教室照明智能控制裝置

周芝霞

摘要：教室作為學(xué)生汲取知識(shí)、教師傳輸知識(shí)課程的重要場(chǎng)所，能夠滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，教室照明系統(tǒng)十分關(guān)鍵。要想保證教室照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照明，就需要對(duì)傳統(tǒng)教室照明系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)燈具進(jìn)行有效控制，使其根據(jù)教室內(nèi)部明亮變化自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，在改進(jìn)后也可以有效降低能源資源的消耗，保證資源節(jié)約。

關(guān)鍵詞：教室;照明;智能控制裝置

傳統(tǒng)教室使用大量開關(guān)人工控制照明亮度，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)忘記關(guān)燈的情況，造成大量電能資源浪費(fèi)。部分教師在夜晚出行要摸黑尋找開關(guān)，對(duì)于年幼學(xué)生和年長(zhǎng)教師具有極大威脅。燈泡長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮?xí)?yán)重?fù)p壞燈具的使用壽命，也會(huì)造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。在教室燈光照明系統(tǒng)管理中，要根據(jù)實(shí)際要求來隨意調(diào)節(jié)燈光照明系統(tǒng)。

一、工作原理

從節(jié)能的角度，在教室照明系統(tǒng)改進(jìn)的過程中，要盡可能加強(qiáng)對(duì)照明燈的分區(qū)控制，通過這樣的措施實(shí)現(xiàn)智能控制，可以隨時(shí)檢測(cè)出教室內(nèi)是否有人員活動(dòng)，又能夠判斷教室內(nèi)的發(fā)光強(qiáng)度是否滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求。智能照明控制系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)包括紅外線探測(cè)裝置、照度計(jì)部分[1]。紅外線探測(cè)裝置可以通過紅外線對(duì)人體進(jìn)行測(cè)量探測(cè)范圍在5m內(nèi)視角為90°探測(cè)元件，在感受到紅外輻射后會(huì)提高輸出端輸出高電平，當(dāng)人員走出后輸出低電平，快速判斷是否有人員活動(dòng)。利用斯密特觸發(fā)器構(gòu)成串并聯(lián)電路，能夠?qū)崿F(xiàn)前置緩沖，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)力，保證與紅外探測(cè)元件邏輯一致。教室內(nèi)的發(fā)光強(qiáng)度可以對(duì)內(nèi)部的空間亮度進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，利用光電管探測(cè)區(qū)域內(nèi)的光線，當(dāng)光線較弱時(shí)光電輸出高電平，通過放大器和比較器對(duì)信號(hào)進(jìn)行篩選，并與非門輸入端保持一致，實(shí)現(xiàn)智能化控制。在照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，包括智能控制模塊和維修模塊兩部分，而智能控制模塊需要通過單片機(jī)，移動(dòng)物體檢測(cè)傳感器進(jìn)行控制，利用C語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制，維修模塊能夠及時(shí)判斷燈具損壞情況。如果出現(xiàn)損壞可以立即通知維修人員，維修人員對(duì)設(shè)備故障設(shè)備進(jìn)行快速處理，增強(qiáng)照明系統(tǒng)的整體工作效率。

二、智能控制模塊的設(shè)計(jì)

（一）移動(dòng)物體檢測(cè)裝置

在移動(dòng)物體檢測(cè)中，需要利用紅外線傳感器對(duì)人員活動(dòng)軌跡進(jìn)行自動(dòng)判斷，傳感器沒有探測(cè)到移動(dòng)物體時(shí)輸出低電平，利用三極管導(dǎo)通控制單片機(jī)，打開LED燈。為了保證傳感器在檢測(cè)人員檢修后單片機(jī)能夠立即進(jìn)行響應(yīng)，必須要進(jìn)行并聯(lián)，保證探測(cè)無死角[2]。該系統(tǒng)使用基于RS485和CAN總線的分布式控制系統(tǒng)控制和管理校舍內(nèi)的電氣設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)由三級(jí)和兩層網(wǎng)絡(luò)組成，即教室控制級(jí)、地面控制級(jí)、主機(jī)級(jí)、CAN網(wǎng)和RS485網(wǎng)。教室控制等級(jí)和地板控制等級(jí)使用具有MCS-51-8051單片機(jī)作為中央處理器的控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)部分在教室的同一層使用以RS485標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)，地板和監(jiān)視中心（主控制主機(jī)）之間的通信使用CAN網(wǎng)絡(luò)。所有的教室控制器和地板控制器都必須建立在網(wǎng)絡(luò)和通信平臺(tái)上。系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)的串行端口和單片機(jī)的串行通信功能，使用RS485總線網(wǎng)絡(luò)和CAN總線網(wǎng)絡(luò)分別實(shí)現(xiàn)單片和單片。

