一種教室光控系統的設計

秦梅寶 南昌工學院 基礎教學部

一種教室光控系統的設計

秦梅寶 南昌工學院 基礎教學部

目前，國內各大高校中，學生自覺節能意識薄弱，在教室光線足夠亮時也開燈，離開教室后燈還亮著的現象普遍存在，且教室極多，管理人員也管不過來，這樣就造成了不必要的電能浪費和經濟損失。據中國行業研究網報道，2013年，我國照明用電量已占總用量的13%左右，而對照明時間長，照明場所多的學校，照明用電量將遠遠超過這個數字。因此，把節約能源的觀念引入教學樓的設計中具有十分重要的意義。

節能 光控 照明

隨著社會經濟和科學技術的發展，人類社會的進步越來越依賴于資源的開發與利用，然而與日俱增的能源需求和有限的資源數量形成了巨大的矛盾，能源短缺問題日益突出，成為一個國家經濟發展的“瓶頸”。在尋找替代品、提高能源利用率和節約能源等幾種緩解能源危機的途徑中，節能無疑是符合可持續發展要求。

一、國內外研究現狀

2013年2月20日，環境署公布研究顯示，全球每年約有超過250億噸煤油被用于照明，在沒有考慮政府補貼因素的情況下，其費用高達230多億美元。2月22日，國務院將高效照明產品及系統納入國家戰略新興產業。目前，世界各國也在研究新的節能方式，比如歐司朗-斯維尼亞公司不斷的推出新型高輸出的熒光燈，節約6%的總系統功率，并具有更高的光通量和平均光通量[7-10]。飛利浦照明公司推出的陶瓷金鹵燈代替過去的鹵鎢燈，可節能60%的電能。種種跡象表明世界各國都在采取不同方式來節約能源，節約電能。此外，能源問題不僅關系經濟發展和環境生態，在特定情況下還會對社會穩定有很大影響。鑒于能源問題的重要性，我國在綠色照明工程新聞發布，綠色照明工程未來五年間將在公用設施、賓館、商廈、居民住所等全國建筑物中推廣1.5億只節能燈，節電290億度電。上海、河北等一些地方采取政府對節能燈大宗采購每只補貼3至4元的方式進行推廣。從普通白熾燈到高效節能燈，使我國的電光源產品結構逐步向節電型轉變，熒光燈與普通白熾燈的比例由1995年的1:6.25上升到目前的1:1.5。目前，我國照明用電約占社會總用電量的13%，采用高效照明產品代替傳統的低效照明產品可節電60%到80%。如今，北京正在大力推行綠色照明工程己推出上百萬只綠色照明光源和部分節能電器，據測算年節約用電可達3442萬千瓦時，節約電費251、9.7萬元。政府己經在商廈、學校、醫院等更換了24萬只節能燈具。在奧運工程的建設上，也大量運用節能技術，北京的奧運場館“水立方”，通過采用大量的節能燈具，裝備新技術，通過增強透光性白天可節約照明能耗50%。

二、設計目的

提到照明節能，最容易讓人聯想到的就是節能燈具，將普通燈具更換為節能燈具無疑是最簡單的節能方案，但是長明燈仍然是我們不想看到的浪費現象。另外，節能燈價格是普通燈具的幾倍，讓學校大規模的進行更換代價太大，而且換下的普通燈具也將造成另一種浪費，這種方案對于我國大多數高校來說不夠現實。

另外，高校教室具有人員流動性大，長時間開放，無固定作息時間，座位不固定，教室用途多等特點，所以我們的控制必須以人體為信號、光強作為控制開關燈的依據。兩者缺一不可。如果，單純依靠光強作為開關燈控制依據，就會出現教室無人而光照強度弱時開燈的情況；若單純依靠人體存在信號作為控制依據，則會出現教室有人而光強足夠時開燈的現象；那么控制的效果就不好，這樣的控制系統就沒有什么意義了。

所以本論文主要是針對目前高校教學樓教室的電能資源浪費嚴重，教室資源利用不合理，用電設備控制和教學管理不足的現狀，設計了教學樓節能控制系統，以達到高校教室用電設備的合理使用，節約電能以及改善教學管理的目的。

三、設計方案

系統控制單元是以單片機主控模塊為核心，其它外圍電路主要包括:下載線模塊、系統供電模塊、硬件時鐘模塊、看門狗模塊、燈光驅動模塊、數碼管驅動顯示模塊、環境光模塊、存儲模塊、人體存在傳感器模塊、超時報警模塊，其結構框圖下圖所示：

論文研究的教室光控智能系統可實現有效的教室燈光智能控制。其輸入參數主要是人體存在信號和環境光信號等的外界因素，環境光的強度達到一定值時不開燈，環境光強度在一定閥值以下且有人存在時開燈，理論和實驗證明用這種方式來對教室燈進行智能控制可以實現上述目標。教室燈光控制器由機械開關和紅外傳感器組成，紅外傳感器安裝在教室門口，當有人進入且燈光較暗時打開燈，機械開關安裝在教室每個座位上，用來檢測是否有人坐下。前后教室門口分別安裝光耦用于檢測進進出出教室的人數。

四、前景分析

該系統以AT89C52單片機作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在，采用光敏三極管構成的電路檢測環境光的強度;根據教室合理開燈的條件，系統通過對人體的存在信號和環境光信號的識別和智能判斷，完成對教室照明回路的智能控制，避免了教室用電的大量浪費。系統還具有多種報警功能;同時還采用了軟/硬件的“看門狗”技術等抗干擾措施。單片機軟件采用匯編語言編制，采用模塊化結構設計、條理清晰、通用性好，便于改進和擴充。

該系統具有體積小，控制方便，可靠性高，專用性強，性價比合理等優點，可以滿足教室燈光控制的要求，很大程度的達到節能目的。本控制系統與已有的教室燈光配套使用時，不需要對原有設備電路進行大的改動，以降低成本實現了教室燈光的智能控制。

[1]謝靜,胡耀斌,何霖.教學樓照明系統的智能控制研究[J].機電工程技術,2009(11).

[2]賈正松.基于單片機實現智能照明控制系統的設計[J].現代電子技術,2009(17).

[3]周曉偉,蔡建平,鄭增威,應晶.新型室內照明智能控制系統的研究與實現[J].計算機應用研究,2009(08).

秦梅寶（1986-），女，陜西咸陽人，碩士，講師，研究方向：物理學及教學改革。

2015年度南昌工學院科技計劃項目（GJKJ-15-33)。