一種教室光控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

秦梅寶 南昌工學(xué)院 基礎(chǔ)教學(xué)部

一種教室光控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

秦梅寶 南昌工學(xué)院 基礎(chǔ)教學(xué)部

目前，國內(nèi)各大高校中，學(xué)生自覺節(jié)能意識薄弱，在教室光線足夠亮?xí)r也開燈，離開教室后燈還亮著的現(xiàn)象普遍存在，且教室極多，管理人員也管不過來，這樣就造成了不必要的電能浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)中國行業(yè)研究網(wǎng)報道，2013年，我國照明用電量已占總用量的13%左右，而對照明時間長，照明場所多的學(xué)校，照明用電量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個數(shù)字。因此，把節(jié)約能源的觀念引入教學(xué)樓的設(shè)計(jì)中具有十分重要的意義。

節(jié)能 光控 照明

隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會的進(jìn)步越來越依賴于資源的開發(fā)與利用，然而與日俱增的能源需求和有限的資源數(shù)量形成了巨大的矛盾，能源短缺問題日益突出，成為一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。在尋找替代品、提高能源利用率和節(jié)約能源等幾種緩解能源危機(jī)的途徑中，節(jié)能無疑是符合可持續(xù)發(fā)展要求。

一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2013年2月20日，環(huán)境署公布研究顯示，全球每年約有超過250億噸煤油被用于照明，在沒有考慮政府補(bǔ)貼因素的情況下，其費(fèi)用高達(dá)230多億美元。2月22日，國務(wù)院將高效照明產(chǎn)品及系統(tǒng)納入國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。目前，世界各國也在研究新的節(jié)能方式，比如歐司朗-斯維尼亞公司不斷的推出新型高輸出的熒光燈，節(jié)約6%的總系統(tǒng)功率，并具有更高的光通量和平均光通量[7-10]。飛利浦照明公司推出的陶瓷金鹵燈代替過去的鹵鎢燈，可節(jié)能60%的電能。種種跡象表明世界各國都在采取不同方式來節(jié)約能源，節(jié)約電能。此外，能源問題不僅關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境生態(tài)，在特定情況下還會對社會穩(wěn)定有很大影響。鑒于能源問題的重要性，我國在綠色照明工程新聞發(fā)布，綠色照明工程未來五年間將在公用設(shè)施、賓館、商廈、居民住所等全國建筑物中推廣1.5億只節(jié)能燈，節(jié)電290億度電。上海、河北等一些地方采取政府對節(jié)能燈大宗采購每只補(bǔ)貼3至4元的方式進(jìn)行推廣。從普通白熾燈到高效節(jié)能燈，使我國的電光源產(chǎn)品結(jié)構(gòu)逐步向節(jié)電型轉(zhuǎn)變，熒光燈與普通白熾燈的比例由1995年的1:6.25上升到目前的1:1.5。目前，我國照明用電約占社會總用電量的13%，采用高效照明產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低效照明產(chǎn)品可節(jié)電60%到80%。如今，北京正在大力推行綠色照明工程己推出上百萬只綠色照明光源和部分節(jié)能電器，據(jù)測算年節(jié)約用電可達(dá)3442萬千瓦時，節(jié)約電費(fèi)251、9.7萬元。政府己經(jīng)在商廈、學(xué)校、醫(yī)院等更換了24萬只節(jié)能燈具。在奧運(yùn)工程的建設(shè)上，也大量運(yùn)用節(jié)能技術(shù)，北京的奧運(yùn)場館“水立方”，通過采用大量的節(jié)能燈具，裝備新技術(shù)，通過增強(qiáng)透光性白天可節(jié)約照明能耗50%。

二、設(shè)計(jì)目的

提到照明節(jié)能，最容易讓人聯(lián)想到的就是節(jié)能燈具，將普通燈具更換為節(jié)能燈具無疑是最簡單的節(jié)能方案，但是長明燈仍然是我們不想看到的浪費(fèi)現(xiàn)象。另外，節(jié)能燈價格是普通燈具的幾倍，讓學(xué)校大規(guī)模的進(jìn)行更換代價太大，而且換下的普通燈具也將造成另一種浪費(fèi)，這種方案對于我國大多數(shù)高校來說不夠現(xiàn)實(shí)。

