淺談高校電力智能節能系統設計方案

周揚玲

（四川中醫藥高等專科學校信息中心 四川 綿陽 621000）

淺談高校電力智能節能系統設計方案

周揚玲

（四川中醫藥高等專科學校信息中心 四川 綿陽 621000）

智能綜合布線系統在現代化的生活中扮演著越來越重要的角色，本文對高校電力智能節能系統設計的概念及特點構成進行了闡述，并對布線系統進行了簡單的論述。

智能化；綜合布線；電力布線

我國是一個人口眾多、資源短缺、環境容量相對有限的國家，隨著我國經濟建設的大力發展以及人口的逐漸遞增，資源短缺已經成為了影響我國經濟發展的首要問題。我國的能源消費總量長期在世界上位于前列。作為資源消費特大型國家，我國又屬于典型的資源供應依賴型國家，資源消費對外部的依賴程度極高。

為了解決資源短缺的問題，國家制定相關政策加大節能市場的市場容量，為節能市場開辟了一個前所未有的大好局面，在未來幾年里，中國節能市場容量將出現幾何倍數的增長。

而相對其他能源，國家電力資源的緊缺與電力資源無法高效利用的更為突出。據統計，中國每年因電能利用效率低下而造成的電力浪費約兩千億千瓦時。

浪費用電是現在屢見不鮮的社會現象，它是隨著人員物質生活和精神生活的富余而逐步產生的一種現象。比如：一個人在家，卻將家里的所以燈全部打開；在學校的教室里，學生離開了教室，教室里一個人都沒有，卻沒有及時關燈，導致燈一直開著。很多人都不知道電力資源的寶貴，更不知道節約用電。導致電力資源大量流失，無法高效的進行利用。

本系統采用圖像識別和傳感器綜合的方式來設計智能電力節能控制解決方案：

主要利用單片機技術、傳感器技術、圖像識別技術等關鍵技術，實現光強判斷、人數檢測和人員分布位置的確定，并使用上位機軟件通過總線對各前端設備的狀態進行分析，從而下達正確的燈光控制指令，進行電力資源的智能控制，以達到節能的目的。

采用光敏電阻檢測光線強弱。圖1是光敏電阻的特性曲線示意圖，其中，fL fH是光敏電阻的工作頻帶，flP是中心頻率；圖2是光敏電阻在中心頻率光照下的電阻值與光強的關系曲線示意圖。

圖1 光敏電阻的特性曲線

圖2 電阻值與光強的關系曲線示意圖

光敏電阻的工作特性為[19]：當入射光強強時，電阻會減小，當入射光強弱時，電阻會增大。隨著光強的不斷增強，電阻值急劇減小，其暗室電阻可達到50MΩ。因此可以根據工作在可見光頻率范圍的光敏電阻，利用其工作特性測出光強信號，即可判斷室內燈光的開啟條件。當自然光強可以滿足室內照明需求時，即使室內有人，也不會開啟燈光；當自然光強無法滿足照明需求時，通過紅外設備檢測室內是否有人，如果室內有人則達到燈光開啟的條件。

檢測室內人員人數的紅外設備由一個紅外發光二極管與一個紅外光敏三極管構成，利用紅外二極管發射紅外光線，利用光敏三極管接收紅外光線，在二極管和三極管之間形成一條檢測線。

人體熱釋電紅外傳感器的優點是本身不發射任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。被動式紅外探頭就是靠探測人體發射的10UM左右的紅外線而進行工作的，對物體的存在進行反應，不管物體是否移動，只要處于感應器掃描范圍內，它都會反應。其缺點是容易受各種熱源，光源的干擾；被動紅外穿透能力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。環境溫度和人體接近時，探測和靈敏度明顯下降。但是在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環境的干擾受到明顯的控制作用。處理后的信號仍然是一個模擬信號，可以直接接入單片機的P1口進行A/D轉換，從而得到熱釋電信號。

若有人進入房間，通過第1路紅外傳感器，被感應到后，紅外接收管輸出信號就由高電平變為低電平信號，此信號經過隔離緩沖送至CPU處理，若有人出房間，第2路紅外傳感器感應到后同樣經過隔離緩沖送至CPU處理。當系統電路統計的人數大于0(即室內有人)。

