綠色校園教室照明控制設(shè)計分析

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摘要：針對當(dāng)前學(xué)校教室照明控制存在用電浪費的現(xiàn)狀，結(jié)合我國提倡的節(jié)約型綠色校園的主張。提出利用人員的檢測和光照度的檢測等功能對照明設(shè)備進行實時控制，能有效的杜絕學(xué)校用電浪費，人工控制管理的情況。

關(guān)鍵詞：綠色校園；照明控制；紅外傳感器

黨的十六屆五中全會中提出“要加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”，這一重大戰(zhàn)略決策，建設(shè)節(jié)約型校園是教育系統(tǒng)落實這一戰(zhàn)略決策的重要舉措。2013年2月，教育部了《關(guān)于勤儉節(jié)約辦教育建設(shè)節(jié)約型校園的通知》。據(jù)統(tǒng)計，學(xué)校照明用電占所有總耗電量的40%左右。因此照明節(jié)能控制成為建設(shè)節(jié)約型校園的一個重要內(nèi)容。在國內(nèi)的大多數(shù)高校，師生的節(jié)能意識并不是很高，當(dāng)教室內(nèi)的光線已經(jīng)足夠強時，也沒有關(guān)燈的意向，下課離開教室后還經(jīng)常忘了關(guān)燈，極其缺乏節(jié)能意識。另外，校園教室中的照明控制不能自動控制，要由管理人員手動更換，對比教室的數(shù)量管理人員遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，造成的浪費是可避免的。本設(shè)計的目的是開發(fā)一個簡單實用的教室照明智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)人員監(jiān)控、室內(nèi)照明監(jiān)控和調(diào)節(jié)等基本功能，并盡可能省電和方便管理。

1系統(tǒng)方案

本設(shè)計使用單片機、電壓比較器、紅外傳感器、光敏電阻、繼電器和節(jié)能燈構(gòu)成一款綠色校園照明控制系統(tǒng)。STC89C51單片機作為主控芯片，光敏傳感器智能識別光強通過LM393電壓比較器處理并將結(jié)果發(fā)送給單片機，人員監(jiān)測模塊識別人員將識別結(jié)果發(fā)送給單片機，單片機輸出高低電平控制繼電器，由繼電器控制負(fù)載燈。當(dāng)光線強度不足時且有人時，繼電器吸合，驅(qū)動負(fù)載，照明燈打開，然后人離開延時10s繼電器斷開，照明燈關(guān)閉，實現(xiàn)了預(yù)期效果。系統(tǒng)主控單元是由STC89C51單片機主控模塊所構(gòu)成的，其外圍電路主要包括：電源模塊、控制模塊、人員監(jiān)測模塊、光敏模塊、按鍵模塊、指示燈模塊和照明模塊，設(shè)計的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2電源模塊的設(shè)計

電源是每種電子設(shè)備與系統(tǒng)的原動力，是所有電子設(shè)備工作的必要條件。電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會讓整個電子系統(tǒng)不能正常工作，因而電源性能直接影響到整個電子系統(tǒng)的質(zhì)量。穩(wěn)壓直流電源在大多電路中承擔(dān)輸入電源，直流穩(wěn)壓電源是一種近乎接近理想性能的直流電源。由于本設(shè)計所使用的單片機在低于5V的條件下也可以正常工作，硬件電路電源完全可以使用手機充電器和充電寶等設(shè)備代替。

3光敏模塊電路設(shè)計

本系統(tǒng)將光敏電阻放置在教室的窗口位置，從而檢測光的強度。光敏模塊電路圖如圖2所示。檢測到光強變化時光敏電阻阻值變化與R4電阻進行電壓比較，當(dāng)感應(yīng)光線較弱時，經(jīng)電壓比較器1端口輸出低電平給單片機；當(dāng)感應(yīng)光線較強時，經(jīng)電壓比較器1端口輸出高電平給單片機。 當(dāng)由光敏電阻檢測到的教室的光強度弱時，光敏電阻的電阻增大，并且在由R5組成的串聯(lián)電路中分壓的電壓更高。將獲得的電壓值經(jīng)LM393的2和3引腳的電壓進行比較。（2引腳的電壓由電阻R4確定，代表教室的光強度要求），然后LM393電壓比較器輸出引腳1引腳輸出低電平到單片機的P1.0端口。同時，D1指示燈亮，單片機驅(qū)動繼電器工作，節(jié)能燈打開。

