自动控制系统在教室光源设计与应用

大连经济技术开发区中等职业技术专业学校 董升忠

教室光源进行合理控制是非常重要的，通过对教室光源的控制可以避免不必要的用电浪费，从根本上响应节能减排的国家政策，达到节能环保的效果。因此，通过自动控制系统去控制教室光源是非常有必要的，不仅方便了教室光源的控制，还能实现教室使用光源的自动化，避免因为忘记关灯断电等情况造成的用电浪费。

现如今科学技术有着飞速的发展，社会进步的同时也意味着资源消耗的增大，导致全球面临资源匮乏的危机，其中由于我国人口众多，资源消耗更加严重。在我国资源的消耗当中，其中电能的浪费情况更加明显，如今随着各种学校的扩建，学校的用电负荷在逐渐增大，加上学校对于教室用电并没有很好地管控，这就导致学校的用电量越来越大，出现电能铺张浪费的恶劣情况。那么，优化学校教室的用电情况，提高学校的用电效率就成为了节约用电的主要方式。

1 整体设计架构

为了节约学校教室用电，提高学校的用电效率，就需要设计一种可以自动控制教室光源的系统，这种系统可以叫做教室光源控制器。教室光源控制器可以对教室的灯光进行自动化的智能控制，实现随时随地控制电源，避免出现无人使用却浪费光源的情况。这种教室光源控制器整体设计理念是通过对外界环境的光强进行检测，如果光的强度达到一定程度的时候，达到了设定的数值时就会进行断电和关闭教室光源。只有当外界环境的光的强度比较低，并且感应到教室有人的情况下，才会通电并且打开教室光源，通过这种设计和原理来对教室光源进行自动化控制。教室光源控制器安装的位置要尽量避免电灯直射，否则就可能影响到对外界光的强度的正确判断，同时对于人体传感器的放置位置也要尽可能保持和人体活动方向的垂直性，这样更容易去采集到人体是否存在的信息，保证灵敏度和准确性，一定要避免外界的其他因素类似于风或者其他物质对人体传感器进行影响，避免人体传感器因为感应到其他物质而产生错误判断。教室光源控制器的设计主要把两大因素作为输入参数，分别是外界的自然光强度和人体是否存在，对这两大因素的数据和信息进行采集，就能对教室光源进行自动化控制。如果外界自然光强度比较高，不论是否有人存在，都选择关闭光源；如果外界自然光强度比较低，同时感应到有人存在并且待了较长的时间，这时候就打开光源，直到感应到人离开以后，延迟几分钟之后对光源进行关闭。除了这两大标准作为判断以外，还有一个重要的因素就是根据时间，如果夜晚超过12点以后教室仍有学生在复习，那么控制系统可以关闭自动化，改为人为去控制教室光源，避免因为系统默认夜晚无人导致判断误差，关闭光源而影响学生在教室学习。

2 软件设计

教室光源的自动控制系统主要分为软件设计和硬件设计，通过对这两方面的开发和设计才能构成一个可以实现功能的完整系统。光源自动控制系统的软件模块主要包括三个方面，分别是监控主程序模块、数据采集模块、显示驱动模块。

2.1 监控主程序模块

监控主程序模块是系统软件的主要模块，它主要是通过主程序对子程序进行调用，因为本身系统资源是受限制的，所以无法实现无限调用，只能通过主程序来反复调用子程序，才能实现一个无限循环的过程，才能保证系统的正常运转。子程序分为两个部分，分别是中断和功能两个方面，这两个之间可以进行相互合作和使用，同时可以进行互相调用，方便系统的正常运转。这进行软件设计的时候，要尽可能把功能模块设计成子程序，这样方便主程序去对各个功能进行合理调用，通过调用子程序来实现实际的操作和功能使用。

