光感與紅外感應結合的“人走燈滅”開關設計與研究

歐紅娟，李貞貞，楊關獎，方聲蓉

（西安石油大學 機械工程學院，陜西 西安 710065）

0 引 言

目前，高校電力資源的浪費情況相當嚴重，主要體現在教室照明用電。單個40 W日光燈，一個小時的節電量約為0.04度，平均每間教室有30個日光燈管，一間教室的小時節電量約為1.2度，相當于節約人名幣0.6元。對150間教室，小時節電量為150×1.2=180度。全國3000所高校的小時節電量為180×3 000=540 000度。高校作為一個大型社區，電力資源消耗量巨大。由于傳統的用電模式和粗放式的管理使得電能的浪費量巨大，損失了大量資金。為建設節約型的現代化校園，需重視節約用電的技術。采用新型用電技術和新型設備，可以實現對電能的充分利用。提升學校的用電管理水平，不僅有利于節約資金，而且有利于提高資源的利用率。

1 光感與紅外感應開關的設計

光敏開關+紅外感應開關的結合利用，降低了環境因素對電路通斷的影響，有效提高了燈管的發光壽命，節約了大量用電資金。該開關設計簡潔，成本低廉，可以廣泛應用于教室、宿舍、家庭及辦公等場所。

1.1 開關的功能和要求

對于產品功能，該項目產品為紅外加光控開關。此開關利用紅外感應裝置與光傳感器完成設定任務，即人來燈亮，人走燈滅。

對于產品要求，具體包括以下6點。

（1）產品在工作壽命內能夠達到穩定工作的要求。（2）產品應具有合適的使用壽命。

（3）產品制造價格應滿足普通使用，便于此組合功能性開關的廣泛應用。

（4）產品的感應精度應不低于普通感應開關實現感應目的的精度要求。

（5）產品應具有廣泛的適應性。

（6）組合式感應開關應拆卸安裝方便。

1.2 開關的工作原理

紅外人體感應裝置通過以下五大步驟進行人體檢測。

（1）光敏傳感器對外界光強進行信號輸出，光通弱，則檢測人體紅外信號，等待紅外信號的輸入。

（2）固定延時時間的按需設定，初次設定為30 s。

（3）檢測人體紅外信號，有紅外信號，直接進行方位信號處理；如無，啟動旋轉電機對環境進行第二次檢測。

（4）在第二次檢測中，通過電機控制電路控制旋轉電機，進而控制熱釋電紅外傳感器施轉來檢測人體信號，如有信號，實施方位信號處理。

（5）基準信號發生器和方位信號處理器輸出相應坐標，將指令傳遞給單片機信號處理器。輸出控制信號，電路接通。

圖1為多區域雙控人體感應開關控制流程圖。

圖1 多區域雙控人體感應開關控制流程圖

此紅外感應與光感組合開關融合了多區域多控紅外人體感應開關和普通光控感應開關，迎合了實際需求，即光強時燈不亮，光弱時實現人走燈滅的目的[1]。圖2為電路總體設計圖。

圖2 電路總體設計

當光照強度超過臨界光照強度（使光控開關閉合的光照強度）時，光控開關斷開，電路為開路，紅外感應回路不工作，燈不亮；當光照光照強度未超過臨界光照強度時，光控開關閉合，紅外感應電路接入電路，并開始工作，當感應到人體時，紅外感應開關閉合，電路接通，燈亮，否則燈不亮。探頭感應到人體紅外信號，將紅外信號轉變為微弱低頻信號，經過放大器放大信號，最終以電壓信號的形式輸出，從而實現燈的亮和滅。

1.3 開關優勢

（1）市場上很少見人體紅外感應與光感應進行組合的功能性開關，因此產品具有市場優勢。

（2）相較于傳統的普通手動開關，紅外感應與光感應組合功能性開關更加智能化，可在很大程度上減少人員管理的任務[2]。

（3）紅外感應與光感應組合功能性開關可以更有效地避免誤判。聲控開關需要人的聲音一直存在，才能控制燈一直保持打開或者關閉狀態。但這無法滿足學生安靜學習的需求，且存在噪聲誤判的情況。

2 可行性研究

2.1 技術可行性

目前，經過實踐，此功能性開關的所有需要組件均可以通過電路板進行連接，所使用的元件通過簡單的電路組合就可以獲得所需的功能。此外，在教室四面墻壁安裝紅外感應裝置（探測距離根據教室大小確定，角度為180度），可以達到教室全覆蓋的目的。查閱資料發現，紅外感應可以探測到的一般距離為30 m。同時，可以結合區域控制開關，達到不同區域分開調控的目的，避免產生一個人打開大教室所有燈的情況。

2.2 經濟可行性

西安石油大學鄠邑校區有兩棟教學樓，分別為五層和四層，每層教學樓裝有雙管白熾燈660盞，假設每盞燈每天平均浪費1度電量，學生平均每年在校270天，那么一年浪費掉的電能為1 458 000度。如果應用此節能開關，將節約大量電能。

此外，相較于雷達感應，紅外感應成本低，更容易實現，普遍應用于學習和辦公等公共場所。

2.3 經營可行性

此產品使得燈具的使用更加智能化，適用于辦公與學習區域，大大減少了未及時關燈帶來的電能損失，例如，冬季早上天空昏暗，同學們上課時把燈打開，天亮后容易忘記關燈，造成用電損耗。

此外，產品可以衍生出一整套燈具應用。除了大場合應用的一開關控制多燈和小區域應用的一開關控制一燈的情況，還可以將開關放于燈具內，制造為一體式燈具，用于家庭衛生間、陽臺或者走廊處。此功能性開關的適用性很強，具有經營可行性。

3 結 論

日常生活中，人體紅外感應節能燈的應用相當廣泛，如家庭樓道、小區及酒店等。該項目主要著眼于校園的使用，可在應用反響良好后進一步推廣至其他鄰域。聯系各高校負責人，將人體紅外感應節能燈投入到各大高校中使用，達到高校普及的目的。各大高校使用紅外感應節能燈期間，也會設置反饋機構，實時了解使用情況，并同步對存在的問題進行優化和改正。然后將聯合技術商、供應商及需求客戶，實現人體紅外感應節能燈的一體化服務，實現產品商業化模式，以開拓更加廣闊的市場。