4人員監(jiān)測模塊

人是體溫恒定動物，人的體溫一般為37℃左右，因此它們會發(fā)出特定波長約為10μM的紅外線。被動紅外探頭通過檢測大約10μM的紅外線來工作。菲泥爾濾光增強了人體發(fā)出的約10μM紅外光，并收集在紅外傳感源上。紅外傳感源使用熱電元件，其檢測人體的紅外輻射溫度的變化。失去電荷平衡，向外放電，后續(xù)電路可以處理產(chǎn)生相應(yīng)的電信號，全自動感應(yīng)，此時人進入檢測范圍并輸出高電平。人員監(jiān)測模塊電路原理圖如圖3所示。在教室內(nèi)光線較弱時，有人進入教室，在相應(yīng)位置上紅外熱釋電探頭會感應(yīng)到有人，經(jīng)由人體傳感器HP-208的2引腳輸出高電平給單片機的P1.6引腳，單片機處理之后將信號由P3.4引腳輸出低電平給繼電器模塊，繼電器驅(qū)動負(fù)載，使節(jié)能燈點亮。本系統(tǒng)采用的是JQC-3FF-S-Z型繼電器，繼電器驅(qū)動電路如圖4所示。這里使用相應(yīng)的PNP型號的三極管來控制繼電器的導(dǎo)通與斷開。三極管接收低電平時，繼電器吸合，從而驅(qū)動負(fù)載。設(shè)計中負(fù)載沒有接，當(dāng)繼電器吸合時，表示節(jié)能燈點亮。繼電器不工作時一直處于斷開狀態(tài)，當(dāng)光敏模塊檢測到教室內(nèi)的光強度強時，單片機的P3.4口高電平，三極管Q1截止，繼電器線圈不通電，開關(guān)不動作，一直處于斷開狀態(tài)，節(jié)能燈不亮，同時二極管D3不導(dǎo)通，指示燈不亮。當(dāng)人員檢測模塊檢測到教室內(nèi)沒人時，單片機的P3.4口高電平，三極管Q1截止，繼電器線圈不通電，開關(guān)不動作，一直處于斷開狀態(tài)，節(jié)能燈不亮，同時二極管D3不導(dǎo)通，指示燈不亮。當(dāng)光敏模塊檢測到教室內(nèi)的光強度弱并且人員檢測模塊檢測到人時，單片機的P3.4口低電平，三極管Q1導(dǎo)通，繼電器線圈通電，開關(guān)動作，一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，節(jié)能燈亮，同時二極管D3導(dǎo)通，指示燈亮。

5指示燈模塊設(shè)計

指示燈模塊是人員檢測模塊、光敏模塊和繼電器各自連接一個LED燈。反應(yīng)三者的狀態(tài)。

5.1光敏模塊指示燈電路

光敏模塊指示燈電路是用來顯示教室的光強度是否滿足教室光照度要求的指示燈，當(dāng)不滿足要求時指示燈不亮，滿足要求時指示燈亮

5.2人員檢測模塊指示燈電路

人員檢測模塊指示燈電路是用來顯示教室是否有人存在的指示燈，沒人存在時指示燈不亮，有人存在時指示燈亮。

5.3繼電器模塊指示電路

繼電器模塊指示電路是用來顯示繼電器是否工作的指示燈，當(dāng)繼電器不工作時指示燈不亮，繼電器工作時指示燈亮。

6結(jié)論

本系統(tǒng)利用人員的檢測和光照度的檢測等功能以及主要由STC89C51單片機構(gòu)成的主控制模塊對照明設(shè)備進行實時控制，能有效的杜絕高校用電浪費，人工控制管理的情況。同時，本系統(tǒng)在特殊情況下也設(shè)置了人工手動開關(guān)燈的功能，使系統(tǒng)更人性化。本系統(tǒng)以單片機為核心部件的控制系統(tǒng)，在硬件的基礎(chǔ)上進行了軟件設(shè)計，利用軟件編程，最終大致實現(xiàn)了設(shè)計想到達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)，滿足了系統(tǒng)的要求。這種自動照明控制系統(tǒng)符合現(xiàn)代智能化的發(fā)展潮流，具有節(jié)約能源、延長照明設(shè)備使用壽命和管理便捷化等優(yōu)點，勢必會取代傳統(tǒng)的照明控制。

參考文獻(xiàn)

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[3]姜濤，王浩.高校教室節(jié)能照明改造與設(shè)計[J].照明工程學(xué)報，2014，25（5）：40-45.

作者：李紅 單位：吉林建筑大學(xué)電氣與計算機學(xué)院