基于單片機(jī)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(jī)的教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)馬鐵信(蘭州工業(yè)高等專科學(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(duì)學(xué)校照明用電浪費(fèi)嚴(yán)重的問題,利用照度檢測(cè)和紅外探測(cè)相結(jié)合的主動(dòng)與被動(dòng)的探測(cè)方式,開發(fā)教室照明節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)教室無人或者光照充足時(shí)自動(dòng)關(guān)燈、有人到來且光照不足時(shí)自動(dòng)開燈的功能,達(dá)到節(jié)能的目的。目前,高校教學(xué)樓照明用電的管理一般有三種 模式:一是無專人管理,由學(xué)生自行控制開啟與關(guān)閉;二是利用定時(shí)開關(guān),根據(jù)作息時(shí)間開啟和關(guān)閉整個(gè)教學(xué)樓的

2、照明電源;三是由專人負(fù)責(zé),即管理人員根據(jù)作息時(shí)間和天氣情況分層送電。由于大多數(shù)人的節(jié)能意識(shí)淡薄,并且強(qiáng)光下人的眼睛對(duì)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(qiáng)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(jì):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(shí)間長明燈的現(xiàn)象。一個(gè)教室的長明燈,看起來耗能不大,但從整個(gè)學(xué)校來看,卻是一個(gè)不小的數(shù)字,這是一種極大的浪費(fèi)。造成電能浪費(fèi)的現(xiàn)象除了節(jié)能意識(shí)薄弱以外,另一個(gè)重要的原因就是節(jié)能的硬件設(shè)施跟不上。為此,根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況,設(shè)計(jì)與實(shí)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(shí),教室內(nèi)

3、照明燈自動(dòng)關(guān)閉,室內(nèi)照度下降到一定程度時(shí)自動(dòng)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。1控制系統(tǒng)組成本系統(tǒng)采用三級(jí)兩層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,即主控上位級(jí)、樓層控制級(jí)、教室控制級(jí)以及CAN 總線、RS485網(wǎng)絡(luò)的分布式集散控制系統(tǒng)對(duì)教學(xué)樓用電設(shè)備進(jìn)行控制和管理。教室控制級(jí)和樓層控制級(jí)采用以單片機(jī)為主的控制,主控上位機(jī)采用PC 機(jī),并用組態(tài)王軟件進(jìn)行編程,用以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)態(tài)化的監(jiān)控界面,從而實(shí)現(xiàn)教室用電狀況、學(xué)生人數(shù)等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)。通信網(wǎng)絡(luò)部分,在教室同一樓層采用RS485標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò),而在樓層與監(jiān)控中心(主

4、控上位機(jī)之間采用CAN 總線進(jìn)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(gè)教室安裝的是以單片機(jī)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(shí)時(shí)采集教室現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù),經(jīng)計(jì)算并保存在內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi),根據(jù)內(nèi)部總線管理,上傳至樓層控制器。每個(gè)教室控制器都是由電源模塊、通訊模塊和若干個(gè)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)不同的需要選用不同的智能終端模塊進(jìn)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

5、控上位機(jī)和教室控制器的中繼與橋梁,同時(shí)具有CAN 接口和RS485接口。樓層控制器根據(jù)主控上位機(jī)的指令來讀取各個(gè)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(jī)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(duì)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(gè)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)

6、已達(dá)教室的可容納人數(shù)的一半以上。通訊部分則同時(shí)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(jī)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(cè)原理,采用主動(dòng)、被動(dòng)探測(cè)器相結(jié)合的探測(cè)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(jìn)行采光、采樣、分區(qū)與延時(shí),對(duì)移動(dòng)和靜止的人體紅外信號(hào)進(jìn)行探測(cè),實(shí)現(xiàn)各教室照明燈的自動(dòng)控制。首先,光亮度探測(cè)器對(duì)室內(nèi)亮度進(jìn)行檢測(cè),若亮度下降到設(shè)定閾值(白天不低于150lx,晚上不低于200lx,則打開紅外探測(cè)器電源。被動(dòng)(靜態(tài)紅外探測(cè)器若探測(cè)到人體進(jìn)入室內(nèi)信號(hào),放大并輸

7、入到單片機(jī)主控電路,單片機(jī)得到有效信號(hào)后,立即發(fā)出繼電器閉合信號(hào),接通照明電路,并且使該信號(hào)延遲一段時(shí)間T(可調(diào);同時(shí)起動(dòng)主動(dòng)(動(dòng)態(tài)紅外探測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)掃描,掃描周期小于T。如果在T時(shí)間內(nèi)某區(qū)域的主動(dòng)探測(cè)器探測(cè)到了人體信號(hào),放大并輸入到單片機(jī),單片機(jī)將觸發(fā)輸出延時(shí)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(dòng),主動(dòng)探測(cè)器不斷掃描人體信號(hào),延時(shí)不斷被觸發(fā),照明保持。而經(jīng)過時(shí)間T延時(shí)后,那些探測(cè)不到人體信號(hào)的區(qū)域,繼電器斷開,該區(qū)域燈滅。當(dāng)教室無人時(shí),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的前提下,利用人體信息與光照信息實(shí)現(xiàn)了對(duì)教室照明燈具的自動(dòng)控制,減少了電能的浪費(fèi),提高了

8、資源利用率。采用計(jì)算機(jī)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(dòng)強(qiáng)度,達(dá)到了節(jié)能的目的。參考文獻(xiàn):1范立南,謝子殿.單片機(jī)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(shí)用電路設(shè)計(jì)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(bào),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(jì)負(fù)擔(dān),有力的推動(dòng)了GI S的大眾化進(jìn)程。總之,組件式GI S技術(shù)的發(fā)展勢(shì)必給整個(gè)GI S技術(shù)體系和應(yīng)用模式帶來巨大的影響。參考文獻(xiàn):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(jì)算機(jī)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(bào),2000,28(7:83-85.3劉丹,鄭坤,