陳楊　張玉婷　閆哲　張春光

摘要：隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，節(jié)能減排已經(jīng)成為一個(gè)不可忽視的社會(huì)問題。而大中型百貨商場(chǎng)作為公共建筑中的一種，其建筑面積大的特點(diǎn)導(dǎo)致照明用電的消耗也隨之增加。本文介紹了一種利用商場(chǎng)固有特點(diǎn)控制供電的裝置，即利用商場(chǎng)內(nèi)聲音強(qiáng)度及自然光強(qiáng)弱兩個(gè)維度進(jìn)行判斷分析進(jìn)而控制供電輸出，以完成節(jié)能減排的目的。本設(shè)計(jì)以成本低廉，性能穩(wěn)定，功耗低，安全可靠為出發(fā)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)，并通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：照明系統(tǒng)；節(jié)能減排；聲光信號(hào)

中圖分類號(hào)：TM923 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）09-0178-01

1 前言

大型百貨商場(chǎng)作為公共建筑中的一種，由于建筑面積大，各種照明、電器密度很高。大型商場(chǎng)一般每天運(yùn)行12個(gè)小時(shí)以上、全年基本沒有節(jié)假日，因此大型百貨商場(chǎng)的節(jié)能減排是有必要的。本文針對(duì)大型百貨商場(chǎng)的照明供電進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，利用自然光強(qiáng)弱情況和聲音大小兩個(gè)自然因素控制商場(chǎng)照明系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)能的需求。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)分析

本系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)方案分成六個(gè)部分，分別為傳感器模塊、電信號(hào)調(diào)理電路模塊、核心控制MCU模塊、控制電路、顯示屏模塊及獨(dú)立按鍵輸入模塊。其中，由傳感器模塊將光信號(hào)、聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成相對(duì)可讀的電信號(hào)。再由MCU通過AD轉(zhuǎn)換讀取這些電信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理后輸出相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，通過外部控制電路完成對(duì)供電電源的控制目的。同時(shí)，MCU可通過顯示屏實(shí)時(shí)顯示各參數(shù)值，用戶也可根據(jù)現(xiàn)實(shí)具體情況通過預(yù)留的獨(dú)立按鍵手動(dòng)控制系統(tǒng)。

2.2 各模塊功能介紹

2.2.1 信號(hào)采集部分

信號(hào)采集包括聲信號(hào)采集和光信號(hào)采集，即利用傳感器將聲信號(hào)和光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；聲信號(hào)采集使用駐極體話筒將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；光信號(hào)采集使用光敏電阻。

2.2.2 電信號(hào)調(diào)理電路

由駐極體話筒產(chǎn)生的電信號(hào)強(qiáng)度較小，本設(shè)計(jì)使用LM358運(yùn)放組成的放大電路放大200倍。實(shí)際測(cè)量中，本設(shè)計(jì)供電電壓為5V，此處輸出電壓范圍為0V-3.3V；由光敏電阻產(chǎn)生的電信號(hào)幅值較大，實(shí)際中輸出電壓范圍為0.5V-4.5V，可直接采樣無需調(diào)理電路。

2.2.3 核心控制MCU模塊

本設(shè)計(jì)使用STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控芯片。它內(nèi)部集成了2路PWM硬件輸出模塊，可做為控制信號(hào)輸出，另有自帶內(nèi)部8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換模塊，可令系統(tǒng)省去傳統(tǒng)的外部AD采樣模塊，降低電路復(fù)雜程度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時(shí)節(jié)約了成本。以上特點(diǎn)均完美符合設(shè)計(jì)要求，因此選用MCU-STC12C5A60S2作為本系統(tǒng)的核心控制單元。

2.2.4 控制電路

STC12C5A60S2單片機(jī)自帶的兩路PWM輸出信號(hào)通過晶閘管或繼電器以控制供電電路輸出，完成全部控制系統(tǒng)。

2.2.5 顯示及按鍵模塊

顯示部分使用LCD1602模塊，主要用于顯示當(dāng)前聲信號(hào)強(qiáng)度和光照強(qiáng)度。按鍵模塊則用于手動(dòng)控制與自動(dòng)控制的切換。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 AD采樣程序

STC12C5A60S2單片機(jī)自帶的ADC轉(zhuǎn)換口在P1口，其中P1.3、P1.4作為控制信號(hào)輸出，P1.0作為光信號(hào)采樣口，P1.1、P1.2、P1.5、P1.6、P1.7作為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)聲信號(hào)采樣口。

3.2 信號(hào)處理程序

利用定時(shí)器將ADC采樣所得的聲信號(hào)電壓值每0.05s保存一次，每記滿20次取一次平均值作為當(dāng)前聲音的對(duì)應(yīng)電壓，經(jīng)過與分貝記對(duì)比得到電壓與分貝間的線性關(guān)系。再根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境在程序中設(shè)置一個(gè)音量閥值，通過采集到的數(shù)據(jù)和該閥值比較得出聲音強(qiáng)弱，得出相應(yīng)的控制信號(hào)；利用硬件特點(diǎn)用百分比表示光照強(qiáng)度。將采樣值除以基準(zhǔn)電壓5V，得到采樣值與基準(zhǔn)電壓的比值作為光照強(qiáng)度，處理方法與聲信號(hào)相同。

3.3 輸出信號(hào)程序

STC12C5A60S2單片機(jī)有內(nèi)部集成的可編程計(jì)數(shù)器陣列。通過改變寄存器CCAP0L、CCAP0H的值可輸出相應(yīng)占空比的PWM波。

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