高校教室燈光節能控制系統的設計

1 引言

　　隨著社會經濟和科學技術的發展，人類社會的進步越來越依賴于資源的開發與利用，然而與日俱增的能源需求和有限的資源數量形成了巨大的矛盾。

　　在尋找替代品、提高能源利用率和節約能源等幾種緩解能源危機的途徑中，節能無疑是符合可持續發展要求且“可以從身邊做起”的選擇。據統計2005年，我國全社會的總用電量約為24000 億kW·h，照明用電量約為3000 億kW·h，且每年以13% ～ 14%的速度遞增，預計到2010 年，照明用電量將超過5000 億kW·h，新增照明用電2000 億kW·h。對高等院校，據測算，其照明耗電占本單位所有耗電的40% 左右，可見在保證照明質量的前提下，對教室燈光進行自動控制，其節能效益和經濟效益都是相當可觀的。

　　基于以上情況，本設計根據時間、照度、人員分布情況等對教室燈具進行自動控制，采用集成光頻轉換器TSL230 對照度進行較為準確檢測; 在人數探測上引入模糊人數和人數閾值，不再單一的依靠人體存在信號進行開關燈控制，增強了節能效果，進一步完善控制方法，使設備的性能更加穩定可靠;多模式控制且各模式之間自動切換，使系統使用更加靈活，便捷。

　　2 系統設計

　　該系統采用主從結構，由上位機和下位機兩個部分組成。

　　2. 1 上位機

　　上位機主要實現以下功能:

　　(1) 通過鍵盤完成設定密碼、初始化時間、設置照度人數閾值和設置工作時間等任務。

　　(2) 通過信號探測器判斷控制模式。

　　(3) 根據接收到的下位機數據，及內部存儲的照度閾值和人數閾值計算控制燈組，并向相應下位機發出開關燈指令。

　　(4) 通過LCD 顯示當前工作狀態和工作模式。

　　上位機由5V 穩壓電源模塊、微控制器STC89C54、時鐘模塊、液晶顯示模塊、數據儲存模塊、485 通訊模塊、自動/ 強制開關以及由中斷擴展的按鍵模塊( 其中包括確認鍵，增減鍵和移動光標鍵) 組成( 如圖1)。

圖1 上位機硬件圖

　　2. 2 下位機

　　下位機的主要功能如下:

　　(1) 通過紅外熱釋電傳感器和光頻轉換器實時采集人體存在信號、模糊人數和照度信號，將采集到的數據發送給主機。

　　(2) 依據主機發回的命令對燈組進行開關控制。

　　下位機主要包括: 中心處理芯片AT89C2051、5V 穩壓器、光頻轉換模塊、紅外熱釋電模塊、地址選擇器、看門狗電路、485 通訊模塊以及固態繼電器組成的功率器件等( 如圖2)。

圖2 下位機硬件圖

　　3 硬件部分

　　3. 1 主從機中心處理芯片

　　選用STC89C54、AT89C2051 單片機， 其價位低，可多次擦寫，應用范圍廣泛。單片機在系統中與其他電路模塊配合完成如上所述的上、下位機功能。