基于單片機的教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)

1、第25卷第3期2009年2月甘肅科技Gansu Science and Technol ogyV ol .25N o .3Feb .2009基于單片機的教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)馬鐵信(蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校電氣工程系,甘肅蘭州730050摘要:從節(jié)能的角度出發(fā),針對學(xué)校照明用電浪費嚴重的問題,利用照度檢測和紅外探測相結(jié)合的主動與被動的探測方式,開發(fā)教室照明節(jié)能自動控制系統(tǒng),實現(xiàn)教室無人或者光照充足時自動關(guān)燈、有人到來且光照不足時自動開燈的功能,達到節(jié)能的目的。關(guān)鍵詞:教室照明;節(jié)能控制;網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);單片機中圖分類號:T U113.66TS202.3目前,高校教學(xué)樓照明用電的管理一般有三種 模式:一是無

2、專人管理,由學(xué)生自行控制開啟與關(guān)閉;二是利用定時開關(guān),根據(jù)作息時間開啟和關(guān)閉整個教學(xué)樓的照明電源;三是由專人負責,即管理人員根據(jù)作息時間和天氣情況分層送電。由于大多數(shù)人的節(jié)能意識淡薄,并且強光下人的眼睛對弱光不敏感,在自然光照大于燈具光照的情況下,難以覺察到燈光的存在,因此,在白天自然光很強的情況下,教室內(nèi)的長明燈仍到處可見。根據(jù)不完全統(tǒng)計:80%的教學(xué)樓存在著在白天光照良好的情況下教室燈具開啟和在午休時間長明燈的現(xiàn)象。一個教室的長明燈,看起來耗能不大,但從整個學(xué)校來看,卻是一個不小的數(shù)字,這是一種極大的浪費。造成電能浪費的現(xiàn)象除了節(jié)能意識薄弱以外,另一個重要的原因就是節(jié)能的硬件設(shè)施跟不上。為

3、此,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),在白天光線達到一定照度時,教室內(nèi)照明燈自動關(guān)閉,室內(nèi)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,達到節(jié)能的目的。1控制系統(tǒng)組成本系統(tǒng)采用三級兩層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,即主控上位級、樓層控制級、教室控制級以及CAN 總線、RS485網(wǎng)絡(luò)的分布式集散控制系統(tǒng)對教學(xué)樓用電設(shè)備進行控制和管理。教室控制級和樓層控制級采用以單片機為主的控制,主控上位機采用PC 機,并用組態(tài)王軟件進行編程,用以實現(xiàn)對教室內(nèi)的教室控制器所采集到的信息接收、處理,利用組態(tài)王提供的全中文、圖形化、動態(tài)化的監(jiān)控界面,從而實現(xiàn)教室用電狀況、學(xué)生人數(shù)等信息的實時監(jiān)控和統(tǒng)計

4、。通信網(wǎng)絡(luò)部分,在教室同一樓層采用RS485標準構(gòu)建數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò),而在樓層與監(jiān)控中心(主控上位機之間采用CAN 總線進行通信,系統(tǒng)整體組成框圖如圖1所示。圖1控制系統(tǒng)組成框圖1.1教室控制器每個教室安裝的是以單片機P I C18F458為核心的數(shù)據(jù)采集和處理裝置,它直接與各種I/O 設(shè)備(如溫度傳感器、光敏傳感器、紅外傳感器、繼電器、無接觸I C 卡、蜂鳴器等相連,通過這些I/O 接口,MCU 實時采集教室現(xiàn)場的數(shù)據(jù),經(jīng)計算并保存在內(nèi)部存儲器內(nèi),根據(jù)內(nèi)部總線管理,上傳至樓層控制器。每個教室控制器都是由電源模塊、通訊模塊和若干個智能終端模塊組成。智能終端模塊采用了積木式的組合結(jié)構(gòu),可以根據(jù)不同的

