基于單片機的教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)

【摘 要】教室的照明系統(tǒng)是教室能源消耗的主要形式。國家提倡節(jié)約型社會建設，節(jié)能減排已經(jīng)擺在學校后勤部門的面前，教室的照明能耗的降低，減少不必要的能源浪費勢在必行，照明節(jié)能的智能控制最優(yōu)的選擇就是單片機，利用傳感器接受收集信號，反饋給單片機，再由它發(fā)出指令控制照明系統(tǒng)的開關，有效的解決了教室照明節(jié)能的系統(tǒng)控制。

【關鍵詞】單片機；照明；節(jié)能控制；傳感器

0.引言

隨著社會的發(fā)展，人們對能源的消耗越來越大，能源的缺口也越發(fā)增加，節(jié)約型社會建設成為大家的共識，可持續(xù)發(fā)展是我們轉(zhuǎn)變發(fā)現(xiàn)模式的終極目標，綠色能源號角已經(jīng)吹起。學校是一個人口密集的公共場所，能源消耗大，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的能源使用方式，有效地降低能源浪費，是擺在學校物業(yè)管理人員面前的一個重要課題，教室的照明是一個主要的能源消耗方式，沒人的時候自動關閉，白天光線好的時候不必開啟，人少且集中在一塊的時候局部開啟等等這種智能的教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)主要依靠的是單片機作為核心。

1.單片機設計的基本方案[1]

教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)的基本設計方案是：軟件的成本遠遠低于購買各種硬件，在可能的情況下，多設計軟控制，少設計硬控制，將有效降低該控制系統(tǒng)的運行使用成本。各個設計模塊接收中斷信息和調(diào)取各段分指令程序來實現(xiàn)各種任務。

首先，陽光光線較好的白天里，傳感裝置中的光敏傳感器密切關注陽光的強度，遇到陰雨天是，光敏傳感器將發(fā)出光線不好的信號數(shù)據(jù)，反饋為單片機，單片機調(diào)取預想設計好的程序，加以執(zhí)行，控制教室里的照明電源開啟。

其次，白天晚上的區(qū)分依靠的是單片機中的時鐘模塊，到了晚上6點鐘單片機中的始終模塊調(diào)取程序，發(fā)出指令定時開啟教室中的照明電源，到了10點晚自習結束的時候，時鐘模塊定時發(fā)出指令關閉教室中的照明電源，時鐘模塊設計時考慮的不光是自動控制開關，還要給人工操作留好系統(tǒng)后門，因為晚自習的時間是隨著學期的不同而變化的，夏季天黑的晚，冬季天黑的早，晴天天黑的晚，陰雨天天黑的早這些也是要考慮在時鐘模塊的設計之中的。

最后，正常模式時先檢測是否光照度能滿足學習的條件， 白天當光照度低于學習條件時開啟照明燈，到晚上時利用門口的激光管來檢測進入教室的人數(shù)，來判斷需要開的照明燈的盞數(shù)。低功耗模式時，則需要通過外部中斷來喚醒微控制器，從而使單片機啟動并開始工作，進入讀取檢測循環(huán)。[1]

2.硬件設計組成[2]

教室照明節(jié)能控制的單片機系統(tǒng)設計主要包括單片機本身、傳感器部分、顯示和模擬燈部分，傳感器部分是監(jiān)測室內(nèi)光線和室內(nèi)人員多少的前端，傳感器將監(jiān)測的數(shù)據(jù)信號傳輸給單片機的控制部分，控制部分對數(shù)據(jù)進行分析處理，發(fā)出指令控制教室照明電路的開關，并顯示執(zhí)行結果，設計的重難點在于傳感器的精確程度。

（1）傳感裝置的設計，該系統(tǒng)的傳感裝置包括發(fā)射信號的裝置和接受信號裝置，激光傳感器掃描進出教室的人員數(shù)量，從而判斷教室里人員多少的傳感裝置，這種激光傳感器發(fā)射裝置是一塊時基集成電路NE555為主構成，電位器用于調(diào)整紅外線遙控發(fā)射器的振蕩頻率和信號的占空比，用NE555定時器連接2個占空比可調(diào)電路，通過兩個NE555分別產(chǎn)生一個38kHz的紅外線發(fā)射電路和100左右的調(diào)制電路。[2]該電路用電位器代替其中的一個電阻，改變電位器來實現(xiàn)感應的程度；接受信號裝置監(jiān)測到物體擋住了激光束，便發(fā)出信號，再計數(shù)，有效提高計數(shù)的精度和準確度。

