自動控制系統在教室光源設計與應用

大連經濟技術開發區中等職業技術專業學校 董升忠

教室光源進行合理控制是非常重要的，通過對教室光源的控制可以避免不必要的用電浪費，從根本上響應節能減排的國家政策，達到節能環保的效果。因此，通過自動控制系統去控制教室光源是非常有必要的，不僅方便了教室光源的控制，還能實現教室使用光源的自動化，避免因為忘記關燈斷電等情況造成的用電浪費。

現如今科學技術有著飛速的發展，社會進步的同時也意味著資源消耗的增大，導致全球面臨資源匱乏的危機，其中由于我國人口眾多，資源消耗更加嚴重。在我國資源的消耗當中，其中電能的浪費情況更加明顯，如今隨著各種學校的擴建，學校的用電負荷在逐漸增大，加上學校對于教室用電并沒有很好地管控，這就導致學校的用電量越來越大，出現電能鋪張浪費的惡劣情況。那么，優化學校教室的用電情況，提高學校的用電效率就成為了節約用電的主要方式。

1 整體設計架構

為了節約學校教室用電，提高學校的用電效率，就需要設計一種可以自動控制教室光源的系統，這種系統可以叫做教室光源控制器。教室光源控制器可以對教室的燈光進行自動化的智能控制，實現隨時隨地控制電源，避免出現無人使用卻浪費光源的情況。這種教室光源控制器整體設計理念是通過對外界環境的光強進行檢測，如果光的強度達到一定程度的時候，達到了設定的數值時就會進行斷電和關閉教室光源。只有當外界環境的光的強度比較低，并且感應到教室有人的情況下，才會通電并且打開教室光源，通過這種設計和原理來對教室光源進行自動化控制。教室光源控制器安裝的位置要盡量避免電燈直射，否則就可能影響到對外界光的強度的正確判斷，同時對于人體傳感器的放置位置也要盡可能保持和人體活動方向的垂直性，這樣更容易去采集到人體是否存在的信息，保證靈敏度和準確性，一定要避免外界的其他因素類似于風或者其他物質對人體傳感器進行影響，避免人體傳感器因為感應到其他物質而產生錯誤判斷。教室光源控制器的設計主要把兩大因素作為輸入參數，分別是外界的自然光強度和人體是否存在，對這兩大因素的數據和信息進行采集，就能對教室光源進行自動化控制。如果外界自然光強度比較高，不論是否有人存在，都選擇關閉光源；如果外界自然光強度比較低，同時感應到有人存在并且待了較長的時間，這時候就打開光源，直到感應到人離開以后，延遲幾分鐘之后對光源進行關閉。除了這兩大標準作為判斷以外，還有一個重要的因素就是根據時間，如果夜晚超過12點以后教室仍有學生在復習，那么控制系統可以關閉自動化，改為人為去控制教室光源，避免因為系統默認夜晚無人導致判斷誤差，關閉光源而影響學生在教室學習。

2 軟件設計

教室光源的自動控制系統主要分為軟件設計和硬件設計，通過對這兩方面的開發和設計才能構成一個可以實現功能的完整系統。光源自動控制系統的軟件模塊主要包括三個方面，分別是監控主程序模塊、數據采集模塊、顯示驅動模塊。

2.1 監控主程序模塊

監控主程序模塊是系統軟件的主要模塊，它主要是通過主程序對子程序進行調用，因為本身系統資源是受限制的，所以無法實現無限調用，只能通過主程序來反復調用子程序，才能實現一個無限循環的過程，才能保證系統的正常運轉。子程序分為兩個部分，分別是中斷和功能兩個方面，這兩個之間可以進行相互合作和使用，同時可以進行互相調用，方便系統的正常運轉。這進行軟件設計的時候，要盡可能把功能模塊設計成子程序，這樣方便主程序去對各個功能進行合理調用，通過調用子程序來實現實際的操作和功能使用。

