教室照明智能控制器

贵州工业大学学报(自然科学版)

JOURNALOFGUIZHOUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

(NaturalScienceEdition)

Vol.32No.1February.2003

文章编号:100920193(2003)0120076203

教室照明智能控制器

张达敏

(贵州工业大学计算机科学与信息技术学院,贵州贵阳550003)

摘　要:基于可见光探测、声响探测、热释红外探测三套传感系统和软件控制技术,阐述一种新型教室节能控制器的工作原理及设计方案。该控制器的推广使用可以实现各类学校教室照明灯具的智能控制,达到节约能源,延长灯具使用寿命的目的。关键词:传感系统;软件控制;节能控制器

中图分类号:TP212.9;TM571　　　文献标识码:B

0　引　言

目前,国内大、中、小学校教室的照明灯具控制大多采用手动开关,即使严格管理,仍不可避免地出现忘记关灯的时候,特别是在白天,情况更是如此,从而造成大量的能源浪费。另外,各种照明灯具都具有一定的使用时限,在光线充足的情况下仍继续使用,必然会缩短灯具的使用寿命。为解决上述问题,实现教室照明灯具的自动控制,笔者设计出一种新型的智能控制器。

本控制器设置了三套传感系统和严密的软件控制,其工作方法是:当有光(自然光)时,不管教室是否有人和声响,都将关闭电源,所有灯具不会点亮。当无光(自然光)时,若有人或者附近有异常声响时。则开启电源,点亮灯具,并使控制程序进入监控状态,若连续五次探测都无人,则发出熄灯警告,灯具亮灭闪烁,若此时教室内有人静止不动,在灯具亮灭闪烁的提示下,自然会有所动作,热释红外探测器就会探测到这一变化,从而结束警告,使灯具继续点亮,控制器回到监控状态。若在警告状态下,仍无人无声,则关闭灯具电源,从而实现照明灯具无人自熄,有人自启的目的。

1　硬件设计

硬件设计是智能控制器的核心内容之一,它主要分为两部分内容:一是传感器部分;二是控制器部分,其结构框图如图1所示。

图1　智能控制器硬件设计框图

1.1　热释红外探测传感器组件

该组件由三个部分组成:热释传感器,匹配低噪放大器,菲涅尔光学系统。

热释传感器包括:①截止波长为7-10μm的滤光晶片,与人体辐射红外中心线波长9-10μm相对应,起带通滤波器的作用,从而把人体和其它物体区分开。②热释电陶瓷材料,将透过滤光晶片的红外辐射能量

　收稿日期:2002-08-20

第1期张达敏:教室照明智能控制器　77

的变化转换成电信号,即热电转换。③场效应管匹配器,起阻抗变换作用,使得输入阻抗高而输出阻抗低。)时,传匹配低噪放大器的作用是当探测器所处的环境温度上升,尤其是接近人体正常体温(37-38℃

感器的灵敏度下降,因而由它对放大器的增益进行补偿,以便自动适应不同季节,不同地区。

菲涅尔光学系统不仅要监测空间辐射来的红外光线聚焦到红外能量传感器,还要能敏锐地体现这些红外线能量的变化,而菲涅尔光学系统通过对光滑的光学镜面作棱状或柱状处理,将监测空间割裂为一系列交替的狭小红外“感应区”和“空白区”,人在其间移动,就会使有些“感应区”内的红外线时有时无,传感器接收到的是相应变化来的光脉冲,因而提高接收灵敏度,使探测距离提高到10-20m.1.2　声响探测组件

声响探测组件采用驻极体话筒作为探测器,接在三极管的基极与普通电阻作分压式连接,当有声波作用于话筒时,使驻极体话筒的内阻急剧下降,改变三极管的基极偏压,促使三极管的工作状态翻转,通过电平变换电路,为控制器提供检测状态,达到判断有无声响的目的。1.3　可见光探测组件

可见光探测组件由一些常用光敏器件和晶体管组成。特别说明:这个组件必须置于本照明控制器控制照明的范围之外,用于探测自然光的有无及强弱(可根据需要进行调整),为控制器提供控制灯具亮、灭的依据。

1.4　控制器组件

控制器组件由电平转换及97C2051CPU(单片机)组成,其主要任务是完成对各探测器输出状态的检测,并根据设置的软件要求对照明灯具进行亮、灭控制。

97C2051CPU(单片机)是一种价格低廉,性能可靠,保密性佳的8位单片机,内置有2kBROM,适用于小型控制场合,无须外扩程序、存储器,20脚双列直插DIP封装,便于安装,因此,本控制器用它作为CPU.1.5　多路开关执行机构

对于大小不同,需求不同的教室,可用白炽灯、日光灯及其他照明灯具,而且,每组灯具的数量也不一致,本控制器最多可提供12路可控制支路,根据实际可控空间增减。执行机构中的CPU具有两个I/O接口,由于无外扩ROM和RAM,因此有15条可供用户使用的I/O接口,P1口的一部分口线作为传感器输入线,其余口线均作为输出口线。在本控制器中,P1.5作为声电传感信号输入,P1.6作为热释传感信号输入,P1.7作为光敏传感信号输入,P1.0-P1.4及P3.0-P3.7作为输出控制线。由于CPU要求标准TTL电平,因此,将传感信号经三极管的开关作用变为高、低电平信号,借助74HC04高速门电路整形后直接与CPU连接。

对输出控制信号,由于开机复位后,各口线均为高电平,因此,正常操作采用低电平有效控制,为了驱动可控硅或继电器,将有效的低电平经非门反相后与驱动电路连接。

对于白炽灯负载,可以采用可控硅控制,由于可控硅的驱动电流很小,因此,可在非门的输出端接一限流电阻。由于加在可控硅正向压降是经过负载分压整流后的直流压降,不存在交流过零关断的情况,因此,其功率不会受到影响。驱动电路如图2所示。

对于日光灯负载,可采用继电器控制,驱动电路如图3所示。

图2　可控硅驱动电路图3　继电器驱动电路

2　软件设计

软件设计的指导思想:该控制器的软件是一个适时监控、检测和执行开关控制的微型控制软件,基本要

求是直观、简便、可操作。

　78

软件流程如图所示:

贵　州　工　业　大　学　学　报　(自然科学版)2003年

图4　软件设计流程图3　结束语经过电路设计,传感器选型实验,总体编程调试等环节,目前已制作完成的样机采用两路白炽灯制作,通过多次测试表明,控制器的各项性能完全达到设计要求。本控制器对大、中、小学的各种教室都具有很强的适用性,具有实际推广价值。

参考文献:

[1]康华光,陈大钦.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,1999.[2]刘学军.检测与转换技术[M].北京:机械工业出版社,1999.

TheIntelligentControllerforClassroomLighting

ZHANGDa2min

(CollegeofComputerScience&InformationTechnology,GUT,Guiyang550003,China)Abstract:Thispaperexpoundstheprincipleanddesignofanautomaticcontrolleronthebasisofthesoftwarecontrollingtechniqueandthesensorsystemoflightdetector,voicedetectorandinfrareddetec2tor.Thespreaduseofthecontrollerswillhelprealizetheintelligentcontroloflightinginvariouseduca2tioninstitutionssoastosaveenergyandextendthelifeofthelights.Keywords:sensorsystem;softwarecontrolling;controller