2022年高校教室灯光节能控制系统设计方案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用高校教室灯光节能掌握系统的设计来源： 大比特商务网摘要： 在查找替代品、提高能源利用率和节省能源等几种缓解能源危机的途径中,节能无疑是符合可连续进展要求且“ 可以从身边做起” 的挑选；关键字：稳压器 , 芯片 , 能源 , 探测器1引言随着社会经济和科学技术的进展,人类社会的进步越来越依靠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庞大的冲突；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

2、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 2022 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全部耗电的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掌握,其节能效益和经济效益都是相当可观的；基于以上情形,本设计依据时间、照度、人员分布情形等对教室灯具进行自动掌握,采纳

3、集成光频转换器TSL230 对比度进行较为精确检测；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,增强了节能成效,进一步完善掌握方法,使设备的性能更加稳固牢靠；多 模式掌握且各模式之间自动切换,使系统使用更加敏捷,便利；2系统设计该系统采纳主从结构,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 通过信号探测器判定掌握模式；3 依据接收到的下位机数据,及内部储备的照度阈值和人数阈值运算掌握名师

4、归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用灯组,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、微掌握器 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

5、机发回的命令对灯组进行开关掌握；名师归纳总结 下位机主要包括: 中心处理芯片AT89C2051 、 5V 稳压器、光频转换模块、组第 2 页,共 9 页红外热释电模块、地址挑选器、看门狗电路、485 通讯模块以及固态继电器成的功率器件等 如图 2 ；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 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,应用范畴广 泛；单片机在系统中与其他电路模块协作完成如上所述的上、下位机功能；3.2 显示模块和按键模块 LC

6、D 显示 为了便于对系统进行初始化、参数设置和模式挑选,主机配置了 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掌握；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 户可以依据实际情形和需要敏捷的设置参

7、数,在增强系统可用性的同时,扩大 了系统的应用范畴；加入密码掌握界面,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辨论率的光照度/ 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；其名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用输出为占空比 50%的方波,且输出

8、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,内设推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,其静态电流微小,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,在系统显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,便利设

9、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掌握依据的三大要素；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详细化；依据教室光照明暗分布和红外热释电模块的探测范畴,将教室划分成方形区域 如图 3 进行掌握；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 人员流淌情 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,依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,进一步增强了节能成

10、效；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 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,采纳模糊掌握理论对各区域人数进行模糊统计,解决了无法对人数进行精确计数带来的问题,并为人数阈值的判定打下基础；加入模糊人数判定标准 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,增强节能成效；在照度掌握方面,单独依靠照度小于300lx就开灯的判定依据是行不通的:在照度不满意要求系统开灯后,照度就会大于300lx,这时系统会误判照度满足要求,做出关灯的打算；为了防止

11、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,可以在掌握中加入一个照度上限X0 ,当自然光与灯光叠加照度大于X0就关灯；于是,开灯的条件就变为在灯未打开时照度小于300lx和灯打开后照度小于X0；:系统采纳多种模式掌握,以满意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,如有模式信号输入就系统进入相应的模式；如无就进入自习 模 式 ； 不 在 工 作 时 间 , 如 有 强 制 手 动 信 号 输 入 , 就 根 据 手 动 任 务 的 设 定 运名

12、师归纳总结 行；如无就关闭全部的灯；程序主流程图如图4；第 5 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 4程序主流程图4.1.1 各模式的掌握方式和实现4.1.1.1 强制模式治理员将自动 / 强制开关置为低电平,使系统进入强制模式；在强制模下,通过按键设置开关任意区域的灯,不再受工作时间、照度和人员分布的限制；4.1.1.2 自动模式治理员将自动 / 强制开关置于高电平,系统进入自动模式运行；4.1.1.2.1 自习模式当无任何模式信号输入时,系统进入自习模式；在该模式运行时,系统先检测教室内是否有区域亮灯,然后

