自動(dòng)控制系統(tǒng)在教室光源設(shè)計(jì)與應(yīng)用

大連經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)中等職業(yè)技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)校 董升忠

教室光源進(jìn)行合理控制是非常重要的，通過(guò)對(duì)教室光源的控制可以避免不必要的用電浪費(fèi)，從根本上響應(yīng)節(jié)能減排的國(guó)家政策，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。因此，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)去控制教室光源是非常有必要的，不僅方便了教室光源的控制，還能實(shí)現(xiàn)教室使用光源的自動(dòng)化，避免因?yàn)橥涥P(guān)燈斷電等情況造成的用電浪費(fèi)。

現(xiàn)如今科學(xué)技術(shù)有著飛速的發(fā)展，社會(huì)進(jìn)步的同時(shí)也意味著資源消耗的增大，導(dǎo)致全球面臨資源匱乏的危機(jī)，其中由于我國(guó)人口眾多，資源消耗更加嚴(yán)重。在我國(guó)資源的消耗當(dāng)中，其中電能的浪費(fèi)情況更加明顯，如今隨著各種學(xué)校的擴(kuò)建，學(xué)校的用電負(fù)荷在逐漸增大，加上學(xué)校對(duì)于教室用電并沒(méi)有很好地管控，這就導(dǎo)致學(xué)校的用電量越來(lái)越大，出現(xiàn)電能鋪張浪費(fèi)的惡劣情況。那么，優(yōu)化學(xué)校教室的用電情況，提高學(xué)校的用電效率就成為了節(jié)約用電的主要方式。

1 整體設(shè)計(jì)架構(gòu)

為了節(jié)約學(xué)校教室用電，提高學(xué)校的用電效率，就需要設(shè)計(jì)一種可以自動(dòng)控制教室光源的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以叫做教室光源控制器。教室光源控制器可以對(duì)教室的燈光進(jìn)行自動(dòng)化的智能控制，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地控制電源，避免出現(xiàn)無(wú)人使用卻浪費(fèi)光源的情況。這種教室光源控制器整體設(shè)計(jì)理念是通過(guò)對(duì)外界環(huán)境的光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)，如果光的強(qiáng)度達(dá)到一定程度的時(shí)候，達(dá)到了設(shè)定的數(shù)值時(shí)就會(huì)進(jìn)行斷電和關(guān)閉教室光源。只有當(dāng)外界環(huán)境的光的強(qiáng)度比較低，并且感應(yīng)到教室有人的情況下，才會(huì)通電并且打開(kāi)教室光源，通過(guò)這種設(shè)計(jì)和原理來(lái)對(duì)教室光源進(jìn)行自動(dòng)化控制。教室光源控制器安裝的位置要盡量避免電燈直射，否則就可能影響到對(duì)外界光的強(qiáng)度的正確判斷，同時(shí)對(duì)于人體傳感器的放置位置也要盡可能保持和人體活動(dòng)方向的垂直性，這樣更容易去采集到人體是否存在的信息，保證靈敏度和準(zhǔn)確性，一定要避免外界的其他因素類(lèi)似于風(fēng)或者其他物質(zhì)對(duì)人體傳感器進(jìn)行影響，避免人體傳感器因?yàn)楦袘?yīng)到其他物質(zhì)而產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。教室光源控制器的設(shè)計(jì)主要把兩大因素作為輸入?yún)?shù)，分別是外界的自然光強(qiáng)度和人體是否存在，對(duì)這兩大因素的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行采集，就能對(duì)教室光源進(jìn)行自動(dòng)化控制。如果外界自然光強(qiáng)度比較高，不論是否有人存在，都選擇關(guān)閉光源；如果外界自然光強(qiáng)度比較低，同時(shí)感應(yīng)到有人存在并且待了較長(zhǎng)的時(shí)間，這時(shí)候就打開(kāi)光源，直到感應(yīng)到人離開(kāi)以后，延遲幾分鐘之后對(duì)光源進(jìn)行關(guān)閉。除了這兩大標(biāo)準(zhǔn)作為判斷以外，還有一個(gè)重要的因素就是根據(jù)時(shí)間，如果夜晚超過(guò)12點(diǎn)以后教室仍有學(xué)生在復(fù)習(xí)，那么控制系統(tǒng)可以關(guān)閉自動(dòng)化，改為人為去控制教室光源，避免因?yàn)橄到y(tǒng)默認(rèn)夜晚無(wú)人導(dǎo)致判斷誤差，關(guān)閉光源而影響學(xué)生在教室學(xué)習(xí)。

