徐维昌
(宁夏大学信息工程学院,宁夏 银川 750021 )
目前,传统的教室内开关大部分是普通型开关或拉线式开关,然而由于各种不可控的因素及人们的日常习惯,造成大量的电能的浪费。另外,夜晚出行还要摸黑找开关,对学生和部分年长的教师不仅不安全,而且若是灯泡长时间亮着,也容易造成资源浪费。同时,现在教室多采用日光灯或白炽灯,相对于LED灯会造成更多的资源浪费[1-3]。针对以上种种问题,笔者研究出专门针对教室的智能照明控制装置。具体是对教室和教室外的楼道的照明系统进行智能控制。
此照明控制装置的设计主要分为两个模块,一是智能控制模块,二是维修模块。智能控制模块主要是由单片机和移动物体检测传感器来进行控制,采用C语言进行开发。使用单片机对LED灯具进行控制,由传感器来进行移动物体检测。通过设计相应的程序可以使得传感器首先对移动物体进行检测,检测之后单片机会根据检测结果来判断是否需要打开LED灯,从而实现对照明装置的智能控制[4]。同时,笔者设计了相应的灯具的工作状态检测模块,如果有灯具损坏,则通过短信发送到维修人员,由维修人员进行检修,极大地提高的工作效率,其中图1为系统工作原理图。
图1 系统工作原理图Fig 1 System operation principle diagram
对移动物体的检测主要是采用移动物体检测传感器来进行实现。由于移动物体检测传感器的测物距离为5米,所以在设计时,针对教室则在其四角安装传感器,而针对楼道则间隔五米进行安装。这样就可以保证无死角的探测。传感器未探测移动物体时,输出状态为低电平0V,于是在模块设计时,将其初始化输出状态置为0V。若是探测到移动物体(探测到有人到来),则将其输出状态转化为高电平+5V[5]。三极管导通,输出状态转为低电平0V,此时单片机才对其进行响应,打开LED灯。同时为了保证其中任何一个传感器检测到移动物体之后,单片机都要进行响应,故需要在安装传感器时,将输出端进行并联,使其为线与的关系,可以保证无死角的探测。
为了达到节能的目的,在设计照明装置时,采用了LED节能灯具。为了使设计更科学化,同时根据楼道和教室的照明情况的不同,将楼道和教室采取不同的控制方式。
首先,检测环境光照强度,之后再进行移动物体检测,由于灯具只是在夜晚照明,所以在照明控制装置进行设计时,增加了光控设计,同时笔者考虑到阴天的亮度,在设置临界值(即小于等于此值时,单片机才会打开LED灯)的时候要高于夜晚的亮度值,故当照度在50cd以下时,照明控制装置的所有I/O口及部件处于工作状态。在此照度以上的,所有I/O口属于封闭状态[6]。
第一路控制电路设计属于教室的LED照明控制。考虑到教室是提供学生学习和老师上课的场所,对照明亮度的要求较高。在单片机将LED灯打开时,对其亮度要适当调整,故在LED的照度范围内,将光照度调节到550cd(最适范围500cd--600cd)左右。并且在检测移动物体的情况下,光照亮度一直保持不变。
第二路控制电路则是针对教室外楼道的LED照明设计,基于楼道和教室环境情况的不同,所以在设计上也有所不同。楼道和教室都是要设计临界值,不过楼道的临界值要小于教室照明的临界值,本装置中将其设置为0.2cd,此照度为黑夜照度。工作原理与教室的工作原理相同。但是为了节约能源,还相应设计了照度调节的功能。当楼道无人之时,对LED的光照强度进行自动调节。即在检测到有人之时,单片机控制LED灯打开(此时光照度等于教室光照度),在人离开时,则调节LED的亮度为原来的10%,此设计也很好的实现了节能的目的。图2为设计模型的正常工作状态下的图。
图2 正常模式工作图Fig 2 Normal mode opeartion diagram
图3 维修模式工作图Fig 3 Maintenance mode opeartion diagram
在实际应用过程中,用电设备的维修必不可少。维修检测模块,每天从晚上到白天时,会自动进行LED灯具的检测,如果损坏时,单片机收到LED灯损坏的控制信号后,发出相应的短信通知维修人员[7-9]。维修人员维修时,只需按下工作/维修模式开关,单片机处于维修模式的状态,此时灯具处于全部开启状态,不受控制装置的控制,方便维修人员对损坏灯具进行检修[10]。上图3为设计模型的维修模式下的图。
本设计是在传统灯具控制上发现了诸多问题,并且通过思考提出了改进方案,做出了改进的相应设计。大大提高了实用性和安全性。在一定程度上,实现了节能减排,使设计变得更加意义非凡,若是经过改良应用到实际生活当中,将会为提高经济效益做出巨大贡献。同时,随着科学技术的不断发展,也可以将物联网和ZigBee技术应用其中,构建整个小区的智能照明控制装置,故本设计具有良好的推广价值。
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