīng)。當(dāng)光照強(qiáng)度變強(qiáng)，其電阻值就變小。光敏電阻是沒(méi)有極性的純電阻器件，在兩端施加電壓后，會(huì)由于自然光強(qiáng)度的變化，電阻兩端的電流也隨之變化，繼而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換?；谝陨系膬?yōu)點(diǎn)本系統(tǒng)選用光敏電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)教室光照強(qiáng)度的采集和處理。

圖2 光照強(qiáng)度采集電路圖

1.3 紅外信號(hào)檢測(cè)部分

紅外信號(hào)檢測(cè)部分主要由傳感器及檢測(cè)模塊組成。系統(tǒng)采用光電傳感器。其原理是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，再將檢測(cè)到的變化量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化量，以便于使用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制和檢測(cè)。其工作原理是:直射式光電傳感器是將傳感器的發(fā)射源與接收端部位對(duì)直，如果接收端應(yīng)接收的紅外信號(hào)被人進(jìn)門途中擋住，即削減了光通量，繼而將相應(yīng)的脈沖信號(hào)施加給外電路，最后通過(guò)放大器放大使計(jì)數(shù)器記下削減的次數(shù)［3］。

2 系統(tǒng)電路圖

圖3 系統(tǒng)總電路圖

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 光照強(qiáng)度采集模塊設(shè)計(jì)

該模塊主要在于通過(guò)光敏電阻對(duì)教室內(nèi)的自然光照度進(jìn)行采集，進(jìn)而運(yùn)用采集電路動(dòng)態(tài)分析，傳送信號(hào)至單片機(jī)進(jìn)行處理。其步驟如圖4 所示。

圖4 光照強(qiáng)度采集模塊圖

3.2 人數(shù)檢測(cè)模塊軟件設(shè)計(jì)

采用光電傳感器測(cè)量教室內(nèi)的實(shí)時(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)人數(shù)，不僅具有成本低、電路結(jié)構(gòu)清晰簡(jiǎn)單等特點(diǎn);光電傳感器價(jià)格低廉，采用非接觸式測(cè)量，穩(wěn)定性較強(qiáng)，壽命相對(duì)較長(zhǎng)。將檢測(cè)電路與單片機(jī)相連，在門的里外兩邊各安裝一個(gè)光電傳感器，在兩個(gè)傳感器發(fā)射出紅外光被遮擋的先后順序中，如果是進(jìn)入教室則門里面的傳感器先發(fā)出脈沖信號(hào)，顯示人數(shù)－1，反之人數(shù)顯示+1。光通量變化被檢測(cè)到后再通過(guò)單片機(jī)的加減運(yùn)算得到教室里的總?cè)藬?shù)。

3.3 人數(shù)檢測(cè)及光照強(qiáng)度采集模塊軟件設(shè)計(jì)

將計(jì)數(shù)電路部分與紅外信號(hào)檢測(cè)部分配合使用，其具體軟件流程如圖5 所示。

圖5 紅外信號(hào)檢測(cè)及光照強(qiáng)度采集模塊流程圖

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)對(duì)教室照明的控制部分進(jìn)行了研究。以自然光照度、人數(shù)等外界條件為控制器的輸入?yún)?shù)，比傳統(tǒng)的人工管理更方便，并且節(jié)約了電能，降低了教室燈光的資源浪費(fèi)，同時(shí)還加入了人數(shù)檢測(cè)技術(shù)，使教師能更快捷方便地了解出勤人數(shù)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于各類學(xué)校的教室照明控制具有重要的意義，便于推廣應(yīng)用。

［1］高惠芳.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:科學(xué)出版社，2010.

［2］JGJ 16-2008，民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］江曉軍.光電傳感與檢測(cè)技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［4］李永忠.微機(jī)原理與接口技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2013.