高校教室用電節能系統的設計

摘 要：當今用電節能是全社會普遍關注的問題，其中高校教室照明節能是關乎節約型高校創建成敗的主要因素。目前大多數高等院校還沒有重視教室照明方面存在的問題，比如教室照度不足、照明效率較低和電能浪費嚴重等問題。針對這些實際問題，本文設計的智能教室照明節能系統可以避免許多不必要的電能浪費，既能給人們提供照明的方便，又能節約電力資源，提高電力資源的利用率。

關鍵詞：照明節能；智能控制；單片機；LED；時鐘芯片

中圖分類號：TN915.853；TP212.9 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）08-0040-03

Abstract：Electric energy saving is a common concern of the whole society today，especially in the energy saving of college classrooms，which is mainly about the main factors which are about the success or failure of the economized universities. At present，most colleges and universities do not attach importance to the problems of classroom lighting，such as insufficient illumination in classroom，low lighting efficiency and serious waste of electricity. In view of these practical problems，the design of intelligent classroom lighting energy saving system can avoid many unnecessary waste of electricity，not only provide people with convenient lighting，but also save power resources，and improve the utilization of power resources.

Keywords：lighting energy saving；intelligent control；single chip microcomputer；LED；clock chip

0 引 言

近些年來，隨著我國教育事業的快速發展，人們對教育環境也越來越重視。由于教室的擴建，教室的用電負荷不斷加大，而教室照明系統的操作和控制方式落后，教室照明用電浪費現象較嚴重，所以提高教室照明系統的智能化和節能化程度具有重要意義。目前，大部分學校教室電燈都是手動操作，當光線不足時，需要人員手動開啟電燈。很多實際情況是教室人員較少，開啟多個電燈造成光源浪費；常常由于疏忽，在人員離開之后忘記關燈導致用電浪費；在教室自然照明條件良好的情況下也時有開燈現象，在走廊、衛生間等公共區域，“長明燈”現象隨處可見，造成了極大的電能浪費。減少教室照明用電的浪費刻不容緩，一間教室的用電浪費可能顯得微不足道，但是日積月累，而且全國教室眾多，所造成的資源浪費不容小覷。因此，本系統用單片機以及紅外傳感器可達到對教室照明系統的改進，從而達到節約用電的初衷。

1 智能照明節能系統的總體設計

該教室智能照明節能系統以AT89C52單片機最小系統板作為其核心控制模塊，在最小系統的基礎上加上其他外設功能電路，其外設功能電路模塊主要含有以下模塊：DS1320時鐘模塊、LM3392運放模塊、LCD1602液晶顯示模塊、紅外接收和紅外發射模塊、環境光信號采集和按鍵模塊，其系統總體結構設計框圖如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 單片機控制核心模塊

本控制系統選用AT89C52為主控處理器。模數轉換芯片（ADC0832）首先需要進行系統初始化，然后將光敏電阻采集到的光照強度的模擬信號轉換為數字信號傳遞給單片機系統，同時與系統預設值進行判斷；再通過紅外接收和紅外發射模塊組成的檢測電路，加上信號處理電路，從而達到檢測是否有人進出的目的，并將處理后的數字信號傳送至單片機，單片機存儲該信息并進行判斷。當光敏電阻采集的數據達到預定值和紅外模塊檢測到人進入教室兩個條件同時滿足時，單片機控制開關打開教室照明燈。

2.2 時鐘模塊和液晶顯示模塊

按照智能照明節能系統的控制要求，在該系統中加入時鐘模塊以適應學校的現實需求。當教室內無人或光照強度大于系統預設值時，教室智能照明系統關閉，由此達到節約能源的目的，所以本系統加入時鐘模塊來控制系統運行，此教室智能照明節能系統選用的是DS1302時鐘芯片。為了實現較好的人機交互界面，本系統采用1602液晶顯示屏。其時鐘電路圖以及液晶顯示電路設計如圖2所示。

通過時鐘芯片輸入引腳與單片機輸出引腳相連，程序讀取DS1302芯片輸出的同時，通過顯示電路進行顯示，R1、R2、R3具有提高抗干擾能力的作用，12MHZ晶振為單片機提供振蕩信號。

2.3 教室光照強度檢測模塊

光照強度檢測模塊主要對教室內光照強度進行實時準確地檢測，由LM393和一個光敏電阻組成，通過設計電壓比較器來檢測教學樓內的實時光照強度。

LED7和LED6為紅外接收管，LED8和LED9為紅外發射管，R21和R22為限流保護發射管，R12和R13是接收端的上拉電阻，為了能夠得到高電平。紅外傳感器檢測是否遇到障礙物，如果有東西遮擋時，比較器輸出低電平，LED指示燈亮；如果沒有東西遮擋，LED指示燈滅。

3 系統軟件設計

智能照明控制系統的軟件設計流程如圖3所示。單片機最小系統加上電源過后，首先對其進行初始化，然后調用光電檢測程序，檢測是否有人進入室內。在光照強度小于120時，教室內人數小于10人時亮一盞燈，10～20人時亮兩盞燈，20～30人亮三盞燈，大于30人則四盞燈全亮。如果光照檢測到的強度大于120的話，無論室內有多少人，均不開燈。

3.1 光照檢測子程序設計

首先對模數轉換電路進行初始化，光敏電路轉化光照強度為相應的電壓值。采集光敏電路模塊檢測到的數據，然后將采集到的模擬信號進行數字化轉換之后，將數字電壓值送到單片機控制系統。

3.2 LCD顯示子程序設計

進入LCD顯示子程序之后，首先進行LCD的初始化，然后檢測LCD液晶的忙信號，如果不忙，接收來自單片機送來的光照強度，并統計室內人數的數據，經過單片機對數值進行處理，在LCD液晶模塊上把信息顯示出來。

3.3 光電發射接收子程序

單片機進行初始化操作之后，光電開關開始工作，單片機通過檢測光電開關相連的單片機管腳電平的高低來判斷是否有人手或者物體遮擋住了光電發射與接收電路，如果有物體處于光電開關之間，則光電開關相連的單片機管腳輸出低電平，否則輸出高電平。

4 結 論

當前各高校教室用電浪費現象日益增加，實現對教室照明智能化控制刻不容緩，也與可持續發展戰略相契合，因此本設計具有廣闊的應用前景。本設計基于單片機控制系統可實時控制教室燈具打開的數量，可以有效地減少電能的浪費，減少發電排污，保護環境，提高資源利用率。

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作者簡介：李威澤（1997-），男，漢族，江蘇蘇州人，本科。研究方向：電子信息工程。