大学教室智能照明系统的研究与开发

陈爽

(中国地质大学(北京)信息工程学院,江苏南通　100083)

大学教室智能照明系统的研究与开发

陈爽

(中国地质大学(北京)信息工程学院,江苏南通100083)

目前,用于照明的电量占整个教学大楼电能消耗的40%～60%,研究节能具有非常重大的意义。本文根据学校教学区照明控制和照明质量要求,设计了大学教室智能照明系统。

智能照明开关控制节能

1　研制背景及意义

传统的照明控制方式由于其管理落后、舒适性差、能源浪费、布线复杂以及灯具寿命短的缺点，造成了大学校园里普遍存在“长明灯”、“无人亮灯”等电能浪费现象。而现有成型的智能照明控制系统在应用中存在一些问题，需要对其作进一步的研究和改进。

学校传统照明控制方式一般有三种:①在回路中串入接触器辅助触点，实现人工远距离控制或定时控制方式;②断路器控制方式;③跷板开关控制方式。

这些控制方式具有一定的局限性。方式①:太机械，如果场景变化，需要更改预设的时间点，就比较难以适应，需要调整数据，使用不灵活，管理不方便;方式②:虽然控制功能简单，投资少，线路简单，然而如果所有的日光灯同时开关的话，耗电量大，不符合节能的要求，不能满足特定环境下的照度要求;方式③:如果灯具由翘板开关控制，在在教室的门口需设置开关，线路繁琐，损耗很大，很难实现舒适照明。以上三种方式均易造成维修的频繁性和不必要的电能浪费。

若将智能照明控制系统用于照明设计中，则能克服以上的不足。

2　设计方案

教室里是学习的主战场，灯具数量多，讲台的照度要求最高。根据国家标准《建筑照明设计标准》(GB50034-2004)，教室照度标准值为300—5001x，显色指数＞80。采用调光控制可以完美满足照度方面的需求，但是造价太高，因此教室照明还是采用时钟控制和开关控制，在特定的时间段里，预设系统参数控制教室内日光灯部分或者全部的开关。在窗户的旁边安装光线照度传感器，当自然光照度超过照度预设定值时，控制器关闭部分不需要的灯具，自然光不能满足照度需求时，由灯光补充。此外，多媒体教室的灯光控制可与会议系统的投影仪及幕布、电动窗帘等进行联动，当打开投影仪的时候，讲台的灯具关闭、电动窗帘自动关闭、幕布自动下降。厕所、电梯厅、走廊等公共区域的照明采用动静探测器，灯光自动开启关闭，人来灯开，人走灯灭，达到节能、便于管理的目的。同时应设置并联定位开关，以便必要时解除感应探测功能。

2.1照明系统的组成

2.1.1照度传感器的应用

自习室照度要求较高，在窗户的旁边安装光线照度传感器，当自然光照度超过照度预设定值时，控制器关闭部分不需要的灯具，自然光不能满足照度需求时，由灯光补充。

2.1.2热释电红外传感器的应用

此模块非常简单，返回“1”“0”。当环境照度不足时，有人在传感器作用范围内的时候，返回高电平给单片机。此时，单片机驱动继电器，打开日光灯。从而保证了该区域的光照度。

2.1.3作息时间开关系统

它利用单片机的时钟晶振计时，进行时间计算，并用LED数码管把它显示出来;在进行时间计算，分每加1时，都与规定的作息时间比较，如果相等则进行相应开灯或者关灯动作。

关于时钟的设定我们抛弃传统的机械按键，而选择采用上位机来修改预设值。有关上位机在下面详细说明。

2.2照明系统的控制

教室照明控制系统采用的是集中控制和管理、分散执行的方式，即中央监控中心(上层)和智能照明控制柜(下层)。各单元的调光控制互不干扰，相互独立，自成一体，也可以通过集中管理器和信息接口，与楼宇自控系统连接起来，统一管理控制。智能照明控制的主系统是由主干线、集中管理器和信息接口构成，底层是由各类调光模块、控制面板、动静探测器及照度动态检测器构成。主系统对各区域进行信号采样、检测，子系统对各分区实施具体控制。上下层之间通过信息接口等元件来连接，实现数据的传输。控制与负载分开，控制回路采用低压二次侧小信号控制。所有的开关信号以及采集的电量信号都通过现场总线网络进行通信。现场总线网络通常采用CBUS总线、HBS总线等，系统可实时监控和检测网络中所有设备的运行状态。

这里的中央监控系统即上文提到的上位机，我们用LabVIEW来编写，采用图形化的编程语言使没有软件开发经验的人，也能快速构建我们所需要的工具，来实现数据测量和系统控制。

中央监控系统，将实时检测到教学楼灯具的开关状态，以及设置作息时间(根据作息时间控制灯具的开关)。

2.3机械部分

此部分设计时考虑的主要问题:如何实现用弱电控制强电，即如何用单片机控制市电，如何实现智能化、人机交互，即人和控制系统的终端进行交互。

2.4大学教室照明系统的工作原理及性能分析

(1)它有一般电铃的功能，能告诉学生老师上下课; (2)它能记录闹铃每天闹几次，当它闹了一定的次数，它会驱动继电器切断电源;

(3)它有接受中断服务的功能。

基本工作流程是这样的:假如说闹铃一天闹10次提示上下课(包括自习时间在内)，我们可以设置它在闹11次后，驱动继电器，将连接闹铃的那一层电源给切断，这样就可以节省不必要的电能;第11次闹是提示学生该离开教室了(铃声可以别样化，频率高点);另外在每个教室设置一个中断申请开关，按一下开关表示学生还想在教待1个小时，连续按两次开关表示学生想在教室待两个小时。开关按了几次可以用软件记录，程序根据记录的次数给几个小时的电量延时。

3　创新点及应用

智能照明控制系统应用于大学校园中，可以提供良好的学习、工作环境，有利于提高工作效率;有效地节约能源，大幅减少照明能耗，延长灯具寿命;实现照明自动化、智能化，集中控制、统一管理，减少维护工作量和费用。

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