金　博（公安海警學院,浙江寧波315000）

高校教室燈光的智能控制系統(tǒng)設計研究

金博
（公安海警學院,浙江寧波315000）

隨著我國在高校教育上的投入力度加大，各高校不斷擴招生源、擴建教學場地。為滿足教育教學和學生生活的需要，高校的用電量不斷增大。目前我國高校的教室數量巨大，耗電量驚人，許多教室經常出現“長明燈”現象。為解決這一問題，筆者建議高校教室安裝燈光的智能控制系統(tǒng)，市面上常見的有基于熱釋傳感器進行設計的燈光系統(tǒng)、LED燈光控制系統(tǒng)等等。本文介紹了基于熱釋傳感器進行設計的燈光系統(tǒng)，分析了這一系統(tǒng)的原理和軟件、硬件設計，并對這一系統(tǒng)的安裝提出建議。

教室；燈光；智能控制系統(tǒng)；熱釋傳感器

研究人員在對高校教室燈光智能控制的研究中，創(chuàng)造性的提出了以熱釋傳感器為基礎的控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)極大地解決了以往燈光控制系統(tǒng)對人體感應不靈敏的問題，使傳感器能夠主動識別教室內的人體發(fā)出的紅外線，通過判斷識別的結果決定控制線路的開關，最終實現對教室燈光的智能控制。該智能控制系統(tǒng)不僅能夠極大改善高校的電力浪費情況，還有很大的經濟價值。

1　基于熱釋傳感器燈光智能控制系統(tǒng)的原理

（1）熱釋電傳感器工作原理。1985年開始，熱釋電傳感器功能原理熱釋電傳感器逐漸走入人們的視線。它可以在不接觸人體的情況下根據人體發(fā)射的紅外線檢測出人體存在，并且將檢測到的信號轉換為電信號進行傳輸。當熱釋電傳感器把這種電信號放大到一定水平時，就可以開啟人體紅紅外線傳感器。高熱電系數材料是熱釋電傳感器的主要材料，經過加工可以將這些材料制成2毫米高、1毫米寬的探測元件。探測元件會發(fā)生自發(fā)極化反應，當周圍溫度升高時，自發(fā)極化反應變小[1]。所謂熱釋電就是指當這一元件因感應到紅外線表面溫度升高時，原件上所帶電荷量降低，即該元件釋放了電荷。如果這一紅外線輻射持續(xù)存在，探測元件表面溫度逐漸平衡，上面附帶的電荷也就不會再減少。

（2）熱釋電傳感器的被動特性和主動特性。熱釋電傳感器主要是依靠外界的紅外線能量的變化進行工作，但是它本身不存在任何能量變化的反應。熱釋電傳感器的這一特性被稱為被動特性，這一特性能夠檢測出環(huán)境中運動中人發(fā)出的紅外線變化，對靜止不動的人卻沒有任何反應。因此，要利用熱釋電傳感器的功能必須在裝置上增設運行設備，以使人體和熱釋電傳感器之間發(fā)生相對運動。運行設備的應用，可以提高熱釋電傳感器對人體靜態(tài)活動的檢測力度，在人體靜止時熱釋電傳感器也能正常發(fā)揮檢測作用，使燈光控制系統(tǒng)中開關的靈敏度大幅度提升。

2　基于熱釋傳感器燈光智能控制系統(tǒng)的設計

（1）總電路設計?；跓後寕鞲衅鳠艄庵悄芸刂葡到y(tǒng)的電路中包括電機電源、電機驅動、執(zhí)行電路、紅外延時系統(tǒng)、芯片電源等5個模塊，電信號經過一系列的傳輸、轉化，最后最終實現燈光智能控制的目的。在安裝時一般會選擇5V電壓的電源作為電機電源，使電機可以在固定的周期內旋轉，完成信號的傳輸工作[2]。通常會選用BISS0001芯片作為芯片電源，以保證芯片能夠高效率工作。

