高校教室用電節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：當(dāng)今用電節(jié)能是全社會(huì)普遍關(guān)注的問題，其中高校教室照明節(jié)能是關(guān)乎節(jié)約型高校創(chuàng)建成敗的主要因素。目前大多數(shù)高等院校還沒有重視教室照明方面存在的問題，比如教室照度不足、照明效率較低和電能浪費(fèi)嚴(yán)重等問題。針對(duì)這些實(shí)際問題，本文設(shè)計(jì)的智能教室照明節(jié)能系統(tǒng)可以避免許多不必要的電能浪費(fèi)，既能給人們提供照明的方便，又能節(jié)約電力資源，提高電力資源的利用率。

關(guān)鍵詞：照明節(jié)能；智能控制；單片機(jī)；LED；時(shí)鐘芯片

中圖分類號(hào)：TN915.853；TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2018）08-0040-03

Abstract：Electric energy saving is a common concern of the whole society today，especially in the energy saving of college classrooms，which is mainly about the main factors which are about the success or failure of the economized universities. At present，most colleges and universities do not attach importance to the problems of classroom lighting，such as insufficient illumination in classroom，low lighting efficiency and serious waste of electricity. In view of these practical problems，the design of intelligent classroom lighting energy saving system can avoid many unnecessary waste of electricity，not only provide people with convenient lighting，but also save power resources，and improve the utilization of power resources.

Keywords：lighting energy saving；intelligent control；single chip microcomputer；LED；clock chip

0 引 言

近些年來，隨著我國(guó)教育事業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)教育環(huán)境也越來越重視。由于教室的擴(kuò)建，教室的用電負(fù)荷不斷加大，而教室照明系統(tǒng)的操作和控制方式落后，教室照明用電浪費(fèi)現(xiàn)象較嚴(yán)重，所以提高教室照明系統(tǒng)的智能化和節(jié)能化程度具有重要意義。目前，大部分學(xué)校教室電燈都是手動(dòng)操作，當(dāng)光線不足時(shí)，需要人員手動(dòng)開啟電燈。很多實(shí)際情況是教室人員較少，開啟多個(gè)電燈造成光源浪費(fèi)；常常由于疏忽，在人員離開之后忘記關(guān)燈導(dǎo)致用電浪費(fèi)；在教室自然照明條件良好的情況下也時(shí)有開燈現(xiàn)象，在走廊、衛(wèi)生間等公共區(qū)域，“長(zhǎng)明燈”現(xiàn)象隨處可見，造成了極大的電能浪費(fèi)。減少教室照明用電的浪費(fèi)刻不容緩，一間教室的用電浪費(fèi)可能顯得微不足道，但是日積月累，而且全國(guó)教室眾多，所造成的資源浪費(fèi)不容小覷。因此，本系統(tǒng)用單片機(jī)以及紅外傳感器可達(dá)到對(duì)教室照明系統(tǒng)的改進(jìn)，從而達(dá)到節(jié)約用電的初衷。

1 智能照明節(jié)能系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

該教室智能照明節(jié)能系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)板作為其核心控制模塊，在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上其他外設(shè)功能電路，其外設(shè)功能電路模塊主要含有以下模塊：DS1320時(shí)鐘模塊、LM3392運(yùn)放模塊、LCD1602液晶顯示模塊、紅外接收和紅外發(fā)射模塊、環(huán)境光信號(hào)采集和按鍵模塊，其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)控制核心模塊

本控制系統(tǒng)選用AT89C52為主控處理器。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（ADC0832）首先需要進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后將光敏電阻采集到的光照強(qiáng)度的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給單片機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)與系統(tǒng)預(yù)設(shè)值進(jìn)行判斷；再通過紅外接收和紅外發(fā)射模塊組成的檢測(cè)電路，加上信號(hào)處理電路，從而達(dá)到檢測(cè)是否有人進(jìn)出的目的，并將處理后的數(shù)字信號(hào)傳送至單片機(jī)，單片機(jī)存儲(chǔ)該信息并進(jìn)行判斷。當(dāng)光敏電阻采集的數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)定值和紅外模塊檢測(cè)到人進(jìn)入教室兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，單片機(jī)控制開關(guān)打開教室照明燈。

