高校教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　3. 2 顯示模塊和按鍵模塊

　　為了便于對系統(tǒng)進(jìn)行初始化、參數(shù)設(shè)置和模式選擇，主機(jī)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(kuò)展而成。由于液晶顯示字?jǐn)?shù)和版面的限制，系統(tǒng)采用分屏顯示，需要用按鍵控制光標(biāo)移動(dòng)進(jìn)行選屏; 并在參數(shù)設(shè)置時(shí)，使用按鍵對數(shù)值進(jìn)行增減控制。

　　通過可視化界面對系統(tǒng)的照度閾值，人員閾值和工作時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，使用戶可以根據(jù)實(shí)際情況和需要靈活的設(shè)置參數(shù)，在增強(qiáng)系統(tǒng)可用性的同時(shí)，擴(kuò)大了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。加入密碼控制界面，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，明確了用戶的設(shè)置權(quán)限。

　　3. 3 光頻轉(zhuǎn)換模塊

　　系統(tǒng)選用可編程光頻轉(zhuǎn)換器TSL230 作為光頻轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器等集成在單片集成電路中，無需外接元件即可完成高分辨率的光照度/ 頻率轉(zhuǎn)換，輸出較高精度的數(shù)字信號(hào)，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性關(guān)系，靈敏度可調(diào)。

　　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(hào)處理芯片LP0001 組成。LP0001 是一款高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾，內(nèi)設(shè)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(hào)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(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外傳感器。

　　另外，系統(tǒng)選用MAX485 芯片實(shí)現(xiàn)主機(jī)與多個(gè)從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸與命令控制。選用MAX813 芯片對下位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)對下位機(jī)進(jìn)行復(fù)位。用撥碼開關(guān)對多個(gè)從機(jī)進(jìn)行地址設(shè)置，方便設(shè)備的安裝和使用。

　　4 軟件部分

　　4. 1 設(shè)計(jì)總體思想

　　時(shí)間、光照度和人員分布構(gòu)成了系統(tǒng)控制依據(jù)的三大要素。將時(shí)間作為控制依據(jù)之一是為了進(jìn)一步加強(qiáng)對節(jié)能的監(jiān)管，使工作時(shí)間與非工作時(shí)間的界限具體化。根據(jù)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(qū)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(jī)板塊安裝在各區(qū)域天*板上，通過下位機(jī)對室內(nèi)光照強(qiáng)度及人員流動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)控，并將采集到的數(shù)據(jù)送給上位機(jī); 上位機(jī)將各下位機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)統(tǒng)籌比較，根據(jù)設(shè)定的人數(shù)閾值與照度閾值綜合考慮開關(guān)燈決策。這樣設(shè)計(jì)不僅考慮到了局部，而且能從整體上把握提出開關(guān)燈方案，進(jìn)一步增強(qiáng)了節(jié)能效果。

圖3 教室區(qū)域劃分

　　系統(tǒng)在處理由紅外熱釋電傳感器采集到的人體信號(hào)時(shí)，采用模糊控制理論對各區(qū)域人數(shù)進(jìn)行模糊統(tǒng)計(jì)，解決了無法對人數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)數(shù)帶來的問題，并為人數(shù)閾值的判斷打下基礎(chǔ)。加入模糊人數(shù)判斷標(biāo)準(zhǔn)( 區(qū)域人數(shù)大于閾值Y0 才開燈) ，以解決人數(shù)分布過于分散時(shí)打開過多燈的問題，增強(qiáng)節(jié)能效果。

　　在照度控制方面，單獨(dú)依靠照度小于300 lx 就開燈的判斷依據(jù)是行不通的: 在照度不滿足要求系統(tǒng)開燈后，照度就會(huì)大于300 lx，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)誤判照度滿足要求，做出關(guān)燈的決定。為了避免這種現(xiàn)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(dāng)自然光與燈光疊加照度大于X0 則關(guān)燈。于是，開燈的條件就變?yōu)樵跓粑创蜷_時(shí)照度小于300 lx 和燈打開后照度小于X0。

　　系統(tǒng)采用多種模式控制，以滿足教室多種功用的需求，其模式主要?jiǎng)澐譃? 強(qiáng)制模式和自動(dòng)模式;自動(dòng)模式又細(xì)分為: 多媒體模式、板書模式和自習(xí)模式。在工作時(shí)間內(nèi)，如有模式信號(hào)輸入則系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的模式; 若無則進(jìn)入自習(xí)模式。不在工作時(shí)間，如有強(qiáng)制手動(dòng)信號(hào)輸入，則根據(jù)手動(dòng)任務(wù)的設(shè)定運(yùn)行;若無則關(guān)閉所有的燈。程序主流程圖如圖4。

圖4 程序主流程圖