2 軟件設(shè)計(jì)

教室光源的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要分為軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)這兩方面的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)才能構(gòu)成一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)功能的完整系統(tǒng)。光源自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件模塊主要包括三個(gè)方面，分別是監(jiān)控主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示驅(qū)動(dòng)模塊。

2.1 監(jiān)控主程序模塊

監(jiān)控主程序模塊是系統(tǒng)軟件的主要模塊，它主要是通過(guò)主程序?qū)ψ映绦蜻M(jìn)行調(diào)用，因?yàn)楸旧硐到y(tǒng)資源是受限制的，所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)限調(diào)用，只能通過(guò)主程序來(lái)反復(fù)調(diào)用子程序，才能實(shí)現(xiàn)一個(gè)無(wú)限循環(huán)的過(guò)程，才能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。子程序分為兩個(gè)部分，分別是中斷和功能兩個(gè)方面，這兩個(gè)之間可以進(jìn)行相互合作和使用，同時(shí)可以進(jìn)行互相調(diào)用，方便系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候，要盡可能把功能模塊設(shè)計(jì)成子程序，這樣方便主程序去對(duì)各個(gè)功能進(jìn)行合理調(diào)用，通過(guò)調(diào)用子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)際的操作和功能使用。

2.2 數(shù)據(jù)采集模塊

自動(dòng)控制教室光源系統(tǒng)主要采集的數(shù)據(jù)對(duì)象就是外界環(huán)境的光的強(qiáng)度信號(hào)和人體是否存在的信號(hào)，系統(tǒng)主要對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。利用人體存在傳感器去進(jìn)行人體是否存在的采集，其優(yōu)勢(shì)是在于此傳感器不存在任何輻射，而且消耗功能比較低，不僅價(jià)格便宜而且利于隱蔽。但是它的缺點(diǎn)也比較多，非常容易被干擾，經(jīng)常因?yàn)楦鞣N外界因素被干擾，從而影響數(shù)據(jù)的收集和對(duì)實(shí)際情況造成判斷誤差；自身的紅外線(xiàn)穿透力低，經(jīng)常會(huì)因?yàn)槿梭w的紅外輻射被遮擋而無(wú)法對(duì)人是否存在進(jìn)行判斷；如果出現(xiàn)環(huán)境和人體溫度比較接近的時(shí)候，采集數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致判斷容易出現(xiàn)誤差，靈感度和準(zhǔn)確度都會(huì)下降。因此，在利用自動(dòng)控制教室光源系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集的時(shí)候，一定要規(guī)避掉這些問(wèn)題，可以給人體存在傳感器加上抗干擾功能，避免因?yàn)橥饨缬绊懚霈F(xiàn)誤差。①將傳感器安裝在規(guī)定高度上，防止地上的外界生物，例如小動(dòng)物等影響到傳感器探測(cè)；②加裝抗電磁波干擾，防止手機(jī)信號(hào)對(duì)傳感器信號(hào)影響；③防止燈光進(jìn)行照射和干擾，在傳感器正常采集信息范圍內(nèi)不對(duì)燈光采取信息采集和信號(hào)接收。

2.3 顯示驅(qū)動(dòng)模塊

對(duì)于自動(dòng)控制教室光源系統(tǒng)而言，要想實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，最關(guān)鍵的模塊就是顯示驅(qū)動(dòng)模塊，只有系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信息都顯示出來(lái)，我們才能了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況，才知道要怎么進(jìn)行操作和使用。自動(dòng)控制教室光源系統(tǒng)的顯示模塊不僅顯示清晰，而且成本價(jià)格低，使用起來(lái)簡(jiǎn)單明了，方便平時(shí)進(jìn)行操作。

3 硬件設(shè)計(jì)

教室光源的自動(dòng)控制系統(tǒng)除了軟件以外，還有硬件的組成，對(duì)于硬件的設(shè)計(jì)是非常重要的，這對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都是不可缺失的部分，教室光源自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件模塊主要包括環(huán)境光模塊、系統(tǒng)時(shí)鐘模塊和報(bào)警模塊。

3.1 環(huán)境光模塊

教室光源的自動(dòng)控制系統(tǒng)的環(huán)境光模塊主要通過(guò)光電傳感器來(lái)對(duì)環(huán)境光進(jìn)行采集，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境光對(duì)電量的轉(zhuǎn)換，也就是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電信號(hào)，這樣就能通過(guò)對(duì)電流大小而去判斷光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱，通過(guò)電信號(hào)來(lái)確定光照強(qiáng)度的實(shí)際情況，從而對(duì)外界自然光照強(qiáng)度進(jìn)行合理判斷，此模塊的光電傳感器本身靈敏度就比較高，反應(yīng)速度非?？欤褂盟梢员ＷC采集到的光照強(qiáng)度信息的精準(zhǔn)性。

