教室智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計

崔瑾娟

（山西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西省長治市 046000）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對傳統(tǒng)樓宇控制系統(tǒng)中的照明燈具節(jié)能和科學(xué)管理提出更高要求，其智能化控制最為重要。針對大學(xué)教室照明燈具選擇合理的照明方案，配置先進(jìn)的控制系統(tǒng)，則體現(xiàn)出節(jié)約能源，降低學(xué)校運行費用，提高學(xué)校的科學(xué)管理水準(zhǔn)，具有極大的經(jīng)濟意義和社會效益。目前全國高校中對教室照明多數(shù)采用粗放式管理，即為由樓管人員在規(guī)定的時間內(nèi)對每間教室進(jìn)行檢查，然后進(jìn)行拉閘供電或者斷電。這種粗放式人為管理方式極易造成電能浪費，著眼于整個學(xué)校的大局和全社會能源短缺的大環(huán)境，高校教學(xué)樓照明燈的智能化管理改革勢在必行。

1 教室智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計思路

教室智能照明控制系統(tǒng)是依據(jù)教室的光照強度和人體存在的位置對教室的燈具進(jìn)行控制。這里選用單片機為核心器件對環(huán)境光的信號和人體位置信號進(jìn)行檢測并做出相應(yīng)處理，然后據(jù)此控制教室的燈具開與閉。具體控制分兩種情況：一是教室上課用時，對人體位置不必檢測，只檢測教室的光照強度。若教室的光照強度可以滿足學(xué)習(xí)的要求，不開教室的燈；教室的光照強度不滿足學(xué)習(xí)的要求時，開教室內(nèi)的所有燈。二是教室自習(xí)時，對教室的光照強度和人體位置都要進(jìn)行檢測。若教室的光照強度不滿足學(xué)習(xí)的要求且有人體存在于相應(yīng)的位置時，打開相應(yīng)位置的燈；若教室的光照強度不滿足學(xué)習(xí)的要求但此位置沒有人體存在時，熄滅相應(yīng)位置的燈；若教室的光照強度滿足學(xué)習(xí)要求且教室沒有人體存在，熄滅教室所有燈具。在對人體位置檢測時要進(jìn)行一定的延時后再對人體的位置進(jìn)行重新判斷，以免人體暫留所帶來的誤動作。由于考慮到人性化的管理，在學(xué)校規(guī)定熄燈時間后進(jìn)行一次報警提示，提示后延時足夠長的時間熄滅教室的所有燈具。為了使系統(tǒng)可靠運行，能夠完成所要實現(xiàn)的功能，在設(shè)計時還對單片機進(jìn)行了相應(yīng)外圍電路的設(shè)計。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

根據(jù)教室智能照明控制系統(tǒng)的性能要求，設(shè)計中選用了AT89S51 單片機為控制系統(tǒng)的核心器件。系統(tǒng)硬件如圖1 所示，有系統(tǒng)主控模塊、環(huán)境光檢測電路、人體檢測電路、電源電路、看門狗電路、I/O 擴展電路、時鐘電路等組成。系統(tǒng)硬件電路是滿足教室智能照明控制系統(tǒng)性能的重要因素。教室智能照明控制系統(tǒng)硬件設(shè)計應(yīng)本著簡單、容易實施、節(jié)約單片機的資源、低成本等為原則。

2.1 人體檢測模塊

圖1：基本結(jié)構(gòu)框圖

因系統(tǒng)設(shè)計考慮到成本問題，和人體與一般物體的區(qū)別以及教室場合人體檢測精度不高，本次設(shè)計采取熱釋紅外探測傳感器。熱釋紅外探測原理是人體表面溫度與周圍環(huán)境溫度存在差別，在人體移動時，這種差別產(chǎn)生的變化可以通過紅外敏感元件來檢測到，從而觸發(fā)報警。此外，為了防止誤報，被動紅外探測器通過菲涅爾透鏡將探測覆蓋范圍分成一定數(shù)量的探測區(qū)，當(dāng)溫度變化在兩個區(qū)之間產(chǎn)生時，探測器電路就觸發(fā)一個信號脈沖，探測器根據(jù)信號脈沖觸發(fā)警報，然后輸出。其工作在室溫條件下，信噪比很高，檢測靈敏度很高，而且與輻射波長無關(guān)，可探測功率只受背景輻射的限制。而且熱釋電器件響應(yīng)也很快，應(yīng)用又方便。

2.2 環(huán)境光檢測模塊

本設(shè)計選取光敏電阻器，其電阻值能隨著外界光照強弱(明暗)的變化而變化。它在無光照射時，呈高阻狀態(tài)；當(dāng)有光照射時，其電阻值迅速減小。圖2 中運算放大器的供電位+12V ～-12V，電路供電為5V。當(dāng)教室的光照比較強時，光敏電阻R32 阻值將急劇減小。此時由運算放大器組成的比較電路將輸出一個高電平信號，經(jīng)過R35、RV4、R37 電阻的嵌位，可以直接傳送給單片機。當(dāng)教室的光照強度比較弱時，光敏電阻的阻值會很大，比較器將輸出一個低電平信號，同樣經(jīng)過R35、RV4、R37 電阻的嵌位，就可以直接傳送給單片機。

3 軟件設(shè)計

圖2：光敏電阻檢測電路

根據(jù)教室智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)定功能，將軟件劃分為若干個功能相對獨立的模塊，主要有環(huán)境光采集模塊、人體存在采集模塊和時鐘模塊等。模塊化設(shè)計的優(yōu)點是，每一個模塊都相對獨立，故能獨立地進(jìn)行設(shè)計和修改，從而使復(fù)雜的工作得以簡化。模塊之間的相互獨立也有助于設(shè)計任務(wù)簡單化，這樣可提高工作效率。軟件各個模塊的設(shè)置完成之后，還需要將它們按一定的方法連接起來，才能構(gòu)成完整的軟件流程，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和輸出等各種功能。軟件模塊的連接，一般是通過調(diào)用各種功能模塊，或采用中斷的方法實時地執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)模塊來實現(xiàn)，并且按功能層次繼續(xù)調(diào)用下一級模塊。模塊之間的聯(lián)系是由數(shù)據(jù)接口（數(shù)據(jù)緩沖器和標(biāo)志狀態(tài)）來完成的。

其C 語言如下：

4 結(jié)束語

教室照明智能控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的照明方式比較具有運行可靠穩(wěn)定、使用方便、雖一次費用較高，但運行維護費用低、操作安全、安裝簡單、維護方便、功能豐富、優(yōu)異的可擴展性、便于系統(tǒng)集成等一系列優(yōu)點。最大程度上減少資源浪費提高資源利用率，可用于各種各樣的學(xué)校商場等室內(nèi)場所的照明智能控制。同時本系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)較為簡單并且工作十分穩(wěn)定可靠，同時成本較低。