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綠色校園教室照明控制設(shè)計(jì)分析

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綠色校園教室照明控制設(shè)計(jì)分析

摘要:針對當(dāng)前學(xué)校教室照明控制存在用電浪費(fèi)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(jìn)行實(shí)時(shí)控制,能有效的杜絕學(xué)校用電浪費(fèi),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(shí)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(jì),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(qiáng)時(shí),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(fèi)是可避免的。本設(shè)計(jì)的目的是開發(fā)一個簡單實(shí)用的教室照明智能控制系統(tǒng),實(shí)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(jì)使用單片機(jī)、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(jī)作為主控芯片,光敏傳感器智能識別光強(qiáng)通過LM393電壓比較器處理并將結(jié)果發(fā)送給單片機(jī),人員監(jiān)測模塊識別人員將識別結(jié)果發(fā)送給單片機(jī),單片機(jī)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(qiáng)度不足時(shí)且有人時(shí),繼電器吸合,驅(qū)動負(fù)載,照明燈打開,然后人離開延時(shí)10s繼電器斷開,照明燈關(guān)閉,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期效果。系統(tǒng)主控單元是由STC89C51單片機(jī)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(jì)的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2電源模塊的設(shè)計(jì)

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(jì)所使用的單片機(jī)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(jī)充電器和充電寶等設(shè)備代替。

3光敏模塊電路設(shè)計(jì)

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(qiáng)度。光敏模塊電路圖如圖2所示。檢測到光強(qiáng)變化時(shí)光敏電阻阻值變化與R4電阻進(jìn)行電壓比較,當(dāng)感應(yīng)光線較弱時(shí),經(jīng)電壓比較器1端口輸出低電平給單片機(jī);當(dāng)感應(yīng)光線較強(qiáng)時(shí),經(jīng)電壓比較器1端口輸出高電平給單片機(jī)。 當(dāng)由光敏電阻檢測到的教室的光強(qiáng)度弱時(shí),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(jìn)行比較。(2引腳的電壓由電阻R4確定,代表教室的光強(qiáng)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(jī)的P1.0端口。同時(shí),D1指示燈亮,單片機(jī)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(qiáng)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(shí)人進(jìn)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(shí),有人進(jìn)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(jī)的P1.6引腳,單片機(jī)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(diǎn)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(shí),繼電器吸合,從而驅(qū)動負(fù)載。設(shè)計(jì)中負(fù)載沒有接,當(dāng)繼電器吸合時(shí),表示節(jié)能燈點(diǎn)亮。繼電器不工作時(shí)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(qiáng)度強(qiáng)時(shí),單片機(jī)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(shí)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(shí),單片機(jī)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(shí)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(qiáng)度弱并且人員檢測模塊檢測到人時(shí),單片機(jī)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(shí)二極管D3導(dǎo)通,指示燈亮。

5指示燈模塊設(shè)計(jì)

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(qiáng)度是否滿足教室光照度要求的指示燈,當(dāng)不滿足要求時(shí)指示燈不亮,滿足要求時(shí)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(shí)指示燈不亮,有人存在時(shí)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(shí)指示燈不亮,繼電器工作時(shí)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(jī)構(gòu)成的主控制模塊對照明設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,能有效的杜絕高校用電浪費(fèi),人工控制管理的情況。同時(shí),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(jī)為核心部件的控制系統(tǒng),在硬件的基礎(chǔ)上進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì),利用軟件編程,最終大致實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)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(diǎn),勢必會取代傳統(tǒng)的照明控制。

參考文獻(xiàn)

[1]馬小軍.智能照明控制系統(tǒng)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2009.

[2]陳杰.高校教室智能照明控制系統(tǒng)到研究與設(shè)計(jì)[D].淮安:安徽理工大學(xué),2014.

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

作者:李紅 單位:吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院