一种教室光控系统的设计

秦梅宝 南昌工学院 基础教学部

一种教室光控系统的设计

秦梅宝 南昌工学院 基础教学部

目前，国内各大高校中，学生自觉节能意识薄弱，在教室光线足够亮时也开灯，离开教室后灯还亮着的现象普遍存在，且教室极多，管理人员也管不过来，这样就造成了不必要的电能浪费和经济损失。据中国行业研究网报道，2013年，我国照明用电量已占总用量的13%左右，而对照明时间长，照明场所多的学校，照明用电量将远远超过这个数字。因此，把节约能源的观念引入教学楼的设计中具有十分重要的意义。

节能 光控 照明

随着社会经济和科学技术的发展，人类社会的进步越来越依赖于资源的开发与利用，然而与日俱增的能源需求和有限的资源数量形成了巨大的矛盾，能源短缺问题日益突出，成为一个国家经济发展的“瓶颈”。在寻找替代品、提高能源利用率和节约能源等几种缓解能源危机的途径中，节能无疑是符合可持续发展要求。

一、国内外研究现状

2013年2月20日，环境署公布研究显示，全球每年约有超过250亿吨煤油被用于照明，在没有考虑政府补贴因素的情况下，其费用高达230多亿美元。2月22日，国务院将高效照明产品及系统纳入国家战略新兴产业。目前，世界各国也在研究新的节能方式，比如欧司朗-斯维尼亚公司不断的推出新型高输出的荧光灯，节约6%的总系统功率，并具有更高的光通量和平均光通量[7-10]。飞利浦照明公司推出的陶瓷金卤灯代替过去的卤钨灯，可节能60%的电能。种种迹象表明世界各国都在采取不同方式来节约能源，节约电能。此外，能源问题不仅关系经济发展和环境生态，在特定情况下还会对社会稳定有很大影响。鉴于能源问题的重要性，我国在绿色照明工程新闻发布，绿色照明工程未来五年间将在公用设施、宾馆、商厦、居民住所等全国建筑物中推广1.5亿只节能灯，节电290亿度电。上海、河北等一些地方采取政府对节能灯大宗采购每只补贴3至4元的方式进行推广。从普通白炽灯到高效节能灯，使我国的电光源产品结构逐步向节电型转变，荧光灯与普通白炽灯的比例由1995年的1:6.25上升到目前的1:1.5。目前，我国照明用电约占社会总用电量的13%，采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节电60%到80%。如今，北京正在大力推行绿色照明工程己推出上百万只绿色照明光源和部分节能电器，据测算年节约用电可达3442万千瓦时，节约电费251、9.7万元。政府己经在商厦、学校、医院等更换了24万只节能灯具。在奥运工程的建设上，也大量运用节能技术，北京的奥运场馆“水立方”，通过采用大量的节能灯具，装备新技术，通过增强透光性白天可节约照明能耗50%。

二、设计目的

提到照明节能，最容易让人联想到的就是节能灯具，将普通灯具更换为节能灯具无疑是最简单的节能方案，但是长明灯仍然是我们不想看到的浪费现象。另外，节能灯价格是普通灯具的几倍，让学校大规模的进行更换代价太大，而且换下的普通灯具也将造成另一种浪费，这种方案对于我国大多数高校来说不够现实。

另外，高校教室具有人员流动性大，长时间开放，无固定作息时间，座位不固定，教室用途多等特点，所以我们的控制必须以人体为信号、光强作为控制开关灯的依据。两者缺一不可。如果，单纯依靠光强作为开关灯控制依据，就会出现教室无人而光照强度弱时开灯的情况；若单纯依靠人体存在信号作为控制依据，则会出现教室有人而光强足够时开灯的现象；那么控制的效果就不好，这样的控制系统就没有什么意义了。

所以本论文主要是针对目前高校教学楼教室的电能资源浪费严重，教室资源利用不合理，用电设备控制和教学管理不足的现状，设计了教学楼节能控制系统，以达到高校教室用电设备的合理使用，节约电能以及改善教学管理的目的。

三、设计方案

系统控制单元是以单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括:下载线模块、系统供电模块、硬件时钟模块、看门狗模块、灯光驱动模块、数码管驱动显示模块、环境光模块、存储模块、人体存在传感器模块、超时报警模块，其结构框图下图所示：

论文研究的教室光控智能系统可实现有效的教室灯光智能控制。其输入参数主要是人体存在信号和环境光信号等的外界因素，环境光的强度达到一定值时不开灯，环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，理论和实验证明用这种方式来对教室灯进行智能控制可以实现上述目标。教室灯光控制器由机械开关和红外传感器组成，红外传感器安装在教室门口，当有人进入且灯光较暗时打开灯，机械开关安装在教室每个座位上，用来检测是否有人坐下。前后教室门口分别安装光耦用于检测进进出出教室的人数。

四、前景分析

该系统以AT89C52单片机作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度;根据教室合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对教室照明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有多种报警功能;同时还采用了软/硬件的“看门狗”技术等抗干扰措施。单片机软件采用汇编语言编制，采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。

该系统具有体积小，控制方便，可靠性高，专用性强，性价比合理等优点，可以满足教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。本控制系统与已有的教室灯光配套使用时，不需要对原有设备电路进行大的改动，以降低成本实现了教室灯光的智能控制。

[1]谢静,胡耀斌,何霖.教学楼照明系统的智能控制研究[J].机电工程技术,2009(11).

[2]贾正松.基于单片机实现智能照明控制系统的设计[J].现代电子技术,2009(17).

[3]周晓伟,蔡建平,郑增威,应晶.新型室内照明智能控制系统的研究与实现[J].计算机应用研究,2009(08).

秦梅宝（1986-），女，陕西咸阳人，硕士，讲师，研究方向：物理学及教学改革。

2015年度南昌工学院科技计划项目（GJKJ-15-33)。