高校教室灯光节能控制系统的设计

　　3. 2 显示模块和按键模块

　　为了便于对系统进行初始化、参数设置和模式选择，主机配置了LCD 显示屏和由四个按键组成的按键模块。显示部分选用带中文字库的液晶显示模块LM3033。四个按键由一个外部中断扩展而成。由于液晶显示字数和版面的限制，系统采用分屏显示，需要用按键控制光标移动进行选屏; 并在参数设置时，使用按键对数值进行增减控制。

　　通过可视化界面对系统的照度阈值，人员阈值和工作时间进行设置，使用户可以根据实际情况和需要灵活的设置参数，在增强系统可用性的同时，扩大了系统的应用范围。加入密码控制界面，增强系统运行的安全性，明确了用户的设置权限。

　　3. 3 光频转换模块

　　系统选用可编程光频转换器TSL230 作为光频转换模块的主芯片。TSL230 是新一代集成化的智能传感器，它将可配置的光电二极管阵列和电流/ 频率转换器等集成在单片集成电路中，无需外接元件即可完成高分辨率的光照度/ 频率转换，输出较高精度的数字信号，是一种高性能、低价位的智能传感器。其输出为占空比50% 的方波，且输出频率与照度成线性关系，灵敏度可调。

　　3. 4 红外热释电人体探测模块

　　红外热释电模块由红外探头和信号处理芯片LP0001 组成。LP0001 是一款高性能的传感信号处理集成电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器，内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰，内设延迟时间定时器和封锁时间定时器。该芯片可以对信号进行放大，鉴相，整形及展宽，其静态电流极小，配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式的热释电红外传感器。

　　另外，系统选用MAX485 芯片实现主机与多个从机之间的数据传输与命令控制。选用MAX813 芯片对下位机进行监控，在系统出现故障时对下位机进行复位。用拨码开关对多个从机进行地址设置，方便设备的安装和使用。

　　4 软件部分

　　4. 1 设计总体思想

　　时间、光照度和人员分布构成了系统控制依据的三大要素。将时间作为控制依据之一是为了进一步加强对节能的监管，使工作时间与非工作时间的界限具体化。根据教室光照明暗分布和红外热释电模块的探测范围，将教室划分成方形区域( 如图3)进行控制。分别将包含光频传感器和红外传感器的下位机板块安装在各区域天*板上，通过下位机对室内光照强度及人员流动情况进行监控，并将采集到的数据送给上位机; 上位机将各下位机发来的数据统筹比较，根据设定的人数阈值与照度阈值综合考虑开关灯决策。这样设计不仅考虑到了局部，而且能从整体上把握提出开关灯方案，进一步增强了节能效果。

图3 教室区域划分

　　系统在处理由红外热释电传感器采集到的人体信号时，采用模糊控制理论对各区域人数进行模糊统计，解决了无法对人数进行准确计数带来的问题，并为人数阈值的判断打下基础。加入模糊人数判断标准( 区域人数大于阈值Y0 才开灯) ，以解决人数分布过于分散时打开过多灯的问题，增强节能效果。

　　在照度控制方面，单独依靠照度小于300 lx 就开灯的判断依据是行不通的: 在照度不满足要求系统开灯后，照度就会大于300 lx，这时系统会误判照度满足要求，做出关灯的决定。为了避免这种现象的发生，考虑到自然光与灯光发生的是非相干叠加，可以在控制中加入一个照度上限X0，当自然光与灯光叠加照度大于X0 则关灯。于是，开灯的条件就变为在灯未打开时照度小于300 lx 和灯打开后照度小于X0。

　　系统采用多种模式控制，以满足教室多种功用的需求，其模式主要划分为: 强制模式和自动模式;自动模式又细分为: 多媒体模式、板书模式和自习模式。在工作时间内，如有模式信号输入则系统进入相应的模式; 若无则进入自习模式。不在工作时间，如有强制手动信号输入，则根据手动任务的设定运行;若无则关闭所有的灯。程序主流程图如图4。

图4 程序主流程图