【文章內(nèi)容簡介】 電等等。許多學(xué)校都采取過這些方法，但始終沒能長久堅持下去，也就沒有取得理想效果。我們分析有如下原因： ① 是從生理上來看，當(dāng)外界光照強度超過燈具光照度時，人 眼就很難察覺有燈存在；② 是從心理上來看，教師和學(xué)生精力集中于教學(xué)和學(xué)習(xí)上，不可能分心來觀察教內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 5 室光照度的變化，也就不可能主動去關(guān)燈。 ③ 專門管理人員很難了解各個樓層，各個朝向教室的實際情況，加上個人認(rèn)知差異的影響，很難做出準(zhǔn)確的判斷，由他們來負(fù)責(zé)開啟和關(guān)閉燈具，不是關(guān)燈太早或開燈太晚造成學(xué)生看不清楚，就是關(guān)燈太晚或開燈太早而造成浪費。同時管理人員的素質(zhì)千差萬別，個體差異還可能導(dǎo)致矛盾激化。我們在有人員管理的教學(xué)樓做過實驗，使用和不使用智能照明控制器前后 2 月的電量相比，節(jié)電率仍然可以達(dá)到 23%，學(xué)生反映不再出現(xiàn)開 關(guān)燈不及時的現(xiàn)象了，這就說明了人工管理是取代不了科學(xué)技術(shù)手段管理的。雖然智能控制器一次性的投資可能比聘用管理人員可能要高一些，但從科學(xué)管理，大學(xué)的學(xué)習(xí)氛圍和長期效益來看，智能化的科學(xué)管理是要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人工管理的。 (4) 過于精細(xì)的控制要求 有的學(xué)校在考慮做教室照明節(jié)能時，又容易走向另一個極端，即要求對每盞燈都進行精確控制。表現(xiàn)為每個燈位都采用人體感應(yīng)控制開關(guān)來控制，或者用紅外對射來計算教室的人員數(shù)量再對燈具分別進行控制。這種精細(xì)控制考慮的初衷是好的，認(rèn)為可以最大限度地節(jié)約電能。但是卻忽略這種方式帶來的諸多問 題，一是光照度難以保證。整個教室的照度是根據(jù)房間面積設(shè)計的，只開一盞或 2盞燈，是很難保證照度滿足國標(biāo)要求。尤其是大合堂階梯教室，前幾排的層高可以到 56 米，夜晚人少開的燈少，實際的光照度很難保證。因為國標(biāo)中不但規(guī)定了絕對照度值要求，而且規(guī)定了鄰近照度與主照度的比值不能低于 。這就像在漆黑的房間，如果只開桌上的臺燈，桌面照度可能滿足國標(biāo)的要求，但周圍卻還是黑暗的。在這種環(huán)境下學(xué)習(xí)，眼睛很容易疲勞，不但影響學(xué)習(xí)效果，長此以往，必將對學(xué)生視力造成無可挽回的損害。二是燈具容易老化，通過頻繁地關(guān)閉燈具來節(jié)能，勢必 要使這些燈具要根據(jù)人員情況的變化，及時地開啟或關(guān)閉。教室照明一般使用的是日光燈，啟動時，依靠的是加熱燈絲上涂覆的氧化物產(chǎn)生的電子來啟輝的，每啟動一次，氧化物就消耗一些，如果消耗盡，日光燈就不能點亮而報廢了。過于精細(xì)的控制，就會使燈的起動過于頻繁。很容易造成燈管的提前老化，嚴(yán)重縮短其壽命，出現(xiàn) “節(jié)電不節(jié)錢 ”的現(xiàn)象。三是容易造成錯誤控制，在采用計算人數(shù)的控制器中，極易出現(xiàn)由于人員進出的不規(guī)則和不確定性而出現(xiàn)錯判的情況，要么在有人的情況下關(guān)燈而影響學(xué)習(xí)，要么在無人的情況下長時間不關(guān)燈而影響節(jié)電效果。在有固定座次位 置的教室中，這種控制方式就更是無法內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 6 使用了。因此，從整個節(jié)能效益和保證學(xué)生視力健康等方面的綜合考慮，教室照明最好采用大范圍的多燈位控制方式。多年的實踐數(shù)據(jù)和經(jīng)驗表明，節(jié)約的電能大部分還是在白天的長明燈浪費，夜晚開部分燈的節(jié)約比重相對較低。 產(chǎn)品選型應(yīng)該注意的事項 (1) 照度的控制精度要準(zhǔn)確 教室照明節(jié)能不同于其它領(lǐng)域和場合的節(jié)電，最重要的就是要保證照度的控制精度。