基于单片机的教室照明节能控制系统

基于单片机的教室照明节能控制系统

【摘要】教室的照明系统是教室能源消耗的主要形式。国家提倡节约型社会建设，节能减排已经摆在学校后勤部门的面前，教室的照明能耗的降低，减少不必要的能源浪费势在必行，照明节能的智能控制最优的选择就是单片机，利用传感器接受收集信号，反馈给单片机，再由它发出指令控制照明系统的开关，有效的解决了教室照明节能的系统控制。

【关键词】单片机；照明；节能控制；传感器

0.引言

随着社会的发展，人们对能源的消耗越来越大，能源的缺口也越发增加，节约型社会建设成为大家的共识，可持续发展是我们转变发现模式的终极目标，绿色能源号角已经吹起。学校是一个人口密集的公共场所，能源消耗大，转变传统的能源使用方式，有效地降低能源浪费，是摆在学校物业管理人员面前的一个重要课题，教室的照明是一个主要的能源消耗方式，没人的时候自动关闭，白天光线好的时候不必开启，人少且集中在一块的时候局部开启等等这种智能的教室照明节能控制系统主要依靠的是单片机作为核心。

1.单片机设计的基本方案[1]

教室照明节能控制系统的基本设计方案是：软件的成本远远低于购买各种硬件，在可能的情况下，多设计软控制，少设计硬控制，将有效降低该控制系统的运行使用成本。各个设计模块接收中断信息和调取各段分指令程序来实现各种任务。

首先，阳光光线较好的白天里，传感装置中的光敏传感器密切关注阳光的强度，遇到阴雨天是，光敏传感器将发出光线不好的信号数据，反馈为单片机，单片机调取预想设计好的程序，加以执行，控制教室里的照明电源开启。

其次，白天晚上的区分依靠的是单片机中的时钟模块，到了晚上6点钟单片机中的始终模块调取程序，发出指令定时开启教室中的照明电源，到了10点晚自习结束的时候，时钟模块定时发出指令关闭教室中的照明电源，时钟模块设计时考虑的不光是自动控制开关，还要给人工操作留好系统后门，因为晚自习的时间是随着学期的不同而变化的，夏季天黑的晚，冬季天黑的早，晴天天黑的晚，阴雨天天黑的早这些也是要考虑在时钟模块的设计之中的。

最后，正常模式时先检测是否光照度能满足学习的条件，白天当光照度低于学习条件时开启照明灯，到晚上时利用门口的激光管来检测进入教室的人数，来判断需要开的照明灯的盏数。低功耗模式时，则需要通过外部中断来唤醒微控制器，从而使单片机启动并开始工作，进入读取检测循环。[1]

2.硬件设计组成[2]

教室照明节能控制的单片机系统设计主要包括单片机本身、传感器部分、显示和模拟灯部分，传感器部分是监测室内光线和室内人员多少的前端，传感器将监测的数据信号传输给单片机的控制部分，控制部分对数据进行分析处理，发出指令控制教室照明电路的开关，并显示执行结果，设计的重难点在于传感器的精确程度。

（1）传感装置的设计，该系统的传感装置包括发射信号的装置和接受信号装置，激光传感器扫描进出教室的人员数量，从而判断教室里人员多少的传感装置，这种激光传感器发射装置是一块时基集成电路NE555为主构成，电位器用于调整红外线遥控发射器的振荡频率和信号的占空比，用NE555定时器连接2个占空比可调电路，通过两个NE555分别产生一个38kHz的红外线发射电路和100左右的调制电路。[2]该电路用电位器代替其中的一个电阻，改变电位器来实现感应的程度；接受信号装置监测到物体挡住了激光束，便发出信号，再计数，有效提高计数的精度和准确度。

（2）单片机和有关电路设计，系统中采用STC—AT89C52RD单片机作为控制模块，采用741s248译码器与数码管作为显示单元。控制任务由软件程序实现，为了加强可操作性，适应在不同大小的场合的相应情况，以及应对意外情况的需求，系统设置了两个按键为系统预设，人为控制提供必要的输入选择，同时增加系统的灵活性，系统的工作流程描述如下：当有人进入教室，两个传感器接收头通过检测障碍物的先后顺序给出电平，单片机执行判断程序，实现人数累加，当有人出教室，单片机执行判断程序，并实现人数递减，两个按键可实现对环境人数，亮灯设置的预设，单片机根据教室人数的多少，控制点亮灯的个数。数码管单元用于显示教室人数。[2]

3.软件设计

教室照明节能控制系统的软件部分的设计分为系统监控主程序、数据采集、时钟、显示驱动及手动按键五大模块。[3]其中监控主程序是调用子程序，一个主程序可以调用多个子程序，对于单片机，系统资源有限，主程序通常是一个无限循环的过程，即是一个反复调用子程序的过程，子程序主要分为中断子程序和功能子程序，它们之间可以互相嵌套和调用，即中断子程序可以调用功能子程序，在应用软件的设计中，尽可能各个功能模块写成子程序的形式，并通过主程序调用，监控主程序是整个控制系统的核心部分，其它外围模块一般都需制系统中的作用，本系统监控主程序模块主要包括对系统外围器件输入，输出参数的初始化自检，多任务操作模块的调用，实时中断处理等，系统自检初始化是保证整个控制系统能够正常运行的重要条件，系统加电复位后，直接进入自检初始化程序，完成系统的自检及初始化，各接口芯片的检测主要检测各芯片是否已处于准备工作的就绪状态，有无硬件故障等。[4]

4.结语

随着社会进一步的发展，能源消耗的不断增加，节能减排已经迫在眉睫，学校的能源浪费也是十分明显。[5]当前学校后勤部门的主要工作抓好能源节约，减低电力损耗，教室的照明能源浪费在后勤部门眼里是十分突出的，照明电路的节能控制尤为必要，以单片机控制系统的教室减能照明设计很好的解决了这个问题，但是设计过程中，还存在一些智能化程度不高、人机对话程度不高、传感器的精明程度不高的问题，有待进一步设计完善。[科]

【参考文献】

[1]王军敏，卫亚博.基于AT89S51和RE200B的教室照明节能控制系统设计[J].平顶山学院学报，2013，02：36-38.

[2]张云莉，周晓平，朱双霞.基于单片机的教室节能控制系统设计研究[J].制造业自动化，2012，04：103-105.

[3]李震，李骈臻，邹绍源，颜旭，洪添胜.基于机器视觉技术的教室照明节能控制系统[J].计算机工程与设计，2012，04：1648-1652.

[4]马铁信.基于单片机的教室照明节能控制系统[J].甘肃科技，2009，03：22-23.

[5]程春.大学教室智能照明控制器及其系统的研究与开发[D].北京化工大学，2010.