基于单片机的教室节能控制系统的设计

毛静

（安康学院电子与信息工程系，陕西安康725000）

基于单片机的教室节能控制系统的设计

毛静

（安康学院电子与信息工程系，陕西安康725000）

针对目前教室用电量的极大浪费，利用单片机和传感技术开发设计了教室节能控制系统。讨论了系统的设计方案，给出了系统的硬件设计和软件设计。对系统进行了测试，取得了良好的测试效果。该设计思想为智能家居系统、智能安防系统的开发提供了参考价值。

节能控制系统；传感技术；CC2530；Zigbee

当今社会，能源紧缺和节能减排是世界各国所面临的重要问题之一［1-3］。电能作为人类生活中重要的紧缺能源之一，也需要整个社会节约使用［4-6］。然而，近年来，很多单位和个人用电存在浪费情况，尤其是高校用电，浪费情况较为严重［7-9］。目前，高校教学楼用电的管理仍然采用传统的由学生自己开关灯的模式，或者是由专人负责，根据作息时间和天气情况分楼层送电的模式［10-12］。传统管理模式不仅造成资源的浪费，而且需专人负责，造成管理上的不便，难于做到智能化管理。

随着科技的进步，单片机、嵌入式技术已经运用到社会生活的各个领域［13-15］。针对教室等照明场所的资源浪费问题，提出了使用单片机技术来智能控制照明系统。介绍了系统的工作原理和设计方案，阐述了系统的硬件设计和软件设计。系统由光照度检测模块，热释红外检测模块，数据处理模块和开关灯控制模块组成。综合运用传感技术、单片机技术和通讯技术对系统进行了实现。该系统能够智能控制照明系统，极大的节约了资源。

1　系统硬件设计

1．1通话系统总体设计

系统基于CC2530单片机，以Zigbee协议为组网机制。工作原理是由协调器节点以广播的方式将光照度传感器节点、人体红外传感器节点、灯光控制节点加入到该Zigbee网络中，然后网络中的所有的节点都可以相互进行通信，实现对教室灯光的智能控制。系统主要的模块有光照强度检测模块、热释电红外传感模块、数据处理模块、开关灯控制模块组成。系统整体框架如图1所示。

图1　系统整体框架图

1.2光照强度检测模块设计

光照强度检测模块用于监测、采集和发送教室的光照强度信息。模块使用光照度传感器获取光照强度数据，并发送到数据处理模块。光照度传感器将采集到的光照强度数据和系统预设的临界值进行比较，分析教室光照度是光亮还是昏暗。并向数据处理模块发送两个字节的分析结果，首字节表明该数据是由光照强度模块发送的，次字节是该模块分析的结果，若教室明亮，则该字节为0，若教室昏暗，则该字节为1。具体电路图如图2所示。

1.3热释电红外传感模块设计

教室内是否有人是由热释电红外传感模块来实现的。该模块主要由热释电红外传感器GH-718和CC2530处理芯片构成。GH-718是基于红外线技术的自动控制产品，具有灵敏度高，可靠性强的特点。具体电路如图3所示。

图2　光照强度检测模块电路

图3　热释电红外传感模块电路图

该模块工作时，以每秒1次的频率采集教室里是否有人员信息，当教室内有人时，该模块输出高电平，没人输出低电平。CC2530处理芯片通过人体热释电模块输出的高低电平分析判断教室是否有人，并根据分析结果发送两个字节的控制命令给开关灯控制模块。首字节表示该数据是“热释电红外传感模块”发送的，次字节表明教室是否有人，“0”代表教室没人，“1”代表教室有人。

1.4数据处理模块设计

数据处部模块由Zigbee网路中的协调器完成。该模块接收光照强度模块和热释电红外传感模块发送来的数据，并通过综合判断光照度信息和人员检测信息得出应该开灯或者关灯的控制命令，然后将控制命令发送到灯开关控制模块。工作原理如图4所示。

图4　数据处理模块原理图

数据处理模块根据接收到的第一个字节判断是由哪个模块发送的数据，第二个字节是该模块的状态（有无人/暗或明），若光照强度模块和热释电红外传感模块都向数据处理模块发送了数据，且第二个字节都为“1”，表明教室内有人且光线较差，就发送数据“1”到灯开关控制模块，表示“开灯”命令，否则发送数据“0”，表示关灯命令。

2　系统软件设计

系统使用C和汇编语言进行编程实现。系统使用传感器对室内光照强度和人员信息进行检测，检测数据传送给数据处理模块，由该模块对数据进行分析处理并控制灯开关。启动系统后，先调用Z_stack APP函数对系统进行初始化操作，建立Zigbee网络，并将光照强度模块和热释电红外传感模块加入网络，成功建立网络后，启动定时器，光照强度模块和热释电红外传感模块开始按照设定频率采集光照信息和人员信息，并将采集数据发送给数据处理模块。数据处理模块接收、判断、分析这些数据并根据分析结果发送相应控制命令到灯开关控制模块，实现灯的智能开关。系统流程图如图5所示。

图5　数据处理模块流程图

3　系统测试

设计完该系统的硬件和软件后，对各模块进行测试。接通电源，用深色的布盖住光照度传感器，同时人靠近热释电红外传感器，灯亮；人远离热释电红外传感器，灯灭，表明人员检测模块能够正常工作。当用手电筒照射光强度传感器时，不管人靠不靠近热释电红外传感器，灯都处于熄灭状态，表明光照度检测模块功能正常。同时，系统能够正确的执行开关灯操作，表明整个系统功能正常。

4　结论

教室节能控制系统，主要以教室内的光照强度和教室内是否有学生等信息作为检测对象，根据检测结果利用CC2530单片机对数据进行处理和分析，控制教室灯的开和关。系统的创新点在于智能化、自动化程度高，且使用简单的传感器技术，易于实现，实用性比较强。该系统的设计思想还为智能家居系统、智能安防系统等的设计提供参考价值。

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The design of classroom energy saving control system based on single chip microcomputer

MAO Jing
（Department of Electronic and Information Engineering，Ankang University，Ankang 725000，China）

Aiming at the classroom with a great waste of electricity，used single chip microcomputer and sensor technology development and designed the energy-saving control system of the classroom，discussed the hardware and software system.The

energy saving control system；sensing technology；CC2530；Zigbee

TN05

A

1674－6236（2016）12-0182-03

2016-01-29稿件编号：201601281

陕西省自然科学基金研究项目（2014JM8358）

毛静（1986—），女，陕西安康人，硕士，助教。研究方向：计算机应用技术、嵌入式技术。

system was tested and achieved good results.The method provides a good reference to the development of intelligent anti-theft system and smart house.