崔瑾娟

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西省長(zhǎng)治市 046000）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)傳統(tǒng)樓宇控制系統(tǒng)中的照明燈具節(jié)能和科學(xué)管理提出更高要求，其智能化控制最為重要。針對(duì)大學(xué)教室照明燈具選擇合理的照明方案，配置先進(jìn)的控制系統(tǒng)，則體現(xiàn)出節(jié)約能源，降低學(xué)校運(yùn)行費(fèi)用，提高學(xué)校的科學(xué)管理水準(zhǔn)，具有極大的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)效益。目前全國(guó)高校中對(duì)教室照明多數(shù)采用粗放式管理，即為由樓管人員在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)每間教室進(jìn)行檢查，然后進(jìn)行拉閘供電或者斷電。這種粗放式人為管理方式極易造成電能浪費(fèi)，著眼于整個(gè)學(xué)校的大局和全社會(huì)能源短缺的大環(huán)境，高校教學(xué)樓照明燈的智能化管理改革勢(shì)在必行。

1 教室智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

教室智能照明控制系統(tǒng)是依據(jù)教室的光照強(qiáng)度和人體存在的位置對(duì)教室的燈具進(jìn)行控制。這里選用單片機(jī)為核心器件對(duì)環(huán)境光的信號(hào)和人體位置信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并做出相應(yīng)處理，然后據(jù)此控制教室的燈具開(kāi)與閉。具體控制分兩種情況：一是教室上課用時(shí)，對(duì)人體位置不必檢測(cè)，只檢測(cè)教室的光照強(qiáng)度。若教室的光照強(qiáng)度可以滿(mǎn)足學(xué)習(xí)的要求，不開(kāi)教室的燈；教室的光照強(qiáng)度不滿(mǎn)足學(xué)習(xí)的要求時(shí)，開(kāi)教室內(nèi)的所有燈。二是教室自習(xí)時(shí)，對(duì)教室的光照強(qiáng)度和人體位置都要進(jìn)行檢測(cè)。若教室的光照強(qiáng)度不滿(mǎn)足學(xué)習(xí)的要求且有人體存在于相應(yīng)的位置時(shí)，打開(kāi)相應(yīng)位置的燈；若教室的光照強(qiáng)度不滿(mǎn)足學(xué)習(xí)的要求但此位置沒(méi)有人體存在時(shí)，熄滅相應(yīng)位置的燈；若教室的光照強(qiáng)度滿(mǎn)足學(xué)習(xí)要求且教室沒(méi)有人體存在，熄滅教室所有燈具。在對(duì)人體位置檢測(cè)時(shí)要進(jìn)行一定的延時(shí)后再對(duì)人體的位置進(jìn)行重新判斷，以免人體暫留所帶來(lái)的誤動(dòng)作。由于考慮到人性化的管理，在學(xué)校規(guī)定熄燈時(shí)間后進(jìn)行一次報(bào)警提示，提示后延時(shí)足夠長(zhǎng)的時(shí)間熄滅教室的所有燈具。為了使系統(tǒng)可靠運(yùn)行，能夠完成所要實(shí)現(xiàn)的功能，在設(shè)計(jì)時(shí)還對(duì)單片機(jī)進(jìn)行了相應(yīng)外圍電路的設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)教室智能照明控制系統(tǒng)的性能要求，設(shè)計(jì)中選用了AT89S51 單片機(jī)為控制系統(tǒng)的核心器件。系統(tǒng)硬件如圖1 所示，有系統(tǒng)主控模塊、環(huán)境光檢測(cè)電路、人體檢測(cè)電路、電源電路、看門(mén)狗電路、I/O 擴(kuò)展電路、時(shí)鐘電路等組成。系統(tǒng)硬件電路是滿(mǎn)足教室智能照明控制系統(tǒng)性能的重要因素。教室智能照明控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)應(yīng)本著簡(jiǎn)單、容易實(shí)施、節(jié)約單片機(jī)的資源、低成本等為原則。

