高校教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會(huì)的進(jìn)步越來(lái)越依賴于資源的開發(fā)與利用，然而與日俱增的能源需求和有限的資源數(shù)量形成了巨大的矛盾。

　　在尋找替代品、提高能源利用率和節(jié)約能源等幾種緩解能源危機(jī)的途徑中，節(jié)能無(wú)疑是符合可持續(xù)發(fā)展要求且“可以從身邊做起”的選擇。據(jù)統(tǒng)計(jì)2005年，我國(guó)全社會(huì)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(yù)計(jì)到2010 年，照明用電量將超過(guò)5000 億kW·h，新增照明用電2000 億kW·h。對(duì)高等院校，據(jù)測(cè)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(zhì)量的前提下，對(duì)教室燈光進(jìn)行自動(dòng)控制，其節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益都是相當(dāng)可觀的。

　　基于以上情況，本設(shè)計(jì)根據(jù)時(shí)間、照度、人員分布情況等對(duì)教室燈具進(jìn)行自動(dòng)控制，采用集成光頻轉(zhuǎn)換器TSL230 對(duì)照度進(jìn)行較為準(zhǔn)確檢測(cè); 在人數(shù)探測(cè)上引入模糊人數(shù)和人數(shù)閾值，不再單一的依靠人體存在信號(hào)進(jìn)行開關(guān)燈控制，增強(qiáng)了節(jié)能效果，進(jìn)一步完善控制方法，使設(shè)備的性能更加穩(wěn)定可靠;多模式控制且各模式之間自動(dòng)切換，使系統(tǒng)使用更加靈活，便捷。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu)，由上位機(jī)和下位機(jī)兩個(gè)部分組成。

　　2. 1 上位機(jī)

　　上位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)以下功能:

　　(1) 通過(guò)鍵盤完成設(shè)定密碼、初始化時(shí)間、設(shè)置照度人數(shù)閾值和設(shè)置工作時(shí)間等任務(wù)。

　　(2) 通過(guò)信號(hào)探測(cè)器判斷控制模式。

　　(3) 根據(jù)接收到的下位機(jī)數(shù)據(jù)，及內(nèi)部存儲(chǔ)的照度閾值和人數(shù)閾值計(jì)算控制燈組，并向相應(yīng)下位機(jī)發(fā)出開關(guān)燈指令。

　　(4) 通過(guò)LCD 顯示當(dāng)前工作狀態(tài)和工作模式。

　　上位機(jī)由5V 穩(wěn)壓電源模塊、微控制器STC89C54、時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊、485 通訊模塊、自動(dòng)/ 強(qiáng)制開關(guān)以及由中斷擴(kuò)展的按鍵模塊( 其中包括確認(rèn)鍵，增減鍵和移動(dòng)光標(biāo)鍵) 組成( 如圖1)。

圖1 上位機(jī)硬件圖

　　2. 2 下位機(jī)

　　下位機(jī)的主要功能如下:

　　(1) 通過(guò)紅外熱釋電傳感器和光頻轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)采集人體存在信號(hào)、模糊人數(shù)和照度信號(hào)，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)。

　　(2) 依據(jù)主機(jī)發(fā)回的命令對(duì)燈組進(jìn)行開關(guān)控制。

　　下位機(jī)主要包括: 中心處理芯片AT89C2051、5V 穩(wěn)壓器、光頻轉(zhuǎn)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(tài)繼電器組成的功率器件等( 如圖2)。

圖2 下位機(jī)硬件圖

　　3 硬件部分

　　3. 1 主從機(jī)中心處理芯片

　　選用STC89C54、AT89C2051 單片機(jī)， 其價(jià)位低，可多次擦寫，應(yīng)用范圍廣泛。單片機(jī)在系統(tǒng)中與其他電路模塊配合完成如上所述的上、下位機(jī)功能。