高校教室燈光節能控制系統的設計

　　3. 2 顯示模塊和按鍵模塊

　　為了便于對系統進(jìn)行初始化、參數設置和模式選擇，主機配置了LCD 顯示屏和由四個(gè)按鍵組成的按鍵模塊。顯示部分選用帶中文字庫的液晶顯示模塊LM3033。四個(gè)按鍵由一個(gè)外部中斷擴展而成。由于液晶顯示字數和版面的限制，系統采用分屏顯示，需要用按鍵控制光標移動(dòng)進(jìn)行選屏; 并在參數設置時(shí)，使用按鍵對數值進(jìn)行增減控制。

　　通過(guò)可視化界面對系統的照度閾值，人員閾值和工作時(shí)間進(jìn)行設置，使用戶(hù)可以根據實(shí)際情況和需要靈活的設置參數，在增強系統可用性的同時(shí)，擴大了系統的應用范圍。加入密碼控制界面，增強系統運行的安全性，明確了用戶(hù)的設置權限。

　　3. 3 光頻轉換模塊

　　系統選用可編程光頻轉換器TSL230 作為光頻轉換模塊的主芯片。TSL230 是新一代集成化的智能傳感器，它將可配置的光電二極管陣列和電流/ 頻率轉換器等集成在單片集成電路中，無(wú)需外接元件即可完成高分辨率的光照度/ 頻率轉換，輸出較高精度的數字信號，是一種高性能、低價(jià)位的智能傳感器。其輸出為占空比50% 的方波，且輸出頻率與照度成線(xiàn)性關(guān)系，靈敏度可調。

　　3. 4 紅外熱釋電人體探測模塊

　　紅外熱釋電模塊由紅外探頭和信號處理芯片LP0001 組成。LP0001 是一款高性能的傳感信號處理集成電路，具有獨立的高輸入阻抗運算放大器，內部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾，內設延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器。該芯片可以對信號進(jìn)行放大，鑒相，整形及展寬，其靜態(tài)電流極小，配以熱釋電紅外傳感器和少量外圍元器件即可構成被動(dòng)式的熱釋電紅外傳感器。

　　另外，系統選用MAX485 芯片實(shí)現主機與多個(gè)從機之間的數據傳輸與命令控制。選用MAX813 芯片對下位機進(jìn)行監控，在系統出現故障時(shí)對下位機進(jìn)行復位。用撥碼開(kāi)關(guān)對多個(gè)從機進(jìn)行地址設置，方便設備的安裝和使用。

　　4 軟件部分

　　4. 1 設計總體思想

　　時(shí)間、光照度和人員分布構成了系統控制依據的三大要素。將時(shí)間作為控制依據之一是為了進(jìn)一步加強對節能的監管，使工作時(shí)間與非工作時(shí)間的界限具體化。根據教室光照明暗分布和紅外熱釋電模塊的探測范圍，將教室劃分成方形區域( 如圖3)進(jìn)行控制。分別將包含光頻傳感器和紅外傳感器的下位機板塊安裝在各區域天*板上，通過(guò)下位機對室內光照強度及人員流動(dòng)情況進(jìn)行監控，并將采集到的數據送給上位機; 上位機將各下位機發(fā)來(lái)的數據統籌比較，根據設定的人數閾值與照度閾值綜合考慮開(kāi)關(guān)燈決策。這樣設計不僅考慮到了局部，而且能從整體上把握提出開(kāi)關(guān)燈方案，進(jìn)一步增強了節能效果。

圖3 教室區域劃分

　　系統在處理由紅外熱釋電傳感器采集到的人體信號時(shí)，采用模糊控制理論對各區域人數進(jìn)行模糊統計，解決了無(wú)法對人數進(jìn)行準確計數帶來(lái)的問(wèn)題，并為人數閾值的判斷打下基礎。加入模糊人數判斷標準( 區域人數大于閾值Y0 才開(kāi)燈) ，以解決人數分布過(guò)于分散時(shí)打開(kāi)過(guò)多燈的問(wèn)題，增強節能效果。

　　在照度控制方面，單獨依靠照度小于300 lx 就開(kāi)燈的判斷依據是行不通的: 在照度不滿(mǎn)足要求系統開(kāi)燈后，照度就會(huì )大于300 lx，這時(shí)系統會(huì )誤判照度滿(mǎn)足要求，做出關(guān)燈的決定。為了避免這種現象的發(fā)生，考慮到自然光與燈光發(fā)生的是非相干疊加，可以在控制中加入一個(gè)照度上限X0，當自然光與燈光疊加照度大于X0 則關(guān)燈。于是，開(kāi)燈的條件就變?yōu)樵跓粑创蜷_(kāi)時(shí)照度小于300 lx 和燈打開(kāi)后照度小于X0。

　　系統采用多種模式控制，以滿(mǎn)足教室多種功用的需求，其模式主要劃分為: 強制模式和自動(dòng)模式;自動(dòng)模式又細分為: 多媒體模式、板書(shū)模式和自習模式。在工作時(shí)間內，如有模式信號輸入則系統進(jìn)入相應的模式; 若無(wú)則進(jìn)入自習模式。不在工作時(shí)間，如有強制手動(dòng)信號輸入，則根據手動(dòng)任務(wù)的設定運行;若無(wú)則關(guān)閉所有的燈。程序主流程圖如圖4。

圖4 程序主流程圖