教室节能系统1.doc

前言 教室作为高等院校主要教学和学习交流场所，为了便于学生间进行知识学习的相互动态交流，通常采用分时段开放式自由管理模式，也就是说教室资源没有像高中、初中等学校那样将其特定到某个班级，这样教室资源的调配、卫生、以及治安维护等工作均由教室管理人员进行静态的管理。教室资源的开放式管理虽然给学生进行学习交流提供了便捷的场所，但由于缺乏对应的高效调配管理自动化系统，很多教室能源浪费十分严重，经常出现一两个人，甚至无人情况下，教室照明灯具、风扇等长期处于运行状态；或者在光线强度、温湿度等条件满足学习要求时，照明、风扇等耗能电器依然处于额定运行工况，从而造成大量的电能资源浪费。按照教室等公共区域的照明设计规范可知，教室照明功率密度通常按照10W/m2 进行设，也就是说如果一个标准教室按照96m2 进行设计，则按照其照明系统从早晨8 点到晚上9 点正常运行13 个小时，每个教室每个教学年度按160kw · h，整个学校共有210 间教室进行计算，如果采用相关先进控制技术手段将其照明系统的节电能力提高30%，则全年大约可以节约电能资源2.28×105kw · h，如果按照单位电能0.5 元进行计算，则全年可以节约电费额为12 万元左右，而且上述估算分析中还没有考虑教室照明系统的线损、灯具使用寿命等因素，因此，对教室照明系统等进行节能技术升级改造，其所获得的经济效益十分可观，是学校教室建筑节能降耗研究的一个重要内容。 1 教室灯光节能控制器控制简介 教室灯光控制器可以通过内部程序实现对教室内部照明灯光系统的有效节能自动智能化调节控制。从整个系统的功能效果来看，其系统的输入参数主要是教室内人体存在信号、环境温湿度、光照强度等特征信息当量，即在教室检测到有人存在时，结合环境温湿度、环境光照等外部因素，动态判断是否开启灯光系统以及照明灯具相互节能匹配方案等；当环境光照等满足教室照明规范需求时，就会控制灯具不打开，即只有当教室内存在学习人员且外部环境光照强度参数达到某种阈值条件以下时，并在内部计算分析判断合理调节照明灯具开启匹配方案，达到教室照明灯光高效稳定节能运行效果。为了实现教室照明系统调节运行的灵活性和高效节能性，本文选取单片机作为这个控制系统的核心控制器，结合光照度传感器等硬件设备，通过自动智能化控制，有效提高系统运行经济可靠性。对于硬件部分的设计，只要结合教室照明系统基本功能要求，通过合理选型搭配构筑一个完善的功能硬件系统，为系统软件运行提供一个重要的技术支持平台；对于软件部分的设计，通过各种传感器对信号进行采集，并结合其它硬件实现信号的传输、分析处理，实现对教室灯光资源的自动智能化节能经济调度运行。 2 系统总体设计 该设计的教室照明控制系统能够实现教室照明的智能化控制，节省电能． 该系统主要由热释电红外传感器、环境光强度检测器、单片机控制电路及输出开关控制电路组成． 在该系统中，教室内环境光线的强度和人体存在信号是系统的主要输入参数，也是系统数据采集的主要对象． 首先，利用光敏电阻检测教室内自然光的强度，并将光强信息经A/D 转换、放大后送给单片机进行处理，然后，利用热释电红外传感器的热释电效应检测教室内是否有人存在，以便对照明灯的开关进行控制． 当教室内自然光较强，即光线足够时，无论是否有人存在，都不打开照明灯; 当教室内自然光较弱，且有人存在时才打开照明灯． 教室照明灯打开后，系统仍会定期去检测教室内的自然光强度和教室内是否有人，当检测到教室内没有人存在或自然光强度足够大时，就自动关闭照明灯． 同时，系统还增加了手动控制方式，在学校放假或周末时，可以通过手动的方式人为地控制照明灯的亮或灭，从而达到智能控制和节约电能的目的． 3 系统硬件电路的设计 该系统的硬件电路主要包括系统供电电路、热释电红外人体检测电路、环境光强度检测电路、单片机控制电路等． 3.1 系统供电电路该系统中的单片机等芯片都要用到+ 5 V 电源供电，因此需要将交流市电220 V 转换为直流+ 5 V 电源． 利用如图2 所示的电压转换电路可获得+ 5 V 直流电压． 将220 V 交流市电接入该电路，先经过变压器降压，得到+ 9 V 的交流电压，然后经过由4 个二极管组成的全波整流电路，得到脉动直流电，并利用电容Cl、C2滤去高频信号和噪声，再经过稳压器LM7805 的稳压，最终得到+ 5 V 的直流电压［2］，能够给控制系统中的单片机和其他TTL 电路提供+ 5 V 的工作电源． 图2 系统供电电路 环境光强度检测电路环境光强度检测电路主要由光敏传感器和晶体管组成． 光敏传感器采用可见光光敏电阻，它的光谱响应峰值比较接近人视觉敏感区的波长． 根据光敏电阻的特性可知，当光照强度大时，光敏电阻的阻值小;当光照