高校教室燈光節能控制系統的設計

　　3. 2 顯示模塊和按鍵模塊

　　為了便于對系統進行初始化、參數設置和模式選擇，主機配置了LCD 顯示屏和由四個按鍵組成的按鍵模塊。顯示部分選用帶中文字庫的液晶顯示模塊LM3033。四個按鍵由一個外部中斷擴展而成。由于液晶顯示字數和版面的限制，系統采用分屏顯示，需要用按鍵控制光標移動進行選屏; 并在參數設置時，使用按鍵對數值進行增減控制。

　　通過可視化界面對系統的照度閾值，人員閾值和工作時間進行設置，使用戶可以根據實際情況和需要靈活的設置參數，在增強系統可用性的同時，擴大了系統的應用范圍。加入密碼控制界面，增強系統運行的安全性，明確了用戶的設置權限。

　　3. 3 光頻轉換模塊

　　系統選用可編程光頻轉換器TSL230 作為光頻轉換模塊的主芯片。TSL230 是新一代集成化的智能傳感器，它將可配置的光電二極管陣列和電流/ 頻率轉換器等集成在單片集成電路中，無需外接元件即可完成高分辨率的光照度/ 頻率轉換，輸出較高精度的數字信號，是一種高性能、低價位的智能傳感器。其輸出為占空比50% 的方波，且輸出頻率與照度成線性關系，靈敏度可調。

　　3. 4 紅外熱釋電人體探測模塊

　　紅外熱釋電模塊由紅外探頭和信號處理芯片LP0001 組成。LP0001 是一款高性能的傳感信號處理集成電路，具有獨立的高輸入阻抗運算放大器，內部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾，內設延遲時間定時器和封鎖時間定時器。該芯片可以對信號進行放大，鑒相，整形及展寬，其靜態電流極小，配以熱釋電紅外傳感器和少量外圍元器件即可構成被動式的熱釋電紅外傳感器。

　　另外，系統選用MAX485 芯片實現主機與多個從機之間的數據傳輸與命令控制。選用MAX813 芯片對下位機進行監控，在系統出現故障時對下位機進行復位。用撥碼開關對多個從機進行地址設置，方便設備的安裝和使用。

　　4 軟件部分

　　4. 1 設計總體思想

　　時間、光照度和人員分布構成了系統控制依據的三大要素。將時間作為控制依據之一是為了進一步加強對節能的監管，使工作時間與非工作時間的界限具體化。根據教室光照明暗分布和紅外熱釋電模塊的探測范圍，將教室劃分成方形區域( 如圖3)進行控制。分別將包含光頻傳感器和紅外傳感器的下位機板塊安裝在各區域天*板上，通過下位機對室內光照強度及人員流動情況進行監控，并將采集到的數據送給上位機; 上位機將各下位機發來的數據統籌比較，根據設定的人數閾值與照度閾值綜合考慮開關燈決策。這樣設計不僅考慮到了局部，而且能從整體上把握提出開關燈方案，進一步增強了節能效果。

圖3 教室區域劃分

　　系統在處理由紅外熱釋電傳感器采集到的人體信號時，采用模糊控制理論對各區域人數進行模糊統計，解決了無法對人數進行準確計數帶來的問題，并為人數閾值的判斷打下基礎。加入模糊人數判斷標準( 區域人數大于閾值Y0 才開燈) ，以解決人數分布過于分散時打開過多燈的問題，增強節能效果。

　　在照度控制方面，單獨依靠照度小于300 lx 就開燈的判斷依據是行不通的: 在照度不滿足要求系統開燈后，照度就會大于300 lx，這時系統會誤判照度滿足要求，做出關燈的決定。為了避免這種現象的發生，考慮到自然光與燈光發生的是非相干疊加，可以在控制中加入一個照度上限X0，當自然光與燈光疊加照度大于X0 則關燈。于是，開燈的條件就變為在燈未打開時照度小于300 lx 和燈打開后照度小于X0。

　　系統采用多種模式控制，以滿足教室多種功用的需求，其模式主要劃分為: 強制模式和自動模式;自動模式又細分為: 多媒體模式、板書模式和自習模式。在工作時間內，如有模式信號輸入則系統進入相應的模式; 若無則進入自習模式。不在工作時間，如有強制手動信號輸入，則根據手動任務的設定運行;若無則關閉所有的燈。程序主流程圖如圖4。

圖4 程序主流程圖