因為學(xué)生要長期在教室學(xué)習(xí)，不正常的光照度不僅影響學(xué)習(xí)效果，而且還關(guān)系到他們的身體健康。那種不顧學(xué)生視力健康的節(jié)電措施是不可取的，也是和大 學(xué)的學(xué)習(xí)氛圍不相稱的。因此，要 把照度控制精度作為頭等指標(biāo)來考慮。首先，從器件方面來說，光 電管 由于價格便宜，在許多光控場合得到廣泛應(yīng)用。但是由于存在其阻值隨照度變化的非線性，阻值間的離散性和溫度特性的不確定性等缺點，決定它只能用于樓道、走廊和衛(wèi)生間等對照度要求不高的場合使用。在教室的光控中使用是不合適的，根本難以達(dá)到國標(biāo)規(guī)定的 177。10%的照度控制要求。為了降低成本采用了光 電管 作為光控元件，這是以犧牲學(xué)生視力為代價的節(jié)能，是不可取的。為提高照度檢測精確度，首先要選擇光照度線性度好、性能穩(wěn)定、一致性好、溫度特性小的 優(yōu)質(zhì)器件。同時采用視覺校正、溫度補償、抗干擾等技術(shù)處理。確保照度值線性，能夠在使用現(xiàn)場測量和設(shè)置參數(shù)。優(yōu)先選用可編程的數(shù)字型照度控制器。 (2) 人體感應(yīng)控制器必須選用照度優(yōu)先、準(zhǔn)靜態(tài)檢測型 紅外人體感應(yīng)（ PIR）是一種人體運動傳感器，它的輸出與人體運動幅度成正比。由于學(xué)習(xí)時人員動作幅度較小，尤其在自習(xí)時、人少時更是如此，如果不采取特殊的處理方法，是很難檢測出來的。若人體檢測精度不高，極易造成漏檢或錯檢而關(guān)燈，影響學(xué)生學(xué)習(xí)和燈管壽命。 在人體感應(yīng)控制器中，有人體感應(yīng)優(yōu)先和照度優(yōu)先兩種控制方式?，F(xiàn)有的人體感應(yīng) 檢測集成電路采用的都是人體感應(yīng)優(yōu)先型，即先進行人體檢測，檢測到人體存在時，再去檢測照度值是否滿足要求，如不滿足則開啟燈具，在這之后的整個開啟段內(nèi)就不再檢測照度了，即使照度滿足要求了，燈具也不會關(guān)閉。直至人員離開，檢測不到人體存在的信號了，再關(guān)閉燈具。這種控制方式是為走廊等燈具的控制而設(shè)計的，用以克服開燈后可能存在的光反饋造成的不穩(wěn)定。直接將這內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 7 種集成電路移植用于教室的燈控，顯然是不合適的。主要問題是白天時一旦燈具開啟，而一直有人存在時，燈具將不會關(guān)閉，造成不必要的浪費。另一種是照度優(yōu)先型，即照度檢測和人體檢測 同時進行，而照度控制優(yōu)先于人體檢測，一旦照度滿足要求，不管是否存在人員，都會關(guān)閉燈具，這樣就可以克服上述的問題。是完全與教室節(jié)能相適應(yīng)的一種控制方式。這兩種控制方式的鑒別方法很簡單，就是白天在照度滿足要求的情況下，用手擋住控制器鏡頭，使燈具開啟。手離開后人體在控制范圍內(nèi)動作，如果燈一直點亮，就是人體感應(yīng)優(yōu)先型，否則就是照度優(yōu)先型。 由于人體感應(yīng)集成電路是為運動的人體檢測所設(shè)計的，對運動量很小的靜止人員的檢測精度較低，簡單地移植到教室燈控上，只是將檢測延時加長，以彌補檢測精度不高的問題。但缺點依然沒有得到有效 克服，很容易造成燈具的頻繁啟停，不但影響學(xué)習(xí)，而且加速燈具的老化，嚴(yán)重影響節(jié)能的經(jīng)濟效益。這個問題只有采用針對教室燈控的專門設(shè)計的 “準(zhǔn)靜態(tài) ”檢測技術(shù)，才能得到較好地解決[3]。 因此，在采用人體感應(yīng)控制器時，應(yīng)該采用照度優(yōu)先控制，同時采用準(zhǔn)靜態(tài)人體檢測型的控制器，才能真正滿足教室照明節(jié)能的要求。同時盡量采用大范圍控制區(qū)域方式，以保證夜晚人少時的光照度值，也降低總投資額。 節(jié)能工作是一件功在當(dāng)代，利在千秋的事業(yè)。高校擔(dān)負(fù)著教書育人的重要使命，它的節(jié)能工作，不但可以為學(xué)校節(jié)省下一筆不菲的資金，而且更重要的是培養(yǎng)了 學(xué)生的節(jié)約意識和認(rèn)知。才能擔(dān)負(fù)起應(yīng)有的歷史使命，成為建設(shè) “節(jié)約型社會 ”的生力軍。