教室照明智能控制装置

徐维昌

(宁夏大学信息工程学院，宁夏 银川 750021 )

0 引言

目前，传统的教室内开关大部分是普通型开关或拉线式开关，然而由于各种不可控的因素及人们的日常习惯，造成大量的电能的浪费。另外，夜晚出行还要摸黑找开关，对学生和部分年长的教师不仅不安全，而且若是灯泡长时间亮着，也容易造成资源浪费。同时，现在教室多采用日光灯或白炽灯，相对于LED灯会造成更多的资源浪费[1-3]。针对以上种种问题，笔者研究出专门针对教室的智能照明控制装置。具体是对教室和教室外的楼道的照明系统进行智能控制。

1 总体设计说明

此照明控制装置的设计主要分为两个模块，一是智能控制模块，二是维修模块。智能控制模块主要是由单片机和移动物体检测传感器来进行控制，采用C语言进行开发。使用单片机对LED灯具进行控制，由传感器来进行移动物体检测。通过设计相应的程序可以使得传感器首先对移动物体进行检测，检测之后单片机会根据检测结果来判断是否需要打开LED灯，从而实现对照明装置的智能控制[4]。同时，笔者设计了相应的灯具的工作状态检测模块，如果有灯具损坏，则通过短信发送到维修人员，由维修人员进行检修，极大地提高的工作效率，其中图1为系统工作原理图。

图1 系统工作原理图Fig 1 System operation principle diagram

2 智能控制模块设计

2.1 移动物体检测装置

对移动物体的检测主要是采用移动物体检测传感器来进行实现。由于移动物体检测传感器的测物距离为5米，所以在设计时，针对教室则在其四角安装传感器，而针对楼道则间隔五米进行安装。这样就可以保证无死角的探测。传感器未探测移动物体时，输出状态为低电平0V，于是在模块设计时，将其初始化输出状态置为0V。若是探测到移动物体（探测到有人到来），则将其输出状态转化为高电平+5V[5]。三极管导通，输出状态转为低电平0V，此时单片机才对其进行响应，打开LED灯。同时为了保证其中任何一个传感器检测到移动物体之后，单片机都要进行响应，故需要在安装传感器时，将输出端进行并联，使其为线与的关系，可以保证无死角的探测。

2.2 LED照明控制装置

为了达到节能的目的，在设计照明装置时，采用了LED节能灯具。为了使设计更科学化，同时根据楼道和教室的照明情况的不同，将楼道和教室采取不同的控制方式。

首先，检测环境光照强度，之后再进行移动物体检测，由于灯具只是在夜晚照明，所以在照明控制装置进行设计时，增加了光控设计，同时笔者考虑到阴天的亮度，在设置临界值（即小于等于此值时，单片机才会打开LED灯）的时候要高于夜晚的亮度值，故当照度在50cd以下时，照明控制装置的所有I/O口及部件处于工作状态。在此照度以上的，所有I/O口属于封闭状态[6]。

第一路控制电路设计属于教室的LED照明控制。考虑到教室是提供学生学习和老师上课的场所，对照明亮度的要求较高。在单片机将LED灯打开时，对其亮度要适当调整，故在LED的照度范围内，将光照度调节到550cd（最适范围500cd--600cd）左右。并且在检测移动物体的情况下，光照亮度一直保持不变。

第二路控制电路则是针对教室外楼道的LED照明设计，基于楼道和教室环境情况的不同，所以在设计上也有所不同。楼道和教室都是要设计临界值，不过楼道的临界值要小于教室照明的临界值，本装置中将其设置为0.2cd，此照度为黑夜照度。工作原理与教室的工作原理相同。但是为了节约能源，还相应设计了照度调节的功能。当楼道无人之时，对LED的光照强度进行自动调节。即在检测到有人之时，单片机控制LED灯打开（此时光照度等于教室光照度），在人离开时，则调节LED的亮度为原来的10%，此设计也很好的实现了节能的目的。图2为设计模型的正常工作状态下的图。

图2 正常模式工作图Fig 2 Normal mode opeartion diagram

图3 维修模式工作图Fig 3 Maintenance mode opeartion diagram

3 维修模块设计

在实际应用过程中，用电设备的维修必不可少。维修检测模块，每天从晚上到白天时，会自动进行LED灯具的检测，如果损坏时，单片机收到LED灯损坏的控制信号后，发出相应的短信通知维修人员[7-9]。维修人员维修时，只需按下工作/维修模式开关，单片机处于维修模式的状态，此时灯具处于全部开启状态，不受控制装置的控制，方便维修人员对损坏灯具进行检修[10]。上图3为设计模型的维修模式下的图。

4 结论

本设计是在传统灯具控制上发现了诸多问题，并且通过思考提出了改进方案，做出了改进的相应设计。大大提高了实用性和安全性。在一定程度上，实现了节能减排，使设计变得更加意义非凡，若是经过改良应用到实际生活当中，将会为提高经济效益做出巨大贡献。同时，随着科学技术的不断发展，也可以将物联网和ZigBee技术应用其中，构建整个小区的智能照明控制装置，故本设计具有良好的推广价值。

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