教室智能照明控制系統(tǒng)的設計

崔瑾娟

（山西機電職業(yè)技術學院 山西省長治市 046000）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，人們對傳統(tǒng)樓宇控制系統(tǒng)中的照明燈具節(jié)能和科學管理提出更高要求，其智能化控制最為重要。針對大學教室照明燈具選擇合理的照明方案，配置先進的控制系統(tǒng)，則體現(xiàn)出節(jié)約能源，降低學校運行費用，提高學校的科學管理水準，具有極大的經(jīng)濟意義和社會效益。目前全國高校中對教室照明多數(shù)采用粗放式管理，即為由樓管人員在規(guī)定的時間內對每間教室進行檢查，然后進行拉閘供電或者斷電。這種粗放式人為管理方式極易造成電能浪費，著眼于整個學校的大局和全社會能源短缺的大環(huán)境，高校教學樓照明燈的智能化管理改革勢在必行。

1 教室智能照明控制系統(tǒng)設計思路

教室智能照明控制系統(tǒng)是依據(jù)教室的光照強度和人體存在的位置對教室的燈具進行控制。這里選用單片機為核心器件對環(huán)境光的信號和人體位置信號進行檢測并做出相應處理，然后據(jù)此控制教室的燈具開與閉。具體控制分兩種情況：一是教室上課用時，對人體位置不必檢測，只檢測教室的光照強度。若教室的光照強度可以滿足學習的要求，不開教室的燈；教室的光照強度不滿足學習的要求時，開教室內的所有燈。二是教室自習時，對教室的光照強度和人體位置都要進行檢測。若教室的光照強度不滿足學習的要求且有人體存在于相應的位置時，打開相應位置的燈；若教室的光照強度不滿足學習的要求但此位置沒有人體存在時，熄滅相應位置的燈；若教室的光照強度滿足學習要求且教室沒有人體存在，熄滅教室所有燈具。在對人體位置檢測時要進行一定的延時后再對人體的位置進行重新判斷，以免人體暫留所帶來的誤動作。由于考慮到人性化的管理，在學校規(guī)定熄燈時間后進行一次報警提示，提示后延時足夠長的時間熄滅教室的所有燈具。為了使系統(tǒng)可靠運行，能夠完成所要實現(xiàn)的功能，在設計時還對單片機進行了相應外圍電路的設計。

2 系統(tǒng)硬件設計

根據(jù)教室智能照明控制系統(tǒng)的性能要求，設計中選用了AT89S51 單片機為控制系統(tǒng)的核心器件。系統(tǒng)硬件如圖1 所示，有系統(tǒng)主控模塊、環(huán)境光檢測電路、人體檢測電路、電源電路、看門狗電路、I/O 擴展電路、時鐘電路等組成。系統(tǒng)硬件電路是滿足教室智能照明控制系統(tǒng)性能的重要因素。教室智能照明控制系統(tǒng)硬件設計應本著簡單、容易實施、節(jié)約單片機的資源、低成本等為原則。

2.1 人體檢測模塊

圖1：基本結構框圖

因系統(tǒng)設計考慮到成本問題，和人體與一般物體的區(qū)別以及教室場合人體檢測精度不高，本次設計采取熱釋紅外探測傳感器。熱釋紅外探測原理是人體表面溫度與周圍環(huán)境溫度存在差別，在人體移動時，這種差別產(chǎn)生的變化可以通過紅外敏感元件來檢測到，從而觸發(fā)報警。此外，為了防止誤報，被動紅外探測器通過菲涅爾透鏡將探測覆蓋范圍分成一定數(shù)量的探測區(qū)，當溫度變化在兩個區(qū)之間產(chǎn)生時，探測器電路就觸發(fā)一個信號脈沖，探測器根據(jù)信號脈沖觸發(fā)警報，然后輸出。其工作在室溫條件下，信噪比很高，檢測靈敏度很高，而且與輻射波長無關，可探測功率只受背景輻射的限制。而且熱釋電器件響應也很快，應用又方便。

2.2 環(huán)境光檢測模塊

本設計選取光敏電阻器，其電阻值能隨著外界光照強弱(明暗)的變化而變化。它在無光照射時，呈高阻狀態(tài)；當有光照射時，其電阻值迅速減小。圖2 中運算放大器的供電位+12V ～-12V，電路供電為5V。當教室的光照比較強時，光敏電阻R32 阻值將急劇減小。此時由運算放大器組成的比較電路將輸出一個高電平信號，經(jīng)過R35、RV4、R37 電阻的嵌位，可以直接傳送給單片機。當教室的光照強度比較弱時，光敏電阻的阻值會很大，比較器將輸出一個低電平信號，同樣經(jīng)過R35、RV4、R37 電阻的嵌位，就可以直接傳送給單片機。

3 軟件設計

圖2：光敏電阻檢測電路

根據(jù)教室智能照明控制系統(tǒng)的設定功能，將軟件劃分為若干個功能相對獨立的模塊，主要有環(huán)境光采集模塊、人體存在采集模塊和時鐘模塊等。模塊化設計的優(yōu)點是，每一個模塊都相對獨立，故能獨立地進行設計和修改，從而使復雜的工作得以簡化。模塊之間的相互獨立也有助于設計任務簡單化，這樣可提高工作效率。軟件各個模塊的設置完成之后，還需要將它們按一定的方法連接起來，才能構成完整的軟件流程，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和輸出等各種功能。軟件模塊的連接，一般是通過調用各種功能模塊，或采用中斷的方法實時地執(zhí)行相應的服務模塊來實現(xiàn)，并且按功能層次繼續(xù)調用下一級模塊。模塊之間的聯(lián)系是由數(shù)據(jù)接口（數(shù)據(jù)緩沖器和標志狀態(tài)）來完成的。

其C 語言如下：

4 結束語

教室照明智能控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的照明方式比較具有運行可靠穩(wěn)定、使用方便、雖一次費用較高，但運行維護費用低、操作安全、安裝簡單、維護方便、功能豐富、優(yōu)異的可擴展性、便于系統(tǒng)集成等一系列優(yōu)點。最大程度上減少資源浪費提高資源利用率，可用于各種各樣的學校商場等室內場所的照明智能控制。同時本系統(tǒng)電路結構較為簡單并且工作十分穩(wěn)定可靠，同時成本較低。