基于單片機的教室照明節能控制系統

【摘 要】教室的照明系統是教室能源消耗的主要形式。國家提倡節約型社會建設，節能減排已經擺在學校后勤部門的面前，教室的照明能耗的降低，減少不必要的能源浪費勢在必行，照明節能的智能控制最優的選擇就是單片機，利用傳感器接受收集信號，反饋給單片機，再由它發出指令控制照明系統的開關，有效的解決了教室照明節能的系統控制。

【關鍵詞】單片機；照明；節能控制；傳感器

0.引言

隨著社會的發展，人們對能源的消耗越來越大，能源的缺口也越發增加，節約型社會建設成為大家的共識，可持續發展是我們轉變發現模式的終極目標，綠色能源號角已經吹起。學校是一個人口密集的公共場所，能源消耗大，轉變傳統的能源使用方式，有效地降低能源浪費，是擺在學校物業管理人員面前的一個重要課題，教室的照明是一個主要的能源消耗方式，沒人的時候自動關閉，白天光線好的時候不必開啟，人少且集中在一塊的時候局部開啟等等這種智能的教室照明節能控制系統主要依靠的是單片機作為核心。

1.單片機設計的基本方案[1]

教室照明節能控制系統的基本設計方案是：軟件的成本遠遠低于購買各種硬件，在可能的情況下，多設計軟控制，少設計硬控制，將有效降低該控制系統的運行使用成本。各個設計模塊接收中斷信息和調取各段分指令程序來實現各種任務。

首先，陽光光線較好的白天里，傳感裝置中的光敏傳感器密切關注陽光的強度，遇到陰雨天是，光敏傳感器將發出光線不好的信號數據，反饋為單片機，單片機調取預想設計好的程序，加以執行，控制教室里的照明電源開啟。

其次，白天晚上的區分依靠的是單片機中的時鐘模塊，到了晚上6點鐘單片機中的始終模塊調取程序，發出指令定時開啟教室中的照明電源，到了10點晚自習結束的時候，時鐘模塊定時發出指令關閉教室中的照明電源，時鐘模塊設計時考慮的不光是自動控制開關，還要給人工操作留好系統后門，因為晚自習的時間是隨著學期的不同而變化的，夏季天黑的晚，冬季天黑的早，晴天天黑的晚，陰雨天天黑的早這些也是要考慮在時鐘模塊的設計之中的。

最后，正常模式時先檢測是否光照度能滿足學習的條件， 白天當光照度低于學習條件時開啟照明燈，到晚上時利用門口的激光管來檢測進入教室的人數，來判斷需要開的照明燈的盞數。低功耗模式時，則需要通過外部中斷來喚醒微控制器，從而使單片機啟動并開始工作，進入讀取檢測循環。[1]

2.硬件設計組成[2]

教室照明節能控制的單片機系統設計主要包括單片機本身、傳感器部分、顯示和模擬燈部分，傳感器部分是監測室內光線和室內人員多少的前端，傳感器將監測的數據信號傳輸給單片機的控制部分，控制部分對數據進行分析處理，發出指令控制教室照明電路的開關，并顯示執行結果，設計的重難點在于傳感器的精確程度。

（1）傳感裝置的設計，該系統的傳感裝置包括發射信號的裝置和接受信號裝置，激光傳感器掃描進出教室的人員數量，從而判斷教室里人員多少的傳感裝置，這種激光傳感器發射裝置是一塊時基集成電路NE555為主構成，電位器用于調整紅外線遙控發射器的振蕩頻率和信號的占空比，用NE555定時器連接2個占空比可調電路，通過兩個NE555分別產生一個38kHz的紅外線發射電路和100左右的調制電路。[2]該電路用電位器代替其中的一個電阻，改變電位器來實現感應的程度；接受信號裝置監測到物體擋住了激光束，便發出信號，再計數，有效提高計數的精度和準確度。

（2）單片機和有關電路設計，系統中采用STC—AT89C52RD單片機作為控制模塊，采用741s248譯碼器與數碼管作為顯示單元。控制任務由軟件程序實現，為了加強可操作性，適應在不同大小的場合的相應情況，以及應對意外情況的需求，系統設置了兩個按鍵為系統預設，人為控制提供必要的輸入選擇，同時增加系統的靈活性，系統的工作流程描述如下：當有人進入教室，兩個傳感器接收頭通過檢測障礙物的先后順序給出電平，單片機執行判斷程序，實現人數累加，當有人出教室，單片機執行判斷程序，并實現人數遞減，兩個按鍵可實現對環境人數，亮燈設置的預設，單片機根據教室人數的多少，控制點亮燈的個數。數碼管單元用于顯示教室人數。[2]

3.軟件設計

教室照明節能控制系統的軟件部分的設計分為系統監控主程序、數據采集、時鐘、顯示驅動及手動按鍵五大模塊。[3]其中監控主程序是調用子程序，一個主程序可以調用多個子程序，對于單片機，系統資源有限，主程序通常是一個無限循環的過程，即是一個反復調用子程序的過程，子程序主要分為中斷子程序和功能子程序，它們之間可以互相嵌套和調用，即中斷子程序可以調用功能子程序，在應用軟件的設計中，盡可能各個功能模塊寫成子程序的形式，并通過主程序調用，監控主程序是整個控制系統的核心部分，其它外圍模塊一般都需制系統中的作用，本系統監控主程序模塊主要包括對系統外圍器件輸入，輸出參數的初始化自檢，多任務操作模塊的調用，實時中斷處理等，系統自檢初始化是保證整個控制系統能夠正常運行的重要條件，系統加電復位后，直接進入自檢初始化程序，完成系統的自檢及初始化，各接口芯片的檢測主要檢測各芯片是否已處于準備工作的就緒狀態，有無硬件故障等。[4]

4.結語

隨著社會進一步的發展，能源消耗的不斷增加，節能減排已經迫在眉睫，學校的能源浪費也是十分明顯。[5]當前學校后勤部門的主要工作抓好能源節約，減低電力損耗，教室的照明能源浪費在后勤部門眼里是十分突出的，照明電路的節能控制尤為必要，以單片機控制系統的教室減能照明設計很好的解決了這個問題，但是設計過程中，還存在一些智能化程度不高、人機對話程度不高、傳感器的精明程度不高的問題，有待進一步設計完善。 [科]

【參考文獻】

[1]王軍敏，衛亞博.基于AT89S51和RE200B的教室照明節能控制系統設計[J].平頂山學院學報，2013，02：36-38.

[2]張云莉，周曉平，朱雙霞.基于單片機的教室節能控制系統設計研究[J].制造業自動化，2012，04：103-105.

[3]李震，李駢臻，鄒紹源，顏旭，洪添勝.基于機器視覺技術的教室照明節能控制系統[J].計算機工程與設計，2012，04：1648-1652.

[4]馬鐵信.基于單片機的教室照明節能控制系統[J].甘肅科技，2009，03：22-23.

[5]程春.大學教室智能照明控制器及其系統的研究與開發[D].北京化工大學，2010.