大型商場照明供電節能系統

陳楊　張玉婷　閆哲　張春光

摘要：隨著現代經濟的日益發展，節能減排已經成為一個不可忽視的社會問題。而大中型百貨商場作為公共建筑中的一種，其建筑面積大的特點導致照明用電的消耗也隨之增加。本文介紹了一種利用商場固有特點控制供電的裝置，即利用商場內聲音強度及自然光強弱兩個維度進行判斷分析進而控制供電輸出，以完成節能減排的目的。本設計以成本低廉，性能穩定，功耗低，安全可靠為出發點對系統進行了合理設計，并通過實際實驗驗證了系統的可行性。

關鍵詞：照明系統；節能減排；聲光信號

中圖分類號：TM923 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）09-0178-01

1 前言

大型百貨商場作為公共建筑中的一種，由于建筑面積大，各種照明、電器密度很高。大型商場一般每天運行12個小時以上、全年基本沒有節假日，因此大型百貨商場的節能減排是有必要的。本文針對大型百貨商場的照明供電進行節能設計，利用自然光強弱情況和聲音大小兩個自然因素控制商場照明系統，達到節能的需求。

2 系統總體設計

2.1 結構分析

本系統主要設計方案分成六個部分，分別為傳感器模塊、電信號調理電路模塊、核心控制MCU模塊、控制電路、顯示屏模塊及獨立按鍵輸入模塊。其中，由傳感器模塊將光信號、聲信號轉換成電信號，經過調理電路轉換成相對可讀的電信號。再由MCU通過AD轉換讀取這些電信號進行相應處理后輸出相對應的控制信號，通過外部控制電路完成對供電電源的控制目的。同時，MCU可通過顯示屏實時顯示各參數值，用戶也可根據現實具體情況通過預留的獨立按鍵手動控制系統。

2.2 各模塊功能介紹

2.2.1 信號采集部分

信號采集包括聲信號采集和光信號采集，即利用傳感器將聲信號和光信號轉換成電信號；聲信號采集使用駐極體話筒將聲信號轉換成電信號；光信號采集使用光敏電阻。

2.2.2 電信號調理電路

由駐極體話筒產生的電信號強度較小，本設計使用LM358運放組成的放大電路放大200倍。實際測量中，本設計供電電壓為5V，此處輸出電壓范圍為0V-3.3V；由光敏電阻產生的電信號幅值較大，實際中輸出電壓范圍為0.5V-4.5V，可直接采樣無需調理電路。

2.2.3 核心控制MCU模塊

本設計使用STC12C5A60S2單片機作為主控芯片。它內部集成了2路PWM硬件輸出模塊，可做為控制信號輸出，另有自帶內部8路高速10位A/D轉換模塊，可令系統省去傳統的外部AD采樣模塊，降低電路復雜程度，提高系統穩定性，同時節約了成本。以上特點均完美符合設計要求，因此選用MCU-STC12C5A60S2作為本系統的核心控制單元。

2.2.4 控制電路

STC12C5A60S2單片機自帶的兩路PWM輸出信號通過晶閘管或繼電器以控制供電電路輸出，完成全部控制系統。

2.2.5 顯示及按鍵模塊

顯示部分使用LCD1602模塊，主要用于顯示當前聲信號強度和光照強度。按鍵模塊則用于手動控制與自動控制的切換。

3 系統軟件設計

3.1 AD采樣程序

STC12C5A60S2單片機自帶的ADC轉換口在P1口，其中P1.3、P1.4作為控制信號輸出，P1.0作為光信號采樣口，P1.1、P1.2、P1.5、P1.6、P1.7作為各監測點聲信號采樣口。

3.2 信號處理程序

利用定時器將ADC采樣所得的聲信號電壓值每0.05s保存一次，每記滿20次取一次平均值作為當前聲音的對應電壓，經過與分貝記對比得到電壓與分貝間的線性關系。再根據具體應用環境在程序中設置一個音量閥值，通過采集到的數據和該閥值比較得出聲音強弱，得出相應的控制信號；利用硬件特點用百分比表示光照強度。將采樣值除以基準電壓5V，得到采樣值與基準電壓的比值作為光照強度，處理方法與聲信號相同。

3.3 輸出信號程序

STC12C5A60S2單片機有內部集成的可編程計數器陣列。通過改變寄存器CCAP0L、CCAP0H的值可輸出相應占空比的PWM波。

參考文獻

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