基于红外的教室照明节能智能控制系1

基于红外的教室照明节能智能控制系统

一．系统作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标

1.1目的：加强高校节电管理，特别是照明节电不仅可以有效地节约用电、降低学校的经费开支，更重要的是通过学校的示范表率作用，提高学生乃至全社会的节电意

1.11．按照国标的规定，教室照明的功率密度约为10W/m2，假设教室的平均面积为100m2，则照明负荷约为1kW。如果每天正常使用时间为15小时，那么，一天每间教室的用电量为1kW×15h＝15kWh，学生年在校为270天，则年用电量约为4050kWh。如果学校按照100m2折合教室数量为200间，则照明用电量为81万度左右。若节电率以平均30%计算，则一年可节电24.3万度，可节约电费15～20万元左右。而且目前国家提倡节约型社会，节约型校园。建设节约型的校园的当务之急该是节省不该用的能源，防止浪费。据报道，很多高校的自习室等场所用电浪费现象严重。大家都已经习惯让教室成为长明场所！专家们为此算了一笔账：教室无人后如果不关闭电源开关，初步估算全国各高校每年将因此浪费 20 亿度电以上。 20 亿度电意味着什么呢？如果按平均每度电 0.7 元计算就意味着会损失十几亿元。节约用电，我们应该从身边做起。为此我们在教室的用电上开动脑筋想办法，做试验，提建议，为我校节能校园的建设贡献一份力量

1.12．现代化家居照明系统要适应网络时代的发展，应引入智能化的概念。在传统的家居照明系统中，一般都是综合布线，使用刀开关来控制，灯具的寿命短，较费电。但近年来，随着经济的发展和科技的进步，人们对照明灯具节能和科学管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要。而在商品房的建设热潮中，各大楼盘和房地产商也意识到了智能照明的重要性。使用智能照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势。红外智能节电开关由于触发的时候不需要人发出任何声音，而是人走过时身体向外界散发红外热量最终控制灯具的开启，当人离开后，经过一定时间的延时，自动熄灭。因为不同于声光控灯，不需要声音和开关控制，从而避免了声控噪音的侵扰，同时因为它是感应人体热量控制开关，所以避免了无效电能的损耗，达到节能效果。

来源：中国节能产业网，天津市高校后勤协会，

1.2基本思路

1.3创新点：通过采用热释红外探测传感器感应室内有无人来确定灯的亮灭，达到自动控制的目标，节省了大量的人力物力。与传统的声控相比有很大的优势，它不需要人发出声音，正好与自习室需要安静相符合。

1.4技术关键

1.41． 热释红外探测传感器组件

该组件由三个部分组成:热释传感器,匹配低噪放大器,菲涅尔光学系统。

1.42．可见光探测组件

1.43．控制部分组件：AT89C51

1.44.手动部分

当教师因为教学需要而开或关灯时，可以按手动开关，关掉自动控制，使之更具有人性化。

二．作品的科学性先进性

1.1.国内外现状

目前国内外同领域大多都研究到智能自动控制在照明中的应用，以热释红外为基础来检测是否有人，靠单片机来实行自动控制，但是大多数只是停留在理论阶段，并未在实际生活中像声控那样广泛应用，而高校中用电量%30~%40都用在照明上，在这部分中浪费极为严重。因此，必须有一套节能设施，本作品正好可以解决出现的这些问题。现在的公共场所照明（比如公共走廊及楼梯间）应用最多的还是几年前出现的声光控延时灯具和开关。这种灯具和开关的出现，实现了人来灯亮，人走灯灭，目前已成为公共场所照明开关的主流产品。当然，这种产品在某种程度上说确实实现了节能的目的，但同时也给人们的生存环境造成了一定的破坏。由于产品本身性能的限制，

这种声

光控灯具和开关自动控制的实现需要（超过60分贝）声音的配合，这就给大众需要的安静环境造成一定的噪声污染。

1.2本作品的特点

1.21．热释传感器包括: ①截止波长为7 - 10μm 的滤光晶片,与人体

辐射红外中心线波长9 - 10μm 相对应,起带通滤波器的作用,从而把人体和其它物体区分开。②热释电陶瓷材料,将透过滤光晶片的红外辐射能量的变化转换成电信号,即热电转换。③场效应管匹配器,起阻抗变换作用,使得输入阻抗高而输出阻抗低。匹配低噪放大器的作用是当探测器所处的环境温度上升,尤其是接近人体正常体温(37 - 38 ℃) 时,传感器的灵敏度下降,因而由它对放大器的增益进行补偿,以便自动适应不同季节,不同地区。

菲涅尔光学系统不仅要监测空间辐射来的红外光线聚焦到红外能量传感器,还要能敏锐地体现这些红外线能量的变化,而菲涅尔光学系统通过对光滑的光学镜面作棱状或柱状处理,将监测空间割裂为一系列交替的狭小红外“感应区”和“空白区”,人在其间移动,就会使有些“感应区”内的红外线时有时无,传感器接收到的是相应变化来的光脉冲,因而提高接收灵敏度,使探测距离提高到10 - 20 m.

1.22．可见光探测部分通过对光电管、光敏电阻等光电探测器的各种性

能进行比较,发现光敏电阻的光谱响应峰值比较接近人的视觉敏感区555mm 波长;其次是当光照强度减弱时,它的响应时间相对增加,这对本套装置在光照强度变化时,输出状态保持相对稳定十分重要。考虑到光敏电阻对温度变化较为敏感,偏置电路中的电阻可以采用与探测元件温变系数相近的光敏电阻,以防止工作点漂移,保证输出的稳定性。为避免光敏电阻受光面小的缺点，探测元件应在建筑物周围进行合理地分布(尤其是对市内光线影响较大的地方) ,用于探测自然光的有无及强弱(可根据需要进行调整) 。

1.23．AT89C51 是一种低损耗、高性能的CMOS8 位微处理器,片内有4K

字节的在线可重复编程快擦快写存储器,能重复写入/ 擦除 1 000 次,擦写时间仅需10ms。为使掉电后设定的参数不至于丢失, 本系统采用串行EEPROM —24C02 进行掉电前的参数存储

参考文献：

【1】]康华光. 电子技术基础(模拟部分) [M ]. 北京: 高等教育出版社, 2005.

KANG Hua2guang. Fundamental Eletronic Technique (Analog) [M ]. Beijing: Higher Education Press, 2005。

【2】王海伦, 叶冬芬. 基于单片机控制的教室照明智能控制系统[ J ]. 机电一体化, 2005 (1) : 69270.