基于单片机的教室照明节能控制系统

1、第25卷第3期2009年2月甘肃科技Gansu Science and Technol ogyV ol .25N o .3Feb .2009基于单片机的教室照明节能控制系统马铁信(兰州工业高等专科学校电气工程系,甘肃兰州730050摘要:从节能的角度出发,针对学校照明用电浪费严重的问题,利用照度检测和红外探测相结合的主动与被动的探测方式,开发教室照明节能自动控制系统,实现教室无人或者光照充足时自动关灯、有人到来且光照不足时自动开灯的功能,达到节能的目的。目前,高校教学楼照明用电的管理一般有三种 模式:一是无专人管理,由学生自行控制开启与关闭;二是利用定时开关,根据作息时间开启和关闭整个教学楼的

2、照明电源;三是由专人负责,即管理人员根据作息时间和天气情况分层送电。由于大多数人的节能意识淡薄,并且强光下人的眼睛对弱光不敏感,在自然光照大于灯具光照的情况下,难以觉察到灯光的存在,因此,在白天自然光很强的情况下,教室内的长明灯仍到处可见。根据不完全统计:80%的教学楼存在着在白天光照良好的情况下教室灯具开启和在午休时间长明灯的现象。一个教室的长明灯,看起来耗能不大,但从整个学校来看,却是一个不小的数字,这是一种极大的浪费。造成电能浪费的现象除了节能意识薄弱以外,另一个重要的原因就是节能的硬件设施跟不上。为此,根据学校的实际情况,设计与实施教室照明节能控制系统,在白天光线达到一定照度时,教室内

3、照明灯自动关闭,室内照度下降到一定程度时自动开启照明灯,在充分保证教室照度的前提下,达到节能的目的。1控制系统组成本系统采用三级两层网络构成,即主控上位级、楼层控制级、教室控制级以及CAN 总线、RS485网络的分布式集散控制系统对教学楼用电设备进行控制和管理。教室控制级和楼层控制级采用以单片机为主的控制,主控上位机采用PC 机,并用组态王软件进行编程,用以实现对教室内的教室控制器所采集到的信息接收、处理,利用组态王提供的全中文、图形化、动态化的监控界面,从而实现教室用电状况、学生人数等信息的实时监控和统计。通信网络部分,在教室同一楼层采用RS485标准构建数据采集网络,而在楼层与监控中心(主

4、控上位机之间采用CAN 总线进行通信,系统整体组成框图如图1所示。图1控制系统组成框图1.1教室控制器每个教室安装的是以单片机P I C18F458为核心的数据采集和处理装置,它直接与各种I/O 设备(如温度传感器、光敏传感器、红外传感器、继电器、无接触I C 卡、蜂鸣器等相连,通过这些I/O 接口,MCU 实时采集教室现场的数据,经计算并保存在内部存储器内,根据内部总线管理,上传至楼层控制器。每个教室控制器都是由电源模块、通讯模块和若干个智能终端模块组成。智能终端模块采用了积木式的组合结构,可以根据不同的需要选用不同的智能终端模块进行组合,其组成框图如图2所示。1.2楼层控制器楼层控制器是主

5、控上位机和教室控制器的中继与桥梁,同时具有CAN 接口和RS485接口。楼层控制器根据主控上位机的指令来读取各个教室控制器中所采集教室的信息,并通过网络将上位机发送的指令传给教室控制器,以控制教室内用电设备的开或关。楼层控制器还具有对教室控制器中所采集到的信息做基本显示的功能,例如显示教室状态(空或满,以及控制整个楼层用电设备的开关,其组成框图如图3所示。楼层控制器也是由电源模块、通讯模块和1/O 模块组成。输入设备中的按键可以开启或关闭整层楼用电设备。输出设备中的一种LED作为是否发生通讯的指示,另一种则作为教室用电设备状态指示、教室状态指示(空或满,其中教室满则表示该教室在上课或自习的人数

6、已达教室的可容纳人数的一半以上。通讯部分则同时具有CAN通讯接口和RS485通讯接口,CAN通讯接口是连接楼层控制器与主控上位机之间的通讯,RS485通讯接口是连接楼层控制器与教室控制器之间的通讯。2工作原理依据热释电探测原理,采用主动、被动探测器相结合的探测方式,以人体信息和自然光信息作为照明灯开启与关闭的依据,由教室控制器进行采光、采样、分区与延时,对移动和静止的人体红外信号进行探测,实现各教室照明灯的自动控制。首先,光亮度探测器对室内亮度进行检测,若亮度下降到设定阈值(白天不低于150lx,晚上不低于200lx,则打开红外探测器电源。被动(静态红外探测器若探测到人体进入室内信号,放大并输

7、入到单片机主控电路,单片机得到有效信号后,立即发出继电器闭合信号,接通照明电路,并且使该信号延迟一段时间T(可调;同时起动主动(动态红外探测器转动扫描,扫描周期小于T。如果在T时间内某区域的主动探测器探测到了人体信号,放大并输入到单片机,单片机将触发输出延时T,使该区域的继电器保持闭合,该区域保持照明。不论人是否走动,主动探测器不断扫描人体信号,延时不断被触发,照明保持。而经过时间T延时后,那些探测不到人体信号的区域,继电器断开,该区域灯灭。当教室无人时,所有灯都关闭。3结束语该控制系统在保证了教室照度要求的前提下,利用人体信息与光照信息实现了对教室照明灯具的自动控制,减少了电能的浪费,提高了

8、资源利用率。采用计算机的网络化监控,系统性能稳定,大大降低了管理人员的劳动强度,达到了节能的目的。参考文献:1范立南,谢子殿.单片机原理及应用教程M.北京:北京大学出版社,2006.2松井邦彦.传感器实用电路设计与制作M.北京:科学出版社,2005.3陈九江.教室照明系统的智能控制J.黑龙江大学自然科学学报,2006:3.(上接第19页与传统GI S相比,组件式GI S最大限度地降低了用户的经济负担,有力的推动了GI S的大众化进程。总之,组件式GI S技术的发展势必给整个GI S技术体系和应用模式带来巨大的影响。参考文献:1赵万锋,刘南,刘仁义,等.基于A rc Objects的系统开发技术剖析J.计算机应用研究,2004(3:130-132.2唐超,冯珊,周凯波.基于组件技术的开放式地理信息系统结构J.华中理工大学学报,2000,28(7:83-85.3刘丹,郑坤,