高校教室灯光节能控制系统的设计

1 引言

　　随着社会经济和科学技术的发展，人类社会的进步越来越依赖于资源的开发与利用，然而与日俱增的能源需求和有限的资源数量形成了巨大的矛盾。

　　在寻找替代品、提高能源利用率和节约能源等几种缓解能源危机的途径中，节能无疑是符合可持续发展要求且“可以从身边做起”的选择。据统计2005年，我国全社会的总用电量约为24000 亿kW·h，照明用电量约为3000 亿kW·h，且每年以13% ～ 14%的速度递增，预计到2010 年，照明用电量将超过5000 亿kW·h，新增照明用电2000 亿kW·h。对高等院校，据测算，其照明耗电占本单位所有耗电的40% 左右，可见在保证照明质量的前提下，对教室灯光进行自动控制，其节能效益和经济效益都是相当可观的。

　　基于以上情况，本设计根据时间、照度、人员分布情况等对教室灯具进行自动控制，采用集成光频转换器TSL230 对照度进行较为准确检测; 在人数探测上引入模糊人数和人数阈值，不再单一的依靠人体存在信号进行开关灯控制，增强了节能效果，进一步完善控制方法，使设备的性能更加稳定可靠;多模式控制且各模式之间自动切换，使系统使用更加灵活，便捷。

　　2 系统设计

　　该系统采用主从结构，由上位机和下位机两个部分组成。

　　2. 1 上位机

　　上位机主要实现以下功能:

　　(1) 通过键盘完成设定密码、初始化时间、设置照度人数阈值和设置工作时间等任务。

　　(2) 通过信号探测器判断控制模式。

　　(3) 根据接收到的下位机数据，及内部存储的照度阈值和人数阈值计算控制灯组，并向相应下位机发出开关灯指令。

　　(4) 通过LCD 显示当前工作状态和工作模式。

　　上位机由5V 稳压电源模块、微控制器STC89C54、时钟模块、液晶显示模块、数据储存模块、485 通讯模块、自动/ 强制开关以及由中断扩展的按键模块( 其中包括确认键，增减键和移动光标键) 组成( 如图1)。

图1 上位机硬件图

　　2. 2 下位机

　　下位机的主要功能如下:

　　(1) 通过红外热释电传感器和光频转换器实时采集人体存在信号、模糊人数和照度信号，将采集到的数据发送给主机。

　　(2) 依据主机发回的命令对灯组进行开关控制。

　　下位机主要包括: 中心处理芯片AT89C2051、5V 稳压器、光频转换模块、红外热释电模块、地址选择器、看门狗电路、485 通讯模块以及固态继电器组成的功率器件等( 如图2)。

图2 下位机硬件图

　　3 硬件部分

　　3. 1 主从机中心处理芯片

　　选用STC89C54、AT89C2051 单片机， 其价位低，可多次擦写，应用范围广泛。单片机在系统中与其他电路模块配合完成如上所述的上、下位机功能。