高校節(jié)能工作大有可為。 教室 光照節(jié)能 系統(tǒng) 總體方案 設(shè)計 對于一些照明時間較長，照明設(shè)備較多的場所（如學(xué)校教室，商場等），其照明系統(tǒng)的使用浪費現(xiàn)象屢見不鮮。由于缺乏科學(xué)管理和管理人員的責(zé)任人員的責(zé)任心不強，有時借助外界環(huán)境你能正常工作和夜晚室內(nèi)空無一人時，整個房間內(nèi)也是燈火通明。這樣下來，無形中浪費的電能是非常驚人的。據(jù)測算，這種現(xiàn)象的耗電占其單位所有耗電的 40%左右參考。因此，有必要在保證照明質(zhì)量的前提下，實施照明節(jié)能措施。 這不僅可以節(jié)約能源，而且會產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益。故設(shè)計了教室光照節(jié)能系統(tǒng)，以達(dá)到高校教室用電設(shè)備的合理使用，節(jié)約電能以及改善教學(xué)管理的目的。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 8 目前，高 校教學(xué)樓照明用電的管理一般有三種模式：一是無專人管理，由學(xué)生自行 控制開啟與關(guān)閉；二是利用定時開關(guān)，根據(jù)作息時間開啟和關(guān)閉整個教學(xué)樓的照明電源；三是由專人負(fù)責(zé)，即管理人員根據(jù)作息時間和天氣情況分層送電。由于大多數(shù)人的節(jié)能意識淡薄，并且強光下人的眼睛對弱光不敏感，在自然光照大于燈具光照的情況下，難以覺察到燈光的存在，因此，在白天自然光很強的情況下，教室內(nèi)的長明燈仍到 處可見。根據(jù)不完全統(tǒng)計： 80％的教學(xué)樓存在著在白天光照良好的情況下教室燈具開啟和在午休時間長明燈的現(xiàn)象 [4]。一個教室的長明燈，看起來耗能不大，但從整個學(xué)校來看，卻是一個不小的數(shù)字，這是一種極大的浪費。造成電能浪費的現(xiàn)象除了節(jié)能意識薄弱以外，另一個重要的原因就是節(jié)能的硬件設(shè)施跟不上。為此，根據(jù)學(xué)校的實際情況，設(shè)計與實施教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)，在白天光線達(dá)到一定照度時，教室內(nèi)照明燈自動關(guān)閉，室內(nèi)照度下降到一定程度時自動開啟照明燈，在充分保證教室照度的前提下，達(dá)到節(jié)能的目的。 本設(shè)計教室光照系統(tǒng)采用了較為 先進的電 力電子技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)以及上位機的監(jiān)控、 控制的集散控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要由光照檢測電路、熱釋電紅外傳感器及處理電路 、 單片機系統(tǒng)及控制電路 、 RS485 網(wǎng)絡(luò)和 PC 端RS232RS485 轉(zhuǎn)換器以及 PC 機軟件平臺 組成。 其教室 光照 節(jié)能系統(tǒng)的整體 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 進 出 入 人 數(shù) 量、光照 強 度 檢 測 電 路485總線P C 機鍵 盤 控 制 單 元 光 照 數(shù) 量 ， 通 斷 控制 電 路S T C8 9 C5 24 8 5收發(fā)模塊進 出 入 人 數(shù) 量、光照 強 度 檢 測 電 路光 照 數(shù) 量 ， 通 斷控 制 電 路S T C8 9 C5 24 8 5收發(fā)模塊進 出 入 人 數(shù) 量、光照 強 度 檢 測 電 路光 照 數(shù) 量 ， 通 斷 控制 電 路S T C8 9 C5 24 8 5收發(fā)模塊2 3 2 轉(zhuǎn) 4 8 5 模 塊鍵 盤 控 制 單 元鍵 盤 控 制 單 元 圖 教室光照節(jié)能系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 采用一光敏電阻為核心構(gòu)成的光電探測組件測量光照度，根據(jù)光敏電阻的電內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 9 阻在較大范圍內(nèi)與光照強度 的 關(guān)系 再通過光照補償?shù)靡跃€性關(guān)系 ，可實現(xiàn)連 續(xù)的光照強的模擬量輸出和較高的精度，然后，通過 ADC0832 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量將光照強度信息送至單片機 ，并根據(jù)外界光照強度優(yōu)先級的調(diào)節(jié)教室照明燈具的開啟和關(guān)斷，可有效的改善照明的質(zhì)量。 