教室照明智能控制裝置

徐維昌

(寧夏大學(xué)信息工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021 )

0 引言

目前，傳統(tǒng)的教室內(nèi)開關(guān)大部分是普通型開關(guān)或拉線式開關(guān)，然而由于各種不可控的因素及人們的日常習(xí)慣，造成大量的電能的浪費(fèi)。另外，夜晚出行還要摸黑找開關(guān)，對(duì)學(xué)生和部分年長(zhǎng)的教師不僅不安全，而且若是燈泡長(zhǎng)時(shí)間亮著，也容易造成資源浪費(fèi)。同時(shí)，現(xiàn)在教室多采用日光燈或白熾燈，相對(duì)于LED燈會(huì)造成更多的資源浪費(fèi)[1-3]。針對(duì)以上種種問題，筆者研究出專門針對(duì)教室的智能照明控制裝置。具體是對(duì)教室和教室外的樓道的照明系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。

1 總體設(shè)計(jì)說(shuō)明

此照明控制裝置的設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)模塊，一是智能控制模塊，二是維修模塊。智能控制模塊主要是由單片機(jī)和移動(dòng)物體檢測(cè)傳感器來(lái)進(jìn)行控制，采用C語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)。使用單片機(jī)對(duì)LED燈具進(jìn)行控制，由傳感器來(lái)進(jìn)行移動(dòng)物體檢測(cè)。通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的程序可以使得傳感器首先對(duì)移動(dòng)物體進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)之后單片機(jī)會(huì)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來(lái)判斷是否需要打開LED燈，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)照明裝置的智能控制[4]。同時(shí)，筆者設(shè)計(jì)了相應(yīng)的燈具的工作狀態(tài)檢測(cè)模塊，如果有燈具損壞，則通過短信發(fā)送到維修人員，由維修人員進(jìn)行檢修，極大地提高的工作效率，其中圖1為系統(tǒng)工作原理圖。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖Fig 1 System operation principle diagram

2 智能控制模塊設(shè)計(jì)

2.1 移動(dòng)物體檢測(cè)裝置

對(duì)移動(dòng)物體的檢測(cè)主要是采用移動(dòng)物體檢測(cè)傳感器來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。由于移動(dòng)物體檢測(cè)傳感器的測(cè)物距離為5米，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)教室則在其四角安裝傳感器，而針對(duì)樓道則間隔五米進(jìn)行安裝。這樣就可以保證無(wú)死角的探測(cè)。傳感器未探測(cè)移動(dòng)物體時(shí)，輸出狀態(tài)為低電平0V，于是在模塊設(shè)計(jì)時(shí)，將其初始化輸出狀態(tài)置為0V。若是探測(cè)到移動(dòng)物體（探測(cè)到有人到來(lái)），則將其輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)化為高電平+5V[5]。三極管導(dǎo)通，輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)為低電平0V，此時(shí)單片機(jī)才對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)，打開LED燈。同時(shí)為了保證其中任何一個(gè)傳感器檢測(cè)到移動(dòng)物體之后，單片機(jī)都要進(jìn)行響應(yīng)，故需要在安裝傳感器時(shí)，將輸出端進(jìn)行并聯(lián)，使其為線與的關(guān)系，可以保證無(wú)死角的探測(cè)。

2.2 LED照明控制裝置

為了達(dá)到節(jié)能的目的，在設(shè)計(jì)照明裝置時(shí)，采用了LED節(jié)能燈具。為了使設(shè)計(jì)更科學(xué)化，同時(shí)根據(jù)樓道和教室的照明情況的不同，將樓道和教室采取不同的控制方式。

首先，檢測(cè)環(huán)境光照強(qiáng)度，之后再進(jìn)行移動(dòng)物體檢測(cè)，由于燈具只是在夜晚照明，所以在照明控制裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，增加了光控設(shè)計(jì)，同時(shí)筆者考慮到陰天的亮度，在設(shè)置臨界值（即小于等于此值時(shí)，單片機(jī)才會(huì)打開LED燈）的時(shí)候要高于夜晚的亮度值，故當(dāng)照度在50cd以下時(shí)，照明控制裝置的所有I/O口及部件處于工作狀態(tài)。在此照度以上的，所有I/O口屬于封閉狀態(tài)[6]。

第一路控制電路設(shè)計(jì)屬于教室的LED照明控制?？紤]到教室是提供學(xué)生學(xué)習(xí)和老師上課的場(chǎng)所，對(duì)照明亮度的要求較高。在單片機(jī)將LED燈打開時(shí)，對(duì)其亮度要適當(dāng)調(diào)整，故在LED的照度范圍內(nèi)，將光照度調(diào)節(jié)到550cd（最適范圍500cd--600cd）左右。并且在檢測(cè)移動(dòng)物體的情況下，光照亮度一直保持不變。

第二路控制電路則是針對(duì)教室外樓道的LED照明設(shè)計(jì)，基于樓道和教室環(huán)境情況的不同，所以在設(shè)計(jì)上也有所不同。樓道和教室都是要設(shè)計(jì)臨界值，不過樓道的臨界值要小于教室照明的臨界值，本裝置中將其設(shè)置為0.2cd，此照度為黑夜照度。工作原理與教室的工作原理相同。但是為了節(jié)約能源，還相應(yīng)設(shè)計(jì)了照度調(diào)節(jié)的功能。當(dāng)樓道無(wú)人之時(shí)，對(duì)LED的光照強(qiáng)度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。即在檢測(cè)到有人之時(shí)，單片機(jī)控制LED燈打開（此時(shí)光照度等于教室光照度），在人離開時(shí)，則調(diào)節(jié)LED的亮度為原來(lái)的10%，此設(shè)計(jì)也很好的實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。圖2為設(shè)計(jì)模型的正常工作狀態(tài)下的圖。

圖2 正常模式工作圖Fig 2 Normal mode opeartion diagram

圖3 維修模式工作圖Fig 3 Maintenance mode opeartion diagram

3 維修模塊設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用過程中，用電設(shè)備的維修必不可少。維修檢測(cè)模塊，每天從晚上到白天時(shí)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行LED燈具的檢測(cè)，如果損壞時(shí)，單片機(jī)收到LED燈損壞的控制信號(hào)后，發(fā)出相應(yīng)的短信通知維修人員[7-9]。維修人員維修時(shí)，只需按下工作/維修模式開關(guān)，單片機(jī)處于維修模式的狀態(tài)，此時(shí)燈具處于全部開啟狀態(tài)，不受控制裝置的控制，方便維修人員對(duì)損壞燈具進(jìn)行檢修[10]。上圖3為設(shè)計(jì)模型的維修模式下的圖。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)燈具控制上發(fā)現(xiàn)了諸多問題，并且通過思考提出了改進(jìn)方案，做出了改進(jìn)的相應(yīng)設(shè)計(jì)。大大提高了實(shí)用性和安全性。在一定程度上，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，使設(shè)計(jì)變得更加意義非凡，若是經(jīng)過改良應(yīng)用到實(shí)際生活當(dāng)中，將會(huì)為提高經(jīng)濟(jì)效益做出巨大貢獻(xiàn)。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，也可以將物聯(lián)網(wǎng)和ZigBee技術(shù)應(yīng)用其中，構(gòu)建整個(gè)小區(qū)的智能照明控制裝置，故本設(shè)計(jì)具有良好的推廣價(jià)值。

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