13、检测光照度是否达到国家规定的300lx；如是光照度大于此标准,不管区域有没有人都不开灯；如是小于就探测区域是否有人,有人就依据情形开灯,无人就不开灯；详细开关灯掌握规章如下 :1. 开灯当照度不足时有人进入教室,假如教室内没有区域亮灯就打开人所在区域名师归纳总结 的灯,如是再有人进入,就检测第一个开灯区域的人数是否大于Y0,如不大于第 6 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用就不再打开其他区域的灯,如大于就采集各有人区域内的人数,并将人数进行比 较 , 打 开 未 亮 灯 区 域 中 人 数 最 多 的 区 域 的

14、 灯 , 依 此 循 环 打 开 第 三 区 , 第 四区 的灯；假如教室里有已亮灯区域,就分别记录这些区域的人数,假如有区域的人数少于标准值 Y0,不再打开其他区域的灯；假如都大于该值,就打开未亮灯区域中人数最多的区域的灯；2. 关灯开灯后,在自然光照不足 照度小于 X0的情形下,教室中只答应有一个亮灯区域的人数小于 Y0,如有多个区域人数小于 Y0 ,就保持这些区域中人数最多的区域的灯打开,关闭其他；在一个区域内连续检测不到人体存在信号就关闭该区域的灯,当教室无人就关闭全部的灯；如自然光照充分,就关闭该区域的灯；程序流程如图 5；图 5自习模式流程图4.1.1.2.2 板书模式板书模式和自

15、习模式的不同在于讲台上是否亮灯；要板书讲课,老师必定名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用显现在讲台上,所以,板书模式的输入信号就转换成了通过安装在讲台上方的从机板探测人体存在信号；当讲台上t时间内始终有人才认为讲台有人；当讲台上有人且无投影信号输入就进入此模式；该模式下对座位区依旧采纳自习模 式的掌握规章；特殊说明,讲台区域与别的区域是相互独立的,即不受别的区 域内人数多少与灯亮与否的影响,又影响不到别的区域,开关该区域的灯仍加 入了照度的判定；4.1.1.2.3 多媒体模式多媒体模式就是通过

16、安装在投影机电源导线上的光电耦合器来判定导线中是否有电流通过,如有就认为投影机在工作状态,就自动切换到投影模式；进入该模式就关闭前面区域的灯具,对教室后面区域依旧采纳自习模式的 掌握规章；4.2 液晶显示界面液晶显示界面流程如图6；该流程的实现由可视界面和按键共同完成；系统在初始化之后,可通过由一个外部中断扩展的四个按键进行界面转换和参数设 置 ； 在 不 同 界 面 , 按 键 的 作 用 不 同 , 用 户 可 根 据 界 面 提 示 轻 松 完 成 一 系 列 设置；图 6液晶显示界面4.3 通信子程序为了防止发生多从机同时占用数据线的情形,RS485 通信采纳主机广播,从名师归纳总结

17、机 * 的模式 ；当主机发送地址帧时,只有与呼叫地址相符的从机做出回应, 其第 8 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 他从 机仍保持* 状态；地址相符的从个人资料整理仅限学习使用出相应 的机随后依据主机发来的命令帧做反应；5结论综 上 , 经 过 多 次 实 验 证 明 , 本 设 计 性 能 稳 定 可 靠 , 达 到 了 较 好 的 节 能 效果 ； 设 备 采 用 光 频 转 换 器TSL230 克 服 了 以 往 设 计 中 不 能 准 确 测 量 照 度 的 问题 ； 加 入 模 糊 人 数 阈 值 判 断 标 准 解 决 了 人 员 分 布 过 于 分 散 时 打 开 过 多 灯 的 问 题；另外,多模式掌握的自动探测转换使系统运行更加智能便利；在节能观念 深 入 人 心 的 今 天 , 人 们 很 容 易 接 受 这 样 低 成 本 、 高 性 能 、 操 作 简 便 的 节 能 产 品；名师归纳总结 来源：大比特商务网高校教室灯光节能掌握系统的设计第 9 页,共 9 页- - - - - - -