通過熱釋電紅外探測組件模塊采集教室內(nèi)人數(shù)信息，在此，設(shè)計中使用的是外部中斷的方式對熱釋電紅外探測組件采集的人數(shù)進行統(tǒng)計， 結(jié)合上面的光照強度的測試結(jié)果，該系統(tǒng)設(shè)置了 以下的智能控制策略 ： 當(dāng)光照度 X1 LX， 由于光照度低為保證對用眼的安全性進行如下參數(shù)設(shè)置，教室無人時，關(guān)閉整個教室燈具； 教室人數(shù) =5 人時，開啟第一、二排燈具；教師人數(shù) 6 時，全部開啟所有燈具，以滿足國家教學(xué)光照度標(biāo)準(zhǔn)。 當(dāng) x1 lx=光照度 x2 lx,教室無人時，關(guān)閉所有照明燈具 ； 教室人數(shù) =15 人時，開啟第一排燈具； 15教室人數(shù) =25 人時，開啟第一 、二 排燈具 ； 教師人數(shù) 25 時，全部開啟所有燈具 。 當(dāng)光照度 X2 LX，所有燈具不打開。 X1,X2 的取值可根據(jù)平均照度的公式計算： E=Φ N U K／ A (21) 式中：Φ一光源的光通量； N 一燈具數(shù)； U 一燈具的利用系數(shù)； K 一維護系數(shù)； A 一室內(nèi)面積，單 位 m2 總系統(tǒng)控制方案設(shè)計思想為：監(jiān)控 PC 機和教室級 控制單 片機組成一個分布式控制 光照 節(jié)能 系統(tǒng) ,各個教室級 控制單片機都是獨立的控制單元 ,并采用上述的控制策略對教室用電情況加以控制， 同時可以接收監(jiān)控 PC 機發(fā)來的控制指令。系統(tǒng)分自動控制和手動控制兩種模式 ,當(dāng)監(jiān)控 PC 機通過 RS— 485 總線下發(fā)自動控制命令后 ,單片機開始采集外部光照數(shù)據(jù) ,經(jīng)處理分析后輸出調(diào)光控制信息 。在經(jīng)過輸出執(zhí)行器控制教室照明燈具。 當(dāng) 遠(yuǎn)程 控制出現(xiàn)異常時 ,設(shè)置有獨立的手動控制回路 ,可以通過手動方式來控制 照明。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 10 第 三 章 教室光照節(jié)能 系統(tǒng)硬件設(shè) 計 教室檢測控制單元是教室光照控制系統(tǒng)中重要的部分之一，一方面，教室檢測控制單元具有對教室內(nèi)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲等功能，并響應(yīng)樓層顯示控制單元通訊查詢的命令，另一方面，教室檢測控制單元根據(jù)樓層顯示控制單元和中央計算機單元的具體要求控制照明燈等用電設(shè)備。 圖 是教室光照節(jié)能 系統(tǒng) 教室控制器的 硬件結(jié)構(gòu)圖 。 S T C 8 9 C 5 2 R UL C D 顯 示信 號 處 理M o d b u s通 信 模 塊熱 釋 電 紅外 傳 感 器鍵 盤電 源 模 塊輸 出 模 塊A D C 0 8 3 2P C上 位 機光 照探 測 組 件P 0P 1P 2T X DR T SR X DP 3I N T 0 圖 教室光照節(jié)能系統(tǒng) 教室控制器 硬件結(jié)構(gòu)圖 單片機的選擇 目前較為流行的單片機有 AVR 和 51 單片機，從系統(tǒng)設(shè)計的功能需求及成本考慮， 51 單片機性價比更高。 STC89C52 是 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 512 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看