（2）單片機和有關電路設計，系統(tǒng)中采用STC—AT89C52RD單片機作為控制模塊，采用741s248譯碼器與數(shù)碼管作為顯示單元。控制任務由軟件程序?qū)崿F(xiàn)，為了加強可操作性，適應在不同大小的場合的相應情況，以及應對意外情況的需求，系統(tǒng)設置了兩個按鍵為系統(tǒng)預設，人為控制提供必要的輸入選擇，同時增加系統(tǒng)的靈活性，系統(tǒng)的工作流程描述如下：當有人進入教室，兩個傳感器接收頭通過檢測障礙物的先后順序給出電平，單片機執(zhí)行判斷程序，實現(xiàn)人數(shù)累加，當有人出教室，單片機執(zhí)行判斷程序，并實現(xiàn)人數(shù)遞減，兩個按鍵可實現(xiàn)對環(huán)境人數(shù)，亮燈設置的預設，單片機根據(jù)教室人數(shù)的多少，控制點亮燈的個數(shù)。數(shù)碼管單元用于顯示教室人數(shù)。[2]

3.軟件設計

教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)的軟件部分的設計分為系統(tǒng)監(jiān)控主程序、數(shù)據(jù)采集、時鐘、顯示驅(qū)動及手動按鍵五大模塊。[3]其中監(jiān)控主程序是調(diào)用子程序，一個主程序可以調(diào)用多個子程序，對于單片機，系統(tǒng)資源有限，主程序通常是一個無限循環(huán)的過程，即是一個反復調(diào)用子程序的過程，子程序主要分為中斷子程序和功能子程序，它們之間可以互相嵌套和調(diào)用，即中斷子程序可以調(diào)用功能子程序，在應用軟件的設計中，盡可能各個功能模塊寫成子程序的形式，并通過主程序調(diào)用，監(jiān)控主程序是整個控制系統(tǒng)的核心部分，其它外圍模塊一般都需制系統(tǒng)中的作用，本系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊主要包括對系統(tǒng)外圍器件輸入，輸出參數(shù)的初始化自檢，多任務操作模塊的調(diào)用，實時中斷處理等，系統(tǒng)自檢初始化是保證整個控制系統(tǒng)能夠正常運行的重要條件，系統(tǒng)加電復位后，直接進入自檢初始化程序，完成系統(tǒng)的自檢及初始化，各接口芯片的檢測主要檢測各芯片是否已處于準備工作的就緒狀態(tài)，有無硬件故障等。[4]

4.結語

隨著社會進一步的發(fā)展，能源消耗的不斷增加，節(jié)能減排已經(jīng)迫在眉睫，學校的能源浪費也是十分明顯。[5]當前學校后勤部門的主要工作抓好能源節(jié)約，減低電力損耗，教室的照明能源浪費在后勤部門眼里是十分突出的，照明電路的節(jié)能控制尤為必要，以單片機控制系統(tǒng)的教室減能照明設計很好的解決了這個問題，但是設計過程中，還存在一些智能化程度不高、人機對話程度不高、傳感器的精明程度不高的問題，有待進一步設計完善。 [科]

【參考文獻】

[1]王軍敏，衛(wèi)亞博.基于AT89S51和RE200B的教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)設計[J].平頂山學院學報，2013，02：36-38.

[2]張云莉，周曉平，朱雙霞.基于單片機的教室節(jié)能控制系統(tǒng)設計研究[J].制造業(yè)自動化，2012，04：103-105.

[3]李震，李駢臻，鄒紹源，顏旭，洪添勝.基于機器視覺技術的教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)[J].計算機工程與設計，2012，04：1648-1652.

[4]馬鐵信.基于單片機的教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)[J].甘肅科技，2009，03：22-23.

[5]程春.大學教室智能照明控制器及其系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].北京化工大學，2010.