高校教室灯光节能控制系统设计方案.pdf
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1、个人资料整理仅限学习使用 高校教室灯光节能控制系统的设计 来源: 大比特商务网 摘要: 在寻找替代品、提高能源利用率和节约能源等几种缓解能源危机的 途径中,节能无疑是符合可持续发展要求且“可以从身边做起”的选择。 关键字:稳压器 , 芯片 , 能源 , 探测器 1引言 随着社会经济和科学技术的发展,人类社会的进步越来越依赖于资源的开 发与利用,然而与日俱增的能源需求和有限的资源数量形成了巨大的矛盾。 在 寻 找 替 代 品 、 提 高 能 源 利 用 率 和 节 约 能 源 等 几 种 缓 解 能 源 危 机 的 途 径 中 , 节 能 无 疑 是 符 合 可 持续 发 展 要 求 且 “ 可
2、 以 从 身 边 做 起 ” 的 选 择 。 据统 计 2005 年,我国全社会的总用电量约为24000 亿kW h,照明用电量约为3000 亿 kW h, 且 每 年 以 13% 14%的 速 度 递增 , 预 计 到 2018 年 , 照 明用 电 量 将 超 过 5000 亿 kW h,新增照明用电2000 亿 kW h。对高等院校,据测算,其照明耗 电占本单位所有耗电的40%左 右,可见在保证照明质量的前提下,对教室灯光 进行自动控制,其节能效益和经济效益都是相当可观的。 基于以上情况,本设计根据时间、照度、人员分布情况等对教室灯具进行 自动控制,采用集成光频转换器TSL230 对照度
3、进行较为准确检测。在人数探 测 上 引 入 模 糊 人 数 和 人 数阈 值 , 不 再 单 一 的 依 靠人 体 存 在 信 号 进 行 开 关 灯 控 制,增强了节能效果,进一步完善控制方法,使设备的性能更加稳定可靠。多 模式控制且各模式之间自动切换,使系统使用更加灵活,便捷。 2系统设计 该系统采用主从结构,由上位机和下位机两个部分组成。 2.1 上位机 上位机主要实现以下功能: (1 通过键盘完成设定密码、初始化时间、设置照度人数阈值和设置工作时 间等任务。 (2 通过信号探测器判断控制模式。 (3 根据接收到的下位机数据,及内部存储的照度阈值和人数阈值计算控制 个人资料整理仅限学习使
4、用 灯组,并向相应下位机发出开关灯指令。 (4 通过 LCD 显示当前工作状态和工作模式。 上位机由5V 稳压电源模块、微控制器STC89C54 、时钟模块、液晶显示模 块、数据储存模块、485 通讯模块、自动/ 强制开关以及由中断扩展的按键模块 ( 其中包括确认键,增减键和移动光标键组成 ( 如图 1。 图1上位机硬件图 2.2 下位机 下位机的主要功能如下: (1 通过红外热释电传感器和光频转换器实时采集人体存在信号、模糊人数 和照度信号,将采集到的数据发送给主机。 (2 依据主机发回的命令对灯组进行开关控制。 下位机主要包括: 中心处理芯片AT89C2051 、 5V 稳压器、光频转换模
5、块、 红外热释电模块、地址选择器、看门狗电路、485 通讯模块以及固态继电器组 成的功率器件等( 如图 2。 个人资料整理仅限学习使用 图2下位机硬件图 3硬件部分 3.1 主从机中心处理芯片 选用STC89C54 、AT89C2051 单片机,其价位低,可多次擦写,应用范围广 泛。单片机在系统中与其他电路模块配合完成如上所述的上、下位机功能。 3.2 显示模块和按键模块 为了便于对系统进行初始化、参数设置和模式选择,主机配置了LCD 显示 屏 和 由 四 个 按 键 组 成 的 按键 模 块 。 显 示 部 分 选 用带 中 文 字 库 的 液 晶 显 示模 块 LM3033 。 四 个 按
6、键 由 一 个 外 部 中 断 扩展 而 成 。由 于 液 晶 显 示 字 数 和版 面 的 限 制 , 系 统 采 用 分 屏 显 示 ,需 要 用 按 键 控 制 光 标 移动 进 行 选 屏 。 并 在 参 数设 置 时,使用按键对数值进行增减控制。 通过可视化界面对系统的照度阈值,人员阈值和工作时间进行设置,使用 户可以根据实际情况和需要灵活的设置参数,在增强系统可用性的同时,扩大 了系统的应用范围。加入密码控制界面,增强系统运行的安全性,明确了用户 的设置权限。 3.3 光频转换模块 系统选用可编程光频转换器TSL230 作为光频转换模块的主芯片。TSL230 是新 一代集成化的智能
7、传感器,它将可配置的光电二极管阵列和电流 / 频 率转 换器 等集成在单片集成电路中,无需外接元件即可完成高分辨率的光照度/ 频 率转换,输出较高精度的数字信号,是一种高性能、低价位的智能传感器。其 个人资料整理仅限学习使用 输出为占空比50%的方波,且输出频率与照度成线性关系,灵敏度可调。 3.4 红外热释电人体探测模块 红外热释电模块由红外探头和信号处理芯片LP0001 组成。 LP0001 是一 款 高性能的传感信号处理集成电路,具有独立的高输入阻抗运算放大器,内部的 双向鉴幅器可有效抑制干扰,内设延迟时间定时器和封锁时间定时器。该芯片 可以对信号进行放大,鉴相,整形及展宽,其静态电流极
8、小,配以热释电红外 传感器和少量外围元器件即可构成被动式的热释电红外传感器。 另外,系统选用MAX485芯片实现主机与多个从机之间的数据传输与命令控 制。选用MAX813芯片对下位机进行监控,在系统出现故障时对下位机进行复 位。用拨码开关对多个从机进行地址设置,方便设备的安装和使用。 4软件部分 4.1 设计总体思想 时间、光照度和人员分布构成了系统控制依据的三大要素。将时间作为控 制依据之一是为了进一步加强对节能的监管,使工作时间与非工作时间的界限 具体化。根据教室光照明暗分布和红外热释电模块的探测范围,将教室划分成 方形区域( 如图 3 进行控制。分别将包含光频传感器和红外传感器的下位机板
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