另外，高校教室具有人員流動性大，長時間開放，無固定作息時間，座位不固定，教室用途多等特點(diǎn)，所以我們的控制必須以人體為信號、光強(qiáng)作為控制開關(guān)燈的依據(jù)。兩者缺一不可。如果，單純依靠光強(qiáng)作為開關(guān)燈控制依據(jù)，就會出現(xiàn)教室無人而光照強(qiáng)度弱時開燈的情況；若單純依靠人體存在信號作為控制依據(jù)，則會出現(xiàn)教室有人而光強(qiáng)足夠時開燈的現(xiàn)象；那么控制的效果就不好，這樣的控制系統(tǒng)就沒有什么意義了。

所以本論文主要是針對目前高校教學(xué)樓教室的電能資源浪費(fèi)嚴(yán)重，教室資源利用不合理，用電設(shè)備控制和教學(xué)管理不足的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了教學(xué)樓節(jié)能控制系統(tǒng)，以達(dá)到高校教室用電設(shè)備的合理使用，節(jié)約電能以及改善教學(xué)管理的目的。

三、設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)控制單元是以單片機(jī)主控模塊為核心，其它外圍電路主要包括:下載線模塊、系統(tǒng)供電模塊、硬件時鐘模塊、看門狗模塊、燈光驅(qū)動模塊、數(shù)碼管驅(qū)動顯示模塊、環(huán)境光模塊、存儲模塊、人體存在傳感器模塊、超時報警模塊，其結(jié)構(gòu)框圖下圖所示：

論文研究的教室光控智能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)有效的教室燈光智能控制。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(qiáng)度達(dá)到一定值時不開燈，環(huán)境光強(qiáng)度在一定閥值以下且有人存在時開燈，理論和實(shí)驗(yàn)證明用這種方式來對教室燈進(jìn)行智能控制可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。教室燈光控制器由機(jī)械開關(guān)和紅外傳感器組成，紅外傳感器安裝在教室門口，當(dāng)有人進(jìn)入且燈光較暗時打開燈，機(jī)械開關(guān)安裝在教室每個座位上，用來檢測是否有人坐下。前后教室門口分別安裝光耦用于檢測進(jìn)進(jìn)出出教室的人數(shù)。

四、前景分析

該系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測環(huán)境光的強(qiáng)度;根據(jù)教室合理開燈的條件，系統(tǒng)通過對人體的存在信號和環(huán)境光信號的識別和智能判斷，完成對教室照明回路的智能控制，避免了教室用電的大量浪費(fèi)。系統(tǒng)還具有多種報警功能;同時還采用了軟/硬件的“看門狗”技術(shù)等抗干擾措施。單片機(jī)軟件采用匯編語言編制，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、條理清晰、通用性好，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。

該系統(tǒng)具有體積小，控制方便，可靠性高，專用性強(qiáng)，性價比合理等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足教室燈光控制的要求，很大程度的達(dá)到節(jié)能目的。本控制系統(tǒng)與已有的教室燈光配套使用時，不需要對原有設(shè)備電路進(jìn)行大的改動，以降低成本實(shí)現(xiàn)了教室燈光的智能控制。

[1]謝靜,胡耀斌,何霖.教學(xué)樓照明系統(tǒng)的智能控制研究[J].機(jī)電工程技術(shù),2009(11).

[2]賈正松.基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2009(17).

[3]周曉偉,蔡建平,鄭增威,應(yīng)晶.新型室內(nèi)照明智能控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2009(08).

秦梅寶（1986-），女，陜西咸陽人，碩士，講師，研究方向：物理學(xué)及教學(xué)改革。

2015年度南昌工學(xué)院科技計(jì)劃項(xiàng)目（GJKJ-15-33)。