3.2 系統(tǒng)時(shí)鐘模塊

根據(jù)教室光源的實(shí)際使用情況，為了避免用電的浪費(fèi)，是需要設(shè)置一個(gè)時(shí)鐘系統(tǒng)來(lái)對(duì)教室光源的使用進(jìn)行控制和監(jiān)督的，這個(gè)時(shí)鐘系統(tǒng)主要是依托在學(xué)生的作息時(shí)間基礎(chǔ)上而設(shè)計(jì)的。例如在學(xué)生下過(guò)晚自習(xí)之后的晚間時(shí)間或者學(xué)生休息日的情況下，對(duì)于教室光源就要進(jìn)行關(guān)閉。這種系統(tǒng)時(shí)鐘模塊主要就是對(duì)教室無(wú)人的時(shí)候?qū)庠醋龊脵z測(cè)和控制，避免出現(xiàn)學(xué)校教室無(wú)人使用的時(shí)候，可是燈光還是照常打開(kāi)的情況發(fā)生，這樣對(duì)電能來(lái)說(shuō)不僅鋪張浪費(fèi)，還導(dǎo)致教室光源沒(méi)有得到有效使用，使得教室用電被白白浪費(fèi)掉。因此，系統(tǒng)時(shí)鐘模塊的存在是非常有必要的，它是節(jié)約能源的關(guān)鍵所在，是教室光源自動(dòng)控制系統(tǒng)的智能化體現(xiàn)。

3.3 報(bào)警模塊

報(bào)警模塊的存在主要是針對(duì)特殊情況去設(shè)置的，避免在使用教室光源自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)候出現(xiàn)意外。由于有些時(shí)候是必須要把自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)整為手動(dòng)控制的，一旦變成人為控制的時(shí)候就可能會(huì)出現(xiàn)意外情況，畢竟人并不想機(jī)器一樣那么嚴(yán)謹(jǐn)，是會(huì)出現(xiàn)粗心和疏漏的情況的。由于學(xué)生或者學(xué)校管理人員的不注意，導(dǎo)致出現(xiàn)了疏忽，就可能會(huì)出現(xiàn)教室沒(méi)有人但是燈卻還在開(kāi)著的情況，就會(huì)導(dǎo)致電能被持續(xù)浪費(fèi)，所以利用本系統(tǒng)設(shè)置了報(bào)警模塊，可以通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)來(lái)告訴管理人員還存在教室沒(méi)有關(guān)閉電源。同時(shí)，如果學(xué)生對(duì)教師內(nèi)的光源使用時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致負(fù)荷比較大的時(shí)候，報(bào)警系統(tǒng)也會(huì)觸發(fā)，它主要是來(lái)提醒學(xué)生不要長(zhǎng)時(shí)間在教室進(jìn)行復(fù)習(xí)，要注意身體，懂得勞逸結(jié)合，避免學(xué)生因?yàn)閴毫^(guò)大而透支身體進(jìn)行學(xué)習(xí)的情況發(fā)生。

教室光源的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要是通過(guò)采集外界環(huán)境的光的強(qiáng)度和人體是否存在這兩方面的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制教室光源的效果，這種系統(tǒng)比單一通過(guò)管理人員來(lái)對(duì)教室光源進(jìn)行管理更加方便和合理，它不僅節(jié)省了管理教室光源的人力成本，還保證管理教室光源的精準(zhǔn)性和方便性，可以隨時(shí)對(duì)教室光源做到靈活控制，避免學(xué)校電能的鋪張浪費(fèi)，更加節(jié)省了相關(guān)的費(fèi)用，提高了教室光源的有效使用率。這種自動(dòng)控制教室光源的系統(tǒng)不僅對(duì)于教室光源的管理工作實(shí)現(xiàn)了巨大突破，還促進(jìn)了學(xué)生的身心健康發(fā)展，可以對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間進(jìn)行合理安排和管控，促進(jìn)了學(xué)生的高效學(xué)習(xí)效率，適用于各個(gè)學(xué)校教室的光源管理，對(duì)教室光源控制和管理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化有著重要的意義，促進(jìn)了學(xué)校各項(xiàng)設(shè)施的改善和發(fā)展。