2.2 数据采集模块

自动控制教室光源系统主要采集的数据对象就是外界环境的光的强度信号和人体是否存在的信号，系统主要对这两个数据进行实时采集。利用人体存在传感器去进行人体是否存在的采集，其优势是在于此传感器不存在任何辐射，而且消耗功能比较低，不仅价格便宜而且利于隐蔽。但是它的缺点也比较多，非常容易被干扰，经常因为各种外界因素被干扰，从而影响数据的收集和对实际情况造成判断误差；自身的红外线穿透力低，经常会因为人体的红外辐射被遮挡而无法对人是否存在进行判断；如果出现环境和人体温度比较接近的时候，采集数据会出现问题，导致判断容易出现误差，灵感度和准确度都会下降。因此，在利用自动控制教室光源系统进行数据信息采集的时候，一定要规避掉这些问题，可以给人体存在传感器加上抗干扰功能，避免因为外界影响而出现误差。①将传感器安装在规定高度上，防止地上的外界生物，例如小动物等影响到传感器探测；②加装抗电磁波干扰，防止手机信号对传感器信号影响；③防止灯光进行照射和干扰，在传感器正常采集信息范围内不对灯光采取信息采集和信号接收。

2.3 显示驱动模块

对于自动控制教室光源系统而言，要想实现人机互动，最关键的模块就是显示驱动模块，只有系统将数据信息都显示出来，我们才能了解系统的运行情况，才知道要怎么进行操作和使用。自动控制教室光源系统的显示模块不仅显示清晰，而且成本价格低，使用起来简单明了，方便平时进行操作。

3 硬件设计

教室光源的自动控制系统除了软件以外，还有硬件的组成，对于硬件的设计是非常重要的，这对于系统来说都是不可缺失的部分，教室光源自动控制系统的硬件模块主要包括环境光模块、系统时钟模块和报警模块。

3.1 环境光模块

教室光源的自动控制系统的环境光模块主要通过光电传感器来对环境光进行采集，从而实现环境光对电量的转换，也就是把光信号转换成了电信号，这样就能通过对电流大小而去判断光照强度的强弱，通过电信号来确定光照强度的实际情况，从而对外界自然光照强度进行合理判断，此模块的光电传感器本身灵敏度就比较高，反应速度非常快，使用它可以保证采集到的光照强度信息的精准性。

3.2 系统时钟模块

根据教室光源的实际使用情况，为了避免用电的浪费，是需要设置一个时钟系统来对教室光源的使用进行控制和监督的，这个时钟系统主要是依托在学生的作息时间基础上而设计的。例如在学生下过晚自习之后的晚间时间或者学生休息日的情况下，对于教室光源就要进行关闭。这种系统时钟模块主要就是对教室无人的时候对光源做好检测和控制，避免出现学校教室无人使用的时候，可是灯光还是照常打开的情况发生，这样对电能来说不仅铺张浪费，还导致教室光源没有得到有效使用，使得教室用电被白白浪费掉。因此，系统时钟模块的存在是非常有必要的，它是节约能源的关键所在，是教室光源自动控制系统的智能化体现。

3.3 报警模块

报警模块的存在主要是针对特殊情况去设置的，避免在使用教室光源自动控制系统的时候出现意外。由于有些时候是必须要把自动控制系统调整为手动控制的，一旦变成人为控制的时候就可能会出现意外情况，毕竟人并不想机器一样那么严谨，是会出现粗心和疏漏的情况的。由于学生或者学校管理人员的不注意，导致出现了疏忽，就可能会出现教室没有人但是灯却还在开着的情况，就会导致电能被持续浪费，所以利用本系统设置了报警模块，可以通过报警系统来告诉管理人员还存在教室没有关闭电源。同时，如果学生对教师内的光源使用时间较长，导致负荷比较大的时候，报警系统也会触发，它主要是来提醒学生不要长时间在教室进行复习，要注意身体，懂得劳逸结合，避免学生因为压力过大而透支身体进行学习的情况发生。

教室光源的自动控制系统主要是通过采集外界环境的光的强度和人体是否存在这两方面的信息来实现自动控制教室光源的效果，这种系统比单一通过管理人员来对教室光源进行管理更加方便和合理，它不仅节省了管理教室光源的人力成本，还保证管理教室光源的精准性和方便性，可以随时对教室光源做到灵活控制，避免学校电能的铺张浪费，更加节省了相关的费用，提高了教室光源的有效使用率。这种自动控制教室光源的系统不仅对于教室光源的管理工作实现了巨大突破，还促进了学生的身心健康发展，可以对学生的学习时间进行合理安排和管控，促进了学生的高效学习效率，适用于各个学校教室的光源管理，对教室光源控制和管理实现自动化有着重要的意义，促进了学校各项设施的改善和发展。