（2）電機驅動電路設計。這一電路的核心設計是通過影響單片機的工作方式實現對步進電機驅動的控制，進而改變電機的運動方向。這一系統(tǒng)設定電機的運動周期為60S，憑借步進機提供的動力對控制范圍內的環(huán)境進行周期性監(jiān)測，并將獲取的信號傳遞給紅外延時系統(tǒng)。

（3）執(zhí)行電路設計。這一電路的作用就是將芯片二管腳傳遞的電平信號輸送給三極管進行處理，使三極管控制2P4M維持線路導通。2P4M在輸送電平較高時維持線路通暢[3]，在輸送電平較低時則將電路關閉，進而熄滅2P4M兩端的燈具。

3　熱釋電傳感器的優(yōu)點和缺點以及注意事項

（1）優(yōu)點方面。熱釋電傳感器本身具有輻射性，因此外界環(huán)境對其性能的影響很小，使用壽命也很長。另外，該裝置的體積小、不易被人發(fā)現，可以在最小程度上破壞教室內的整體裝修設計。因為它的價格低廉、功能強大，所以使用越來越廣泛。

（2）缺點方面。盡管熱釋電傳感器有很多其他傳感器不具有的優(yōu)點，但是它還是存在很多不足：因為它主要是依靠紅外線進行工作，內置許多對輻射敏感的零件，所以它很容易受到射頻輻射的影響；當外界溫度接近370C時，該裝置的敏感度降低，探測會出現誤差，這回引起教室內燈光系統(tǒng)的混亂；人體發(fā)射的紅外線穿透力差，在熱釋電傳感器前有遮擋物時，紅外線不容易被探測到。

（3）安裝熱釋電傳感器注意事項。熱釋電傳感器是基于紅外線來探測的，它只能安裝在室內。它的準確率和安裝的位置、環(huán)境、使用方式息息相關。因為熱釋電傳感器容易受到光、熱影響，溫度變化會導致其可靠性較低，因此在安裝熱釋電傳感器要注意以下幾點：1）熱釋電傳感器最好安裝在距離地面2米左右的位置，這一高度方便它檢測到人體發(fā)射的紅外線；2）安裝熱釋電傳感器應該盡可能的避免靠近暖氣、空調等調溫設備；3）熱釋電傳感器周圍不能有較厚、體積較大的遮擋物；4）不能在正沖門口、窗口的位置安裝熱釋電傳感器，因為教室的這一位置經常會有自然熱能或者人員活動，使傳感器的準確率降低。

4　教室燈光的智能控制系統(tǒng)設計安裝

該智能系統(tǒng)的安裝也是系統(tǒng)設計中的一部分。高校教室的面積大小不一，長寬比例也各不相同，而人體發(fā)射紅外線的傳遞距離是有限的。因此在安裝該系統(tǒng)時，我們必須考慮到它的控制范圍，超過這一范圍，系統(tǒng)的功能就會受到影響。在教室安裝燈光智能控制系統(tǒng)前，必須嚴格按照教室面積、空間大小計算安裝位置、高度、數量，以保證該系統(tǒng)正常發(fā)揮功能。

5　結束語

高校教室的面積大，安裝的燈具較多，由于課程安排的靈活性導致它的人員流動性大，如果只靠手動方式控制燈具會極大地影響上課效率，如果沒有及時關燈還會造成浪費。本文針對目前高校教室燈具用電浪費情況，介紹了教室燈光智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以節(jié)能理念為出發(fā)點，旨在為高校提供節(jié)能節(jié)電的可行方法。盡管高校教室用電浪費問題已經開始受到重視，但是在節(jié)能這條路上高校要走的路還很長。學校必須提高學生素質，制定嚴格合理的節(jié)能制度，將“節(jié)能”口號落到實處。

[1]陳杰.高校教室智能照明控制系統(tǒng)的研究與設計[D].安徽理工大學,2014.

[2]李永喜.樓宇光控系統(tǒng)的設計[D].遼寧工程技術大學,2010.

[3]王川,徐雪慧.高校教室照明智能控制系統(tǒng)設計[J].武漢職業(yè)技術學院學報,2015(01):63-65+69.

金博（1989—），男，浙江溫州人，研究方向：單片機。