浅谈高校电力智能节能系统设计方案

周扬玲

（四川中医药高等专科学校信息中心 四川 绵阳 621000）

浅谈高校电力智能节能系统设计方案

周扬玲

（四川中医药高等专科学校信息中心 四川 绵阳 621000）

智能综合布线系统在现代化的生活中扮演着越来越重要的角色，本文对高校电力智能节能系统设计的概念及特点构成进行了阐述，并对布线系统进行了简单的论述。

智能化；综合布线；电力布线

我国是一个人口众多、资源短缺、环境容量相对有限的国家，随着我国经济建设的大力发展以及人口的逐渐递增，资源短缺已经成为了影响我国经济发展的首要问题。我国的能源消费总量长期在世界上位于前列。作为资源消费特大型国家，我国又属于典型的资源供应依赖型国家，资源消费对外部的依赖程度极高。

为了解决资源短缺的问题，国家制定相关政策加大节能市场的市场容量，为节能市场开辟了一个前所未有的大好局面，在未来几年里，中国节能市场容量将出现几何倍数的增长。

而相对其他能源，国家电力资源的紧缺与电力资源无法高效利用的更为突出。据统计，中国每年因电能利用效率低下而造成的电力浪费约两千亿千瓦时。

浪费用电是现在屡见不鲜的社会现象，它是随着人员物质生活和精神生活的富余而逐步产生的一种现象。比如：一个人在家，却将家里的所以灯全部打开；在学校的教室里，学生离开了教室，教室里一个人都没有，却没有及时关灯，导致灯一直开着。很多人都不知道电力资源的宝贵，更不知道节约用电。导致电力资源大量流失，无法高效的进行利用。

本系统采用图像识别和传感器综合的方式来设计智能电力节能控制解决方案：

主要利用单片机技术、传感器技术、图像识别技术等关键技术，实现光强判断、人数检测和人员分布位置的确定，并使用上位机软件通过总线对各前端设备的状态进行分析，从而下达正确的灯光控制指令，进行电力资源的智能控制，以达到节能的目的。

采用光敏电阻检测光线强弱。图1是光敏电阻的特性曲线示意图，其中，fL fH是光敏电阻的工作频带，flP是中心频率；图2是光敏电阻在中心频率光照下的电阻值与光强的关系曲线示意图。

图1 光敏电阻的特性曲线

图2 电阻值与光强的关系曲线示意图

光敏电阻的工作特性为[19]：当入射光强强时，电阻会减小，当入射光强弱时，电阻会增大。随着光强的不断增强，电阻值急剧减小，其暗室电阻可达到50MΩ。因此可以根据工作在可见光频率范围的光敏电阻，利用其工作特性测出光强信号，即可判断室内灯光的开启条件。当自然光强可以满足室内照明需求时，即使室内有人，也不会开启灯光；当自然光强无法满足照明需求时，通过红外设备检测室内是否有人，如果室内有人则达到灯光开启的条件。

检测室内人员人数的红外设备由一个红外发光二极管与一个红外光敏三极管构成，利用红外二极管发射红外光线，利用光敏三极管接收红外光线，在二极管和三极管之间形成一条检测线。

人体热释电红外传感器的优点是本身不发射任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的，对物体的存在进行反应，不管物体是否移动，只要处于感应器扫描范围内，它都会反应。其缺点是容易受各种热源，光源的干扰；被动红外穿透能力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。环境温度和人体接近时，探测和灵敏度明显下降。但是在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。处理后的信号仍然是一个模拟信号，可以直接接入单片机的P1口进行A/D转换，从而得到热释电信号。

若有人进入房间，通过第1路红外传感器，被感应到后，红外接收管输出信号就由高电平变为低电平信号，此信号经过隔离缓冲送至CPU处理，若有人出房间，第2路红外传感器感应到后同样经过隔离缓冲送至CPU处理。当系统电路统计的人数大于0(即室内有人)。

这个方案减少了安装的麻烦，通过减小系统的体积，使其只需将探头安装在门口处，避免了室内的复杂环境对安装的影响。处理后的信号仍然是一个模拟信号，可以直接接入单片机的P1口进行A/D转换，从而得到热释电信号。

经过上述过程，完成了对人进入房间的检测，从而判断进入房间内人数。如果人员离开房间，上述1号和2号传感器的检测顺序相反，从而判断离开房间人数，从而得到房间内人数的统计。

由于室内公共场所的照明设备往往有多个，可安装视频监控设备，采集视频信号，通过图像识别技术分析采集到的视频信号，实现室内人数信息和人员分布信息的检测，并通过相应处理电路，将得到人员信息转换为TTL电平，通过单片机实现信息检测和处理，从而判断开启灯组数量。根据设定灯光开启规则，利用可控硅来自动控制照明设备是否开启，以及开启和关闭的数量。

系统实现方式

（1）灯光控制

采用MOC3041双向可控硅输出型光电耦合器来实现

（2）灯光供电平均电压的控制

通过单片机PWM信号来进行控制，控制PWM的占空比

（3）灯光定时开启的控制

通过计算机设置，由计算机读取系统时间来实现

（4）灯组完好性的检测

通过对检测指令的实施情况

（5）综合光强和控制信息，如果已经发出点亮照明设备的控制信号(假设发送该控制信号的控制器工作状态良好)，而室内光强并无改变，就可以准确判断哪一组照明设备出现了故障，并自动给出报修信息。

一台PC机负责一栋楼的控制和视频处理，处理的结果通过网络传输到指定定的管理PC，进行信息归总处理。同时，负责每栋楼管理的PC将每个房间单片机采集的人数信息、光强信息、灯具完好性等信息收集起来，再根据光强信息、人数信息和人员位置信息和其它房间是否正在进行电气检修等信息，综合进行判断，确定是否开启、开启多少、开启那里的灯光。

系统通过微机串行接口与485总线进行通讯，实现微机与多台设备的连网，通过这种通讯方式，可通过微机进行多个设备的参数修改与指令控制，实现控制的灵活性和及时性。485总线通信采用RS232C-485通信的低功耗收发器。

系统采用转换器进行RS-232与RS-485信号的信号转换，转换器兼容RS-232、RS-485标准，能够将单端的RS-232信号转换为平衡差分的RS-485信号，并可将RS-232通信距离延长到1.2公里。实现了主控计算机与外围设备的通讯，构建了1点到多点的半双工通讯网络，实现了多机应答通讯机制。

本设计从电力节能系统对学校教学用电的影响出发，以节约能源为目的，制定了相应的灯光智能控制策略，设计了以光敏电阻检测室内自然光光线强弱、以热释电红外传感器来实现人数检测、以图像识别技术实现对人员分布位置的检测的方案。在设计过程中，使用了以下关键技术∶

（1）将图像信息中的光强信息从RGB空间中分离的空间变换技术，其中包括光线补偿（Lighting Compensation）处理和非线性分段色彩变换（Nonlinear Color Transformation）；

（2）将人像从其他图像中分离的图像分割处理技术；

（3）将误检信号从分离出的人像信息中再分离的图像后验技术；

（4）检测房间人数信息的热释电红外传感技术；

（5）串口通信技术；

（6）灯光可控硅控制技术；

（7）用于公共场所灯光智能控制的信息融合技术；

（8）高级语言编程技术。

TM921.5;TM923 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624（2018）02-0154-02

周扬玲（1979-），女，汉族，四川绵阳人，四川中医药高等专科学校信息中心计算机教研室主任，计算机软件应用硕士研究生，计算机讲师，研究方向为计算机软件应用和计算机网络。