（二）LED照明控制

在LED照明控制中，為了使設(shè)計(jì)更加科學(xué)優(yōu)化，需要對(duì)環(huán)境發(fā)光強(qiáng)度檢測(cè)之后，對(duì)移動(dòng)物體檢測(cè)燈具通常在夜晚工作。在照明控制裝置設(shè)計(jì)中可以增加工控設(shè)計(jì)，保證高于夜晚的亮度值。照明控制裝置要充分考慮學(xué)生學(xué)習(xí)和教室上課的需求，對(duì)于照明亮度要求比較高，要適量調(diào)整亮度。在LED照度范圍內(nèi)，可以將光照度調(diào)整到500sd左右。在控制電路設(shè)計(jì)中，樓道和教室內(nèi)的環(huán)境各不相同，在照度設(shè)計(jì)中也存在明顯差異，樓道臨界值應(yīng)該低于教室內(nèi)的臨界值，有效節(jié)約資源。通過對(duì) LED照明強(qiáng)度的自動(dòng)調(diào)整，單片機(jī)可以在判斷人為移動(dòng)時(shí)控制 LED照明開關(guān)的開啟和降低。在教室智能照明控制系統(tǒng)維修模塊設(shè)計(jì)中，如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行很容易導(dǎo)致用電設(shè)備損壞，通過構(gòu)建檢修模塊能夠在發(fā)生故障后立即對(duì)燈具進(jìn)行檢測(cè)，通過單片機(jī)向維修人員發(fā)出指令，在維修過程中只需切換工作維修模式，就能保證單片機(jī)處于維修狀態(tài)，確保維修人員安全[3]。

三、教室照明控制系統(tǒng)的問題

（一）布局問題

教室內(nèi)距離窗戶遠(yuǎn)近各不相同，受日光強(qiáng)度的影響也各不相同，不在不同區(qū)域內(nèi)需要安放控制該區(qū)域的三盞燈，相鄰兩區(qū)域的裝置探測(cè)范圍都有明顯重疊，要保證在有人員活動(dòng)區(qū)域中有足夠的光強(qiáng)，當(dāng)某一個(gè)同學(xué)單獨(dú)處于某一區(qū)域，只有它周圍的燈亮。處于區(qū)域重疊時(shí)至多有6～9盞燈亮。還有其他人員來到教室時(shí)可以選擇其他區(qū)域，當(dāng)沒有人或者光的強(qiáng)度足夠時(shí)則燈光立即熄滅，實(shí)現(xiàn)智能化控制，達(dá)到有效的節(jié)能效果。

（二）遠(yuǎn)紅外探測(cè)裝置的問題

在標(biāo)準(zhǔn)教室內(nèi)部，如果紅外裝置沒有得到合理控制，每一個(gè)裝置都能夠探測(cè)5m范圍，造成大面積的重疊交叉，失去了智能控制的效果。為了增強(qiáng)教室內(nèi)4個(gè)裝置的覆蓋范圍，避免相互影響，需要在此裝置中安裝一定傾斜角度擋板來控制具體的作用范圍，還要讓兩個(gè)區(qū)域的裝置具有明顯的交叉，確保人員能夠在某一區(qū)域時(shí)只有此區(qū)域的燈光亮而處于兩個(gè)區(qū)域中間時(shí)，兩個(gè)區(qū)的中間同時(shí)減量，每一個(gè)區(qū)域接受光照角度不同，要合理優(yōu)化照度計(jì)的設(shè)置，為了增強(qiáng)照度計(jì)工作準(zhǔn)確，效果可以放置在太陽(yáng)光和燈光無法直射的區(qū)域，保證照度計(jì)測(cè)試負(fù)責(zé)區(qū)域的散射光來提高區(qū)域光強(qiáng)的設(shè)計(jì)效果，最終滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需要[4]。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，在教室燈光照明設(shè)計(jì)中，不同類型的燈光照明控制系統(tǒng)功能比較復(fù)雜，對(duì)于教室的實(shí)用性并不高，要積極針對(duì)教室燈光照明智能控制系統(tǒng)進(jìn)行全面分析，有效提高照明系統(tǒng)的智能化控制水平，重點(diǎn)解決在實(shí)際設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問題，有效節(jié)約教室成本管理，及時(shí)做好燈具維修，避免電能資源的無效浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陽(yáng)佩良，楊春宇，梁樹英.重慶高校教室冬季照明主觀評(píng)價(jià)調(diào)查研究[J].燈與照明，2020，44（04）：8-11.

[2]王賀，薛鵬，梁青璇，趙夢(mèng)靜，趙一凡.高校教室LED照明效果與不同場(chǎng)景光環(huán)境需求研究[J].照明工程學(xué)報(bào)，2020，31（06）：106-112.

[3]宋濤.區(qū)域中小學(xué)教室照明整體提升工程實(shí)施方案的探索和研究[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2021（06）：12-14+32.

[4]楊靖宇.2019年五臺(tái)山風(fēng)景名勝區(qū)中小學(xué)校教學(xué)環(huán)境衛(wèi)生狀況調(diào)查[J].中國(guó)藥物與臨床，2021，21（05）：853-854.

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