高校教室用电节能系统的设计

摘 要：当今用电节能是全社会普遍关注的问题，其中高校教室照明节能是关乎节约型高校创建成败的主要因素。目前大多数高等院校还没有重视教室照明方面存在的问题，比如教室照度不足、照明效率较低和电能浪费严重等问题。针对这些实际问题，本文设计的智能教室照明节能系统可以避免许多不必要的电能浪费，既能给人们提供照明的方便，又能节约电力资源，提高电力资源的利用率。

关键词：照明节能；智能控制；单片机；LED；时钟芯片

中图分类号：TN915.853；TP212.9 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）08-0040-03

Abstract：Electric energy saving is a common concern of the whole society today，especially in the energy saving of college classrooms，which is mainly about the main factors which are about the success or failure of the economized universities. At present，most colleges and universities do not attach importance to the problems of classroom lighting，such as insufficient illumination in classroom，low lighting efficiency and serious waste of electricity. In view of these practical problems，the design of intelligent classroom lighting energy saving system can avoid many unnecessary waste of electricity，not only provide people with convenient lighting，but also save power resources，and improve the utilization of power resources.

Keywords：lighting energy saving；intelligent control；single chip microcomputer；LED；clock chip

0 引 言

近些年来，随着我国教育事业的快速发展，人们对教育环境也越来越重视。由于教室的扩建，教室的用电负荷不断加大，而教室照明系统的操作和控制方式落后，教室照明用电浪费现象较严重，所以提高教室照明系统的智能化和节能化程度具有重要意义。目前，大部分学校教室电灯都是手动操作，当光线不足时，需要人员手动开启电灯。很多实际情况是教室人员较少，开启多个电灯造成光源浪费；常常由于疏忽，在人员离开之后忘记关灯导致用电浪费；在教室自然照明条件良好的情况下也时有开灯现象，在走廊、卫生间等公共区域，“长明灯”现象随处可见，造成了极大的电能浪费。减少教室照明用电的浪费刻不容缓，一间教室的用电浪费可能显得微不足道，但是日积月累，而且全国教室众多，所造成的资源浪费不容小觑。因此，本系统用单片机以及红外传感器可达到对教室照明系统的改进，从而达到节约用电的初衷。

1 智能照明节能系统的总体设计

该教室智能照明节能系统以AT89C52单片机最小系统板作为其核心控制模块，在最小系统的基础上加上其他外设功能电路，其外设功能电路模块主要含有以下模块：DS1320时钟模块、LM3392运放模块、LCD1602液晶显示模块、红外接收和红外发射模块、环境光信号采集和按键模块，其系统总体结构设计框图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 单片机控制核心模块

本控制系统选用AT89C52为主控处理器。模数转换芯片（ADC0832）首先需要进行系统初始化，然后将光敏电阻采集到的光照强度的模拟信号转换为数字信号传递给单片机系统，同时与系统预设值进行判断；再通过红外接收和红外发射模块组成的检测电路，加上信号处理电路，从而达到检测是否有人进出的目的，并将处理后的数字信号传送至单片机，单片机存储该信息并进行判断。当光敏电阻采集的数据达到预定值和红外模块检测到人进入教室两个条件同时满足时，单片机控制开关打开教室照明灯。

2.2 时钟模块和液晶显示模块

按照智能照明节能系统的控制要求，在该系统中加入时钟模块以适应学校的现实需求。当教室内无人或光照强度大于系统预设值时，教室智能照明系统关闭，由此达到节约能源的目的，所以本系统加入时钟模块来控制系统运行，此教室智能照明节能系统选用的是DS1302时钟芯片。为了实现较好的人机交互界面，本系统采用1602液晶显示屏。其时钟電路图以及液晶显示电路设计如图2所示。

通过时钟芯片输入引脚与单片机输出引脚相连，程序读取DS1302芯片输出的同时，通过显示电路进行显示，R1、R2、R3具有提高抗干扰能力的作用，12MHZ晶振为单片机提供振荡信号。

2.3 教室光照强度检测模块

光照强度检测模块主要对教室内光照强度进行实时准确地检测，由LM393和一个光敏电阻组成，通过设计电压比较器来检测教学楼内的实时光照强度。

LED7和LED6为红外接收管，LED8和LED9为红外发射管，R21和R22为限流保护发射管，R12和R13是接收端的上拉电阻，为了能够得到高电平。红外传感器检测是否遇到障碍物，如果有东西遮挡时，比较器输出低电平，LED指示灯亮；如果没有东西遮挡，LED指示灯灭。

3 系统软件设计

智能照明控制系统的软件设计流程如图3所示。单片机最小系统加上电源过后，首先对其进行初始化，然后调用光电检测程序，检测是否有人进入室内。在光照强度小于120时，教室内人数小于10人时亮一盏灯，10～20人时亮两盏灯，20～30人亮三盏灯，大于30人则四盏灯全亮。如果光照检测到的强度大于120的话，无论室内有多少人，均不开灯。

3.1 光照检测子程序设计

首先对模数转换电路进行初始化，光敏电路转化光照强度为相应的电压值。采集光敏电路模块检测到的数据，然后将采集到的模拟信号进行数字化转换之后，将数字电压值送到单片机控制系统。

3.2 LCD显示子程序设计

进入LCD显示子程序之后，首先进行LCD的初始化，然后检测LCD液晶的忙信号，如果不忙，接收来自单片机送来的光照强度，并统计室内人数的数据，经过单片机对数值进行处理，在LCD液晶模块上把信息显示出来。

3.3 光电发射接收子程序

单片机进行初始化操作之后，光电开关开始工作，单片机通过检测光电开关相连的单片机管脚电平的高低来判断是否有人手或者物体遮挡住了光电发射与接收电路，如果有物体处于光电开关之间，则光电开关相连的单片机管脚输出低电平，否则输出高电平。

4 结 论

当前各高校教室用电浪费现象日益增加，实现对教室照明智能化控制刻不容缓，也与可持续发展战略相契合，因此本设计具有广阔的应用前景。本设计基于单片机控制系统可实时控制教室灯具打开的数量，可以有效地减少电能的浪费，减少发电排污，保护环境，提高资源利用率。

参考文献：

[1] 李震，李骈臻，邹绍源，等.基于机器视觉技术的教室照明节能控制系统 [J].计算机工程与设计，2012，33（4）：48-52.

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[3] 滕海坤，梁欣欣，蒋翊彬.基于单片机的校园教室分區域照明控制系统研究 [J].科技与创新，2017（21）：22-23.

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作者简介：李威泽（1997-），男，汉族，江苏苏州人，本科。研究方向：电子信息工程。