2.2 時(shí)鐘模塊和液晶顯示模塊

按照智能照明節(jié)能系統(tǒng)的控制要求，在該系統(tǒng)中加入時(shí)鐘模塊以適應(yīng)學(xué)校的現(xiàn)實(shí)需求。當(dāng)教室內(nèi)無人或光照強(qiáng)度大于系統(tǒng)預(yù)設(shè)值時(shí)，教室智能照明系統(tǒng)關(guān)閉，由此達(dá)到節(jié)約能源的目的，所以本系統(tǒng)加入時(shí)鐘模塊來控制系統(tǒng)運(yùn)行，此教室智能照明節(jié)能系統(tǒng)選用的是DS1302時(shí)鐘芯片。為了實(shí)現(xiàn)較好的人機(jī)交互界面，本系統(tǒng)采用1602液晶顯示屏。其時(shí)鐘電路圖以及液晶顯示電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

通過時(shí)鐘芯片輸入引腳與單片機(jī)輸出引腳相連，程序讀取DS1302芯片輸出的同時(shí)，通過顯示電路進(jìn)行顯示，R1、R2、R3具有提高抗干擾能力的作用，12MHZ晶振為單片機(jī)提供振蕩信號(hào)。

2.3 教室光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊

光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊主要對(duì)教室內(nèi)光照強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)，由LM393和一個(gè)光敏電阻組成，通過設(shè)計(jì)電壓比較器來檢測(cè)教學(xué)樓內(nèi)的實(shí)時(shí)光照強(qiáng)度。

LED7和LED6為紅外接收管，LED8和LED9為紅外發(fā)射管，R21和R22為限流保護(hù)發(fā)射管，R12和R13是接收端的上拉電阻，為了能夠得到高電平。紅外傳感器檢測(cè)是否遇到障礙物，如果有東西遮擋時(shí)，比較器輸出低電平，LED指示燈亮；如果沒有東西遮擋，LED指示燈滅。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能照明控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。單片機(jī)最小系統(tǒng)加上電源過后，首先對(duì)其進(jìn)行初始化，然后調(diào)用光電檢測(cè)程序，檢測(cè)是否有人進(jìn)入室內(nèi)。在光照強(qiáng)度小于120時(shí)，教室內(nèi)人數(shù)小于10人時(shí)亮一盞燈，10～20人時(shí)亮兩盞燈，20～30人亮三盞燈，大于30人則四盞燈全亮。如果光照檢測(cè)到的強(qiáng)度大于120的話，無論室內(nèi)有多少人，均不開燈。

3.1 光照檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)

首先對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行初始化，光敏電路轉(zhuǎn)化光照強(qiáng)度為相應(yīng)的電壓值。采集光敏電路模塊檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，然后將采集到的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換之后，將數(shù)字電壓值送到單片機(jī)控制系統(tǒng)。

3.2 LCD顯示子程序設(shè)計(jì)

進(jìn)入LCD顯示子程序之后，首先進(jìn)行LCD的初始化，然后檢測(cè)LCD液晶的忙信號(hào)，如果不忙，接收來自單片機(jī)送來的光照強(qiáng)度，并統(tǒng)計(jì)室內(nèi)人數(shù)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機(jī)對(duì)數(shù)值進(jìn)行處理，在LCD液晶模塊上把信息顯示出來。

3.3 光電發(fā)射接收子程序

單片機(jī)進(jìn)行初始化操作之后，光電開關(guān)開始工作，單片機(jī)通過檢測(cè)光電開關(guān)相連的單片機(jī)管腳電平的高低來判斷是否有人手或者物體遮擋住了光電發(fā)射與接收電路，如果有物體處于光電開關(guān)之間，則光電開關(guān)相連的單片機(jī)管腳輸出低電平，否則輸出高電平。

4 結(jié) 論

當(dāng)前各高校教室用電浪費(fèi)現(xiàn)象日益增加，實(shí)現(xiàn)對(duì)教室照明智能化控制刻不容緩，也與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相契合，因此本設(shè)計(jì)具有廣闊的應(yīng)用前景。本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制系統(tǒng)可實(shí)時(shí)控制教室燈具打開的數(shù)量，可以有效地減少電能的浪費(fèi)，減少發(fā)電排污，保護(hù)環(huán)境，提高資源利用率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李震，李駢臻，鄒紹源，等.基于機(jī)器視覺技術(shù)的教室照明節(jié)能控制系統(tǒng) [J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2012，33（4）：48-52.

[2] 劉瑞妮，梁瑞.基于單片機(jī)的教學(xué)樓智能照明節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2016，12（20）：224-225.

[3] 滕海坤，梁欣欣，蔣翊彬.基于單片機(jī)的校園教室分區(qū)域照明控制系統(tǒng)研究 [J].科技與創(chuàng)新，2017（21）：22-23.

[4] 武交峰，簡(jiǎn)志雄.教室節(jié)能智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2017（2）：7-9.

作者簡(jiǎn)介：李威澤（1997-），男，漢族，江蘇蘇州人，本科。研究方向：電子信息工程。