李洋挑戰(zhàn)杯宣傳冊11

1、 基于基于PIC單片機的教室照明系統(tǒng)節(jié)能控制器設(shè)計單片機的教室照明系統(tǒng)節(jié)能控制器設(shè)計曲曲 阜阜 師師 范范 大大 學(xué)學(xué)人數(shù)檢測模塊光照強度檢測模塊模擬教室燈具總實物圖控制器 教學(xué)樓照明用電的管理一般有三種模式：一是無專人管理；二是利用定時開關(guān)；三是由專人負(fù)責(zé)。 根據(jù)學(xué)校的實際情況，設(shè)計與實施教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)，在白天光線達(dá)到一定照度時，教室照明燈自動關(guān)閉，當(dāng)教室光線的照度下降到一定程度時自動開啟照明燈，在充分保證教室照度的前提下，達(dá)到節(jié)能的目的。本項目研究的內(nèi)容：使用PIC16F877單片機為主控芯片，采用信息（進(jìn)入教室人數(shù)的多少，教室從門口到窗戶的自然光照度的強弱）融合技術(shù)，來自動判定教室

2、開燈的多少；控制器具有時鐘功能，能夠在設(shè)定的時間段內(nèi)進(jìn)入低功耗模式，基本不消耗電能；控制器具有RS485數(shù)據(jù)傳輸功能，能夠與其它控制器進(jìn)行組網(wǎng)實現(xiàn)大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)化管理。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如右圖所示。本系統(tǒng)為教室照明系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)，是專門為高校教學(xué)樓照明用電的管理而設(shè)計的產(chǎn)品，系統(tǒng)主要由時鐘模塊，光照強度檢測模塊，人數(shù)采集模塊，顯示模塊，繼電器控制模塊，通信模塊六部分組成。系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)框圖 時鐘模塊時鐘模塊RE2RE0RE1RST5SCLK7I/O6X12X23VCC18VCC21U2DS1302X1CRYSTALR110kR210kR310kBAT13.3V時鐘部分時鐘部分 采用ds1302時鐘

3、芯片，作為整個系統(tǒng)的時鐘信號來源，再結(jié)合軟件定時能夠達(dá)到對照明燈控制系統(tǒng)定時開關(guān)機的目的。 通信模塊通信模塊 RS485通訊接口的通訊協(xié)議采用MODBUS標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，該控制器可以作為從機與具有相同通訊接口并采用相同通訊協(xié)議的上位機（如單片機、PC機）通訊，實現(xiàn)對控制器的集中監(jiān)控，通過該通訊口也可以接遠(yuǎn)控鍵盤。實現(xiàn)用戶對該控制器的遠(yuǎn)程操作。 繼電器控制模塊繼電器控制模塊 該模塊由兩片高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列ULN2003和一片74ls595組成，其中74ls595可實現(xiàn)串行輸入并行輸出并帶有數(shù)據(jù)鎖存功能，與單片機通信只需兩條信號線。 光照強度檢測模塊光照強度檢測模塊 光強檢測模塊由光敏電阻

4、、滑動變阻器和電壓比較器組成。通過調(diào)節(jié)滑動變阻器來改變該模塊對光強的敏感程度，電壓比較器采用電平比較方式將信號直接輸入給單片機可有效防止邊沿跳變，保證信號有效性。 顯示模塊顯示模塊 該模塊由4位一體共陰極數(shù)碼管和MAX7219專用數(shù)碼管驅(qū)動芯片組成，芯片與單片機僅有3根信號線相連，通信十分方便。芯片包含一個150A的低功耗關(guān)閉模式，模擬和數(shù)字亮度控制，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式時，該模塊也可進(jìn)入低功耗狀態(tài)，可大大減小控制器的功耗。 人數(shù)檢測模塊人數(shù)檢測模塊 人數(shù)檢測模塊由兩對激光發(fā)射管和接收管組成。接收管只能接收調(diào)制光且在180KHZ占空比20%-30%時接收效果最好，這樣便有效避免了外界光源對傳感器