這個方案減少了安裝的麻煩，通過減小系統的體積，使其只需將探頭安裝在門口處，避免了室內的復雜環境對安裝的影響。處理后的信號仍然是一個模擬信號，可以直接接入單片機的P1口進行A/D轉換，從而得到熱釋電信號。

經過上述過程，完成了對人進入房間的檢測，從而判斷進入房間內人數。如果人員離開房間，上述1號和2號傳感器的檢測順序相反，從而判斷離開房間人數，從而得到房間內人數的統計。

由于室內公共場所的照明設備往往有多個，可安裝視頻監控設備，采集視頻信號，通過圖像識別技術分析采集到的視頻信號，實現室內人數信息和人員分布信息的檢測，并通過相應處理電路，將得到人員信息轉換為TTL電平，通過單片機實現信息檢測和處理，從而判斷開啟燈組數量。根據設定燈光開啟規則，利用可控硅來自動控制照明設備是否開啟，以及開啟和關閉的數量。

系統實現方式

（1）燈光控制

采用MOC3041雙向可控硅輸出型光電耦合器來實現

（2）燈光供電平均電壓的控制

通過單片機PWM信號來進行控制，控制PWM的占空比

（3）燈光定時開啟的控制

通過計算機設置，由計算機讀取系統時間來實現

（4）燈組完好性的檢測

通過對檢測指令的實施情況

（5）綜合光強和控制信息，如果已經發出點亮照明設備的控制信號(假設發送該控制信號的控制器工作狀態良好)，而室內光強并無改變，就可以準確判斷哪一組照明設備出現了故障，并自動給出報修信息。

一臺PC機負責一棟樓的控制和視頻處理，處理的結果通過網絡傳輸到指定定的管理PC，進行信息歸總處理。同時，負責每棟樓管理的PC將每個房間單片機采集的人數信息、光強信息、燈具完好性等信息收集起來，再根據光強信息、人數信息和人員位置信息和其它房間是否正在進行電氣檢修等信息，綜合進行判斷，確定是否開啟、開啟多少、開啟那里的燈光。

系統通過微機串行接口與485總線進行通訊，實現微機與多臺設備的連網，通過這種通訊方式，可通過微機進行多個設備的參數修改與指令控制，實現控制的靈活性和及時性。485總線通信采用RS232C-485通信的低功耗收發器。

系統采用轉換器進行RS-232與RS-485信號的信號轉換，轉換器兼容RS-232、RS-485標準，能夠將單端的RS-232信號轉換為平衡差分的RS-485信號，并可將RS-232通信距離延長到1.2公里。實現了主控計算機與外圍設備的通訊，構建了1點到多點的半雙工通訊網絡，實現了多機應答通訊機制。

本設計從電力節能系統對學校教學用電的影響出發，以節約能源為目的，制定了相應的燈光智能控制策略，設計了以光敏電阻檢測室內自然光光線強弱、以熱釋電紅外傳感器來實現人數檢測、以圖像識別技術實現對人員分布位置的檢測的方案。在設計過程中，使用了以下關鍵技術∶

（1）將圖像信息中的光強信息從RGB空間中分離的空間變換技術，其中包括光線補償（Lighting Compensation）處理和非線性分段色彩變換（Nonlinear Color Transformation）；

（2）將人像從其他圖像中分離的圖像分割處理技術；

（3）將誤檢信號從分離出的人像信息中再分離的圖像后驗技術；

（4）檢測房間人數信息的熱釋電紅外傳感技術；

（5）串口通信技術；

（6）燈光可控硅控制技術；

（7）用于公共場所燈光智能控制的信息融合技術；

（8）高級語言編程技術。

TM921.5;TM923 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）02-0154-02

周揚玲（1979-），女，漢族，四川綿陽人，四川中醫藥高等專科學校信息中心計算機教研室主任，計算機軟件應用碩士研究生，計算機講師，研究方向為計算機軟件應用和計算機網絡。