2.2 數據采集模塊

自動控制教室光源系統主要采集的數據對象就是外界環境的光的強度信號和人體是否存在的信號，系統主要對這兩個數據進行實時采集。利用人體存在傳感器去進行人體是否存在的采集，其優勢是在于此傳感器不存在任何輻射，而且消耗功能比較低，不僅價格便宜而且利于隱蔽。但是它的缺點也比較多，非常容易被干擾，經常因為各種外界因素被干擾，從而影響數據的收集和對實際情況造成判斷誤差；自身的紅外線穿透力低，經常會因為人體的紅外輻射被遮擋而無法對人是否存在進行判斷；如果出現環境和人體溫度比較接近的時候，采集數據會出現問題，導致判斷容易出現誤差，靈感度和準確度都會下降。因此，在利用自動控制教室光源系統進行數據信息采集的時候，一定要規避掉這些問題，可以給人體存在傳感器加上抗干擾功能，避免因為外界影響而出現誤差。①將傳感器安裝在規定高度上，防止地上的外界生物，例如小動物等影響到傳感器探測；②加裝抗電磁波干擾，防止手機信號對傳感器信號影響；③防止燈光進行照射和干擾，在傳感器正常采集信息范圍內不對燈光采取信息采集和信號接收。

2.3 顯示驅動模塊

對于自動控制教室光源系統而言，要想實現人機互動，最關鍵的模塊就是顯示驅動模塊，只有系統將數據信息都顯示出來，我們才能了解系統的運行情況，才知道要怎么進行操作和使用。自動控制教室光源系統的顯示模塊不僅顯示清晰，而且成本價格低，使用起來簡單明了，方便平時進行操作。

3 硬件設計

教室光源的自動控制系統除了軟件以外，還有硬件的組成，對于硬件的設計是非常重要的，這對于系統來說都是不可缺失的部分，教室光源自動控制系統的硬件模塊主要包括環境光模塊、系統時鐘模塊和報警模塊。

3.1 環境光模塊

教室光源的自動控制系統的環境光模塊主要通過光電傳感器來對環境光進行采集，從而實現環境光對電量的轉換，也就是把光信號轉換成了電信號，這樣就能通過對電流大小而去判斷光照強度的強弱，通過電信號來確定光照強度的實際情況，從而對外界自然光照強度進行合理判斷，此模塊的光電傳感器本身靈敏度就比較高，反應速度非?？?，使用它可以保證采集到的光照強度信息的精準性。

3.2 系統時鐘模塊

根據教室光源的實際使用情況，為了避免用電的浪費，是需要設置一個時鐘系統來對教室光源的使用進行控制和監督的，這個時鐘系統主要是依托在學生的作息時間基礎上而設計的。例如在學生下過晚自習之后的晚間時間或者學生休息日的情況下，對于教室光源就要進行關閉。這種系統時鐘模塊主要就是對教室無人的時候對光源做好檢測和控制，避免出現學校教室無人使用的時候，可是燈光還是照常打開的情況發生，這樣對電能來說不僅鋪張浪費，還導致教室光源沒有得到有效使用，使得教室用電被白白浪費掉。因此，系統時鐘模塊的存在是非常有必要的，它是節約能源的關鍵所在，是教室光源自動控制系統的智能化體現。

3.3 報警模塊

報警模塊的存在主要是針對特殊情況去設置的，避免在使用教室光源自動控制系統的時候出現意外。由于有些時候是必須要把自動控制系統調整為手動控制的，一旦變成人為控制的時候就可能會出現意外情況，畢竟人并不想機器一樣那么嚴謹，是會出現粗心和疏漏的情況的。由于學生或者學校管理人員的不注意，導致出現了疏忽，就可能會出現教室沒有人但是燈卻還在開著的情況，就會導致電能被持續浪費，所以利用本系統設置了報警模塊，可以通過報警系統來告訴管理人員還存在教室沒有關閉電源。同時，如果學生對教師內的光源使用時間較長，導致負荷比較大的時候，報警系統也會觸發，它主要是來提醒學生不要長時間在教室進行復習，要注意身體，懂得勞逸結合，避免學生因為壓力過大而透支身體進行學習的情況發生。

教室光源的自動控制系統主要是通過采集外界環境的光的強度和人體是否存在這兩方面的信息來實現自動控制教室光源的效果，這種系統比單一通過管理人員來對教室光源進行管理更加方便和合理，它不僅節省了管理教室光源的人力成本，還保證管理教室光源的精準性和方便性，可以隨時對教室光源做到靈活控制，避免學校電能的鋪張浪費，更加節省了相關的費用，提高了教室光源的有效使用率。這種自動控制教室光源的系統不僅對于教室光源的管理工作實現了巨大突破，還促進了學生的身心健康發展，可以對學生的學習時間進行合理安排和管控，促進了學生的高效學習效率，適用于各個學校教室的光源管理，對教室光源控制和管理實現自動化有著重要的意義，促進了學校各項設施的改善和發展。