2.1 人體檢測(cè)模塊

圖1：基本結(jié)構(gòu)框圖

因系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮到成本問(wèn)題，和人體與一般物體的區(qū)別以及教室場(chǎng)合人體檢測(cè)精度不高，本次設(shè)計(jì)采取熱釋紅外探測(cè)傳感器。熱釋紅外探測(cè)原理是人體表面溫度與周?chē)h(huán)境溫度存在差別，在人體移動(dòng)時(shí)，這種差別產(chǎn)生的變化可以通過(guò)紅外敏感元件來(lái)檢測(cè)到，從而觸發(fā)報(bào)警。此外，為了防止誤報(bào)，被動(dòng)紅外探測(cè)器通過(guò)菲涅爾透鏡將探測(cè)覆蓋范圍分成一定數(shù)量的探測(cè)區(qū)，當(dāng)溫度變化在兩個(gè)區(qū)之間產(chǎn)生時(shí)，探測(cè)器電路就觸發(fā)一個(gè)信號(hào)脈沖，探測(cè)器根據(jù)信號(hào)脈沖觸發(fā)警報(bào)，然后輸出。其工作在室溫條件下，信噪比很高，檢測(cè)靈敏度很高，而且與輻射波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，可探測(cè)功率只受背景輻射的限制。而且熱釋電器件響應(yīng)也很快，應(yīng)用又方便。

2.2 環(huán)境光檢測(cè)模塊

本設(shè)計(jì)選取光敏電阻器，其電阻值能隨著外界光照強(qiáng)弱(明暗)的變化而變化。它在無(wú)光照射時(shí)，呈高阻狀態(tài)；當(dāng)有光照射時(shí)，其電阻值迅速減小。圖2 中運(yùn)算放大器的供電位+12V ～-12V，電路供電為5V。當(dāng)教室的光照比較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻R32 阻值將急劇減小。此時(shí)由運(yùn)算放大器組成的比較電路將輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)R35、RV4、R37 電阻的嵌位，可以直接傳送給單片機(jī)。當(dāng)教室的光照強(qiáng)度比較弱時(shí)，光敏電阻的阻值會(huì)很大，比較器將輸出一個(gè)低電平信號(hào)，同樣經(jīng)過(guò)R35、RV4、R37 電阻的嵌位，就可以直接傳送給單片機(jī)。

3 軟件設(shè)計(jì)

圖2：光敏電阻檢測(cè)電路

根據(jù)教室智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)定功能，將軟件劃分為若干個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的模塊，主要有環(huán)境光采集模塊、人體存在采集模塊和時(shí)鐘模塊等。模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是，每一個(gè)模塊都相對(duì)獨(dú)立，故能獨(dú)立地進(jìn)行設(shè)計(jì)和修改，從而使復(fù)雜的工作得以簡(jiǎn)化。模塊之間的相互獨(dú)立也有助于設(shè)計(jì)任務(wù)簡(jiǎn)單化，這樣可提高工作效率。軟件各個(gè)模塊的設(shè)置完成之后，還需要將它們按一定的方法連接起來(lái)，才能構(gòu)成完整的軟件流程，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和輸出等各種功能。軟件模塊的連接，一般是通過(guò)調(diào)用各種功能模塊，或采用中斷的方法實(shí)時(shí)地執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且按功能層次繼續(xù)調(diào)用下一級(jí)模塊。模塊之間的聯(lián)系是由數(shù)據(jù)接口（數(shù)據(jù)緩沖器和標(biāo)志狀態(tài)）來(lái)完成的。

其C 語(yǔ)言如下：

4 結(jié)束語(yǔ)

教室照明智能控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的照明方式比較具有運(yùn)行可靠穩(wěn)定、使用方便、雖一次費(fèi)用較高，但運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、操作安全、安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、功能豐富、優(yōu)異的可擴(kuò)展性、便于系統(tǒng)集成等一系列優(yōu)點(diǎn)。最大程度上減少資源浪費(fèi)提高資源利用率，可用于各種各樣的學(xué)校商場(chǎng)等室內(nèi)場(chǎng)所的照明智能控制。同時(shí)本系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單并且工作十分穩(wěn)定可靠，同時(shí)成本較低。