5、需要選用不同的智能終端模塊進行組合,其組成框圖如圖2所示。1.2樓層控制器樓層控制器是主控上位機和教室控制器的中繼與橋梁,同時具有CAN 接口和RS485接口。樓層控制器根據(jù)主控上位機的指令來讀取各個教室控制器中所采集教室的信息,并通過網(wǎng)絡(luò)將上位機發(fā)送的指令傳給教室控制器,以控制教室內(nèi)用電設(shè)備的開或關(guān)。樓層控制器還具有對教室控制器中所采集到的信息做基本顯示的功能,例如顯示教室狀態(tài)(空或滿,以及控制整個樓層用電設(shè)備的開關(guān),其組成框圖如圖3所示。樓層控制器也是由電源模塊、通訊模塊和1/O 模塊組成。輸入設(shè)備中的按鍵可以開啟或關(guān)閉整層樓用電設(shè)備。輸出設(shè)備中的一種LED作為是否發(fā)生通訊的指示,另一種則

6、作為教室用電設(shè)備狀態(tài)指示、教室狀態(tài)指示(空或滿,其中教室滿則表示該教室在上課或自習(xí)的人數(shù)已達教室的可容納人數(shù)的一半以上。通訊部分則同時具有CAN通訊接口和RS485通訊接口,CAN通訊接口是連接樓層控制器與主控上位機之間的通訊,RS485通訊接口是連接樓層控制器與教室控制器之間的通訊。2工作原理依據(jù)熱釋電探測原理,采用主動、被動探測器相結(jié)合的探測方式,以人體信息和自然光信息作為照明燈開啟與關(guān)閉的依據(jù),由教室控制器進行采光、采樣、分區(qū)與延時,對移動和靜止的人體紅外信號進行探測,實現(xiàn)各教室照明燈的自動控制。首先,光亮度探測器對室內(nèi)亮度進行檢測,若亮度下降到設(shè)定閾值(白天不低于150lx,晚上不低于

7、200lx,則打開紅外探測器電源。被動(靜態(tài)紅外探測器若探測到人體進入室內(nèi)信號,放大并輸入到單片機主控電路,單片機得到有效信號后,立即發(fā)出繼電器閉合信號,接通照明電路,并且使該信號延遲一段時間T(可調(diào);同時起動主動(動態(tài)紅外探測器轉(zhuǎn)動掃描,掃描周期小于T。如果在T時間內(nèi)某區(qū)域的主動探測器探測到了人體信號,放大并輸入到單片機,單片機將觸發(fā)輸出延時T,使該區(qū)域的繼電器保持閉合,該區(qū)域保持照明。不論人是否走動,主動探測器不斷掃描人體信號,延時不斷被觸發(fā),照明保持。而經(jīng)過時間T延時后,那些探測不到人體信號的區(qū)域,繼電器斷開,該區(qū)域燈滅。當教室無人時,所有燈都關(guān)閉。3結(jié)束語該控制系統(tǒng)在保證了教室照度要求

8、的前提下,利用人體信息與光照信息實現(xiàn)了對教室照明燈具的自動控制,減少了電能的浪費,提高了資源利用率。采用計算機的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控,系統(tǒng)性能穩(wěn)定,大大降低了管理人員的勞動強度,達到了節(jié)能的目的。參考文獻:1范立南,謝子殿.單片機原理及應(yīng)用教程M.北京:北京大學(xué)出版社,2006.2松井邦彥.傳感器實用電路設(shè)計與制作M.北京:科學(xué)出版社,2005.3陳九江.教室照明系統(tǒng)的智能控制J.黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報,2006:3.(上接第19頁與傳統(tǒng)GI S相比,組件式GI S最大限度地降低了用戶的經(jīng)濟負擔,有力的推動了GI S的大眾化進程?？傊?組件式GI S技術(shù)的發(fā)展勢必給整個GI S技術(shù)體系和應(yīng)用模式帶來巨大的影響。參考文獻:1趙萬鋒,劉南,劉仁義,等.基于A rc Objects的系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)剖析J.計算機應(yīng)用研究,2004(3:130-132.2唐超,馮珊,周凱波.基于組件技術(shù)的開放式地理信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)J.華中理工大學(xué)學(xué)報,2000,28(7:83-85.3劉丹,鄭