5、的干擾，便于傳感器的安裝。程序流程圖程序流程圖 加強高校節(jié)電管理，特別是照明節(jié)電不僅可以有效地節(jié)約用電、降低學(xué)校的經(jīng)費開支，更重要的是通過學(xué)校的示范表率作用，提高學(xué)生乃至全社會的節(jié)電意識，實現(xiàn)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的目的。 不少高校教職員工和學(xué)生對節(jié)約水電的重要性缺乏足夠的認(rèn)識，節(jié)約觀念淡薄。教職員工沒能把培養(yǎng)節(jié)能意識和行為落實在教書育人、管理育人、服務(wù)育人的全過程之中。大學(xué)生也沒能真正懂得節(jié)約水電資源的重要意義。 不少高校為了減少水電支出的巨大壓力制定了許多規(guī)章制度和辦法，但都難以因地制宜制定出系統(tǒng)的切實可行的節(jié)約方案。另外，有些高校水電節(jié)能規(guī)章制度建設(shè)的不完善，缺乏有效的節(jié)能激勵政策，導(dǎo)致貫徹

6、執(zhí)行力不夠。 許多高校只是在部分教學(xué)樓和重點教室安裝智能節(jié)電設(shè)備、采用節(jié)能新技術(shù)，未能在全校廣泛推廣應(yīng)用新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝，這也是造成教室照明用電較大浪費因素之一。 我們對日照校區(qū)的教室燈具統(tǒng)計的情況：對曲阜師范大學(xué)A樓B樓C樓D樓E樓，在我們統(tǒng)計的這幾棟樓中共有2150盞燈，靠窗的有531盞。這2150盞燈按80%有長明燈的概率，就有1720盞燈，按一天從早上8點到下午5點長明，每盞燈兩支燈管共70瓦的話，每天浪費的電能963.2度電。 一學(xué)年中按200天正常的晴天，那么一學(xué)年浪費的電能為192640度電，每度電按0.5元錢計算則需要96320元，若將教室燈通過細(xì)分控制亮燈的話，那么減少

7、浪費用電量更多。若將曲阜校區(qū)的教室照明也算上，每年至少需要20萬元以上的無謂的電能開銷。 對高校教室進(jìn)行照明節(jié)電改造，實現(xiàn)教室照明終端智能化自動控制管理，可以有效地杜絕教室照明用電浪費現(xiàn)象，產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益，從而提高了資源的節(jié)約利用，響應(yīng)了我國建設(shè)節(jié)約型社會的號召，貫徹了我國實行“可持續(xù)發(fā)展”的戰(zhàn)略方針。高校教室照明節(jié)電工作是一件功在當(dāng)代，利在千秋的事業(yè)。同時，通過高校節(jié)能工作，可以培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)約意識和良好的節(jié)約習(xí)慣，成為社會所需要的有素質(zhì)懂節(jié)約的人才。這樣才能擔(dān)負(fù)起應(yīng)有的歷史使命，成為建設(shè)“節(jié)約型社會”的生力軍。 通過對各大高校的調(diào)查和統(tǒng)計，不難看出各大高校教室內(nèi)的照明系統(tǒng)因缺乏管理而造成大量電能浪費和資金流失。而對于有類似浪費情況的企業(yè)更是迫切希望有可以解決此問題的產(chǎn)品出現(xiàn)。我們設(shè)計發(fā)明的該教室照明系統(tǒng)節(jié)能控制器，使得室內(nèi)照明系統(tǒng)管理這一難題迎刃而解。 此項發(fā)明的研發(fā)成本大約為500元左右，若可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，加上安裝費用和更換工作更加穩(wěn)定的電子器件的費用，單價銷售預(yù)計在200400元左右。這個價錢是任何學(xué)?；騿挝凰芙邮艿?，若在此基礎(chǔ)加上配套的售后服務(wù)，相信該項發(fā)明所形成的產(chǎn)品將會有很不錯的市場前景。 本系統(tǒng)是利用激光對管來檢測進(jìn)入教室的人數(shù)，利用光敏電阻檢測教室內(nèi)光照度，與高性能的PIC