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学校照明系统节能控制器的设计

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-02-28

1 前言

  目前,我国电力工业发展速度很快,但是电力供应不足和用电效率低下的状况依然比较严重,在今后相当一段时间内将继续存在。推行照明节电技术,节约电能是改善电力负荷紧张状况的主要途径之一。采用智能照明控制系统,可以使照明系统按设定的若干状态进行工作,这些状态按预先设定的时间相互自动地切换。智能照明可将照度自动调整到工作最合适的水平,达到节能的作用。我们以“科研创新服务”为主题,以设计多功能的开关控制器为目的,改善市场上功能单一的节能,这次设计的照明系统节能控制器是一种采用单片机控制技术研制开发的新型照明开关,它集合声控、光控、身体感应以及手动触控于一身的多功能节能,将是未来开关领域的首选,可对室内、走廊、路灯等进行智能控制。

2 节能控制器硬件设计

  (1)控制器工作原理

  图1为控制器原理图,包含光电检测模块、声音采集模块、人体红外线采集模块、手动开关、主控电路(由AT89C51单片机以及一些外围器件构成)、显示模块、电源模块等。

  节能控制器是一种采用单片机控制技术研制开发的新型照明开关,开关内由一片8bit单片机作为控制核心,它延续了手动翘板开关的功能,并入了节能工作模式。在节能工作模式下,具有声、光、手动、红外等多种触发点亮照明灯的方式,灯亮后延时熄灭,从而避免了长明灯情况的发生。这种开关具有手动模式下延时一段时候后自动返回节能状态的功能。开关所具有的这些照明控制的功能,可以有效解决建筑中有人开灯而无人关灯和长明灯浪费电能的现象发生。

  (2)控制器声控单元

  系统输入单元如图2所示,该模块包含声音采集单元、信号放大单元、延时处理单元等。

  电路中的主要元器件使用了能够定延时,消抖动,分频,脉冲输出的集成芯片NE555,电路结构简单,工作可靠性高。

  整个电路的功能就是将声音信号处理后,变为电子开关的动作,即声源产生的声音信号,经声电转换器转换成微弱的电信号,该信号经放大后送处理器处理,处理器将幅度、频率不尽相同的一群声波信号转换成一次状态改变的控制信号,该信号经延时和单片机处理后达到设计要求时间与设计要求功能,经执行机构直接控制负载动作。明确了电路的信号流程方向后,即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元。声音信号(脚步声、掌声等)由驻极体话筒MIC接收并转换成电信号,经C1耦合到Q1的基极进行电压放大,放大的信号送到与NE555的2脚,R2、R3是Q1的偏置电阻,C1是电源滤波电容。

  (3)光控单元

  光控开关的工作原理为:当环境光线很亮时,光敏电阻RS阻值很小,三极管9014基极电压较高(接近于稳压电源电压+9V),使三极管呈导通状态,此时集电极电压很低,输出OUT为低电平;当环境光线暗到一定程度时,三极管9014基极电压逐渐减小,导致三极管截止,此时集电极电压上升,输出OUT为高电平(输出电压升高到设定值3~5V之间),再将这个高电平电压电信号输送给单片机进行控制。光控电路如图3所示。

  (4)热释电红外单元

  如图4所示,该电路的主要元件是热释电红外传感器,因其抗干扰性好、探测灵敏度高、工作温度范围宽等优点被广泛应用于防盗报警、自动门、感应灯、自动水阀、自动马达控制等工业和生产领域。BISS0001是专门为热释电红外传感器(PIR)配套设计的集成电路,采用CMOS工艺制造,具有性能指标高、一致性好、功耗低、外围电路简单、安装调试方便、工作可靠性高等优点。

  图4中,R3为光敏电阻,用来检测环境照度。当作为照明控制时,若环境较明亮,R3的电阻值会降低,使9脚的输入保持为低电平,从而封锁触发信号Vs.SW1是工作方式选择开关,当SW1与1端连通时,芯片处于可重复触发工作方式;当SW1与2端连通时,芯片则处于不可重复触发工作方式。输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整,值为Tx≈24576×R9C7;触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整,值为Ti≈24×R10C6.

  (5)触控单元

  触控采集输入电路原理如图5所示。整个电路的功能就是将人体电流信号处理后,变为电子开关的动作。该信号经放大后送处理器处理,处理器将幅度、频率不尽相同的一群声波信号转换成一次状态改变的控制信号,该信号经延时和单片机处理后达到设计要求时间与设计要求功能,经执行机构直接控制负载动作。明确了电路的信号流程方向后,即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元。

2 节能控制器软件设计

  该项目采用汇编语言编写程序,汇编语言(Assembly Language)是面向机器的程序设计语言。在汇编语合中,用助记符(Mnemonic)代替操作码,用地址符号(Symbol)或标号(Label)代替地址码。这样用符号代替机器语言的二进制码,就把机器语言变成了汇编语言。于是汇编语言也称为符号语言。使用汇编语言编写的程序,机器不能直接识别,要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言,这种起翻译作用的程序叫汇编程序,汇编程序是系统软件中语言处理系统软件。汇编程序把汇编语言翻译成机器语言的过程称为汇编。程序流程图如图6所示。

  主程序如下:

ROAD:
JNB P0.1,LOOP;光照是否很低
SETB P2.2;路灯开
RET
LOOP:
CLR P2.2
RET
ROOM1:
JNB P0.0,LOOP1;是否有人
JNB P0.1,LOOP1;光照是否很低
SETB P2.0;室内灯开
RET
LOOP1:
CLR P2.0
RET
ROOM2:
JNB P0.3,LOOP2;是否触摸
MOV A,P2
CPL ACC.0
MOV P2,A
RET
LOOP2:
CLR P2.0
RET
STAIRS:
JNB P0.1,LOOP3;光照是否很低
JNB P0.2,LOOP3;是否有声音
SETB P2.1;楼梯灯开
RET
LOOP3:
CLR P2.1
RET
DELAY:MOV R7,#0FFH;延时15s
DLA 0:MOV r6,#0FFH
DLA 1:DJNZ R 6,DLA 1
DJNZ R7,DLA0
RET

3 结束语

  该项目以AT89C51单片机为核心研制了一台新型的节电照明控制系统,是将科学技术与实际生活相结合的理念。其节能照明控制器系统设计原理新颖,硬件电路简单,有很好的节电效果。由于采取了以单片机MCU为核心控制,利用了传感器自动检测技术,能够在光线较暗,有人在需要开灯的情况下自动探测采集电信号,并发出开关灯指令,实现自动调节照明灯的亮灭。方便对教室、走廊、路灯的控制,节约能源,具有可靠性高、识别率高等特点。该系统无须人工干预,自动完成一系列现场数据的采集、比较和开关灯控制等工作,节省人力,提高了工作效率,也增加了整个系统的可维护性和扩展性。 &

参考文献

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  3 张岳军.吴明光.智能照明系统控制网络的研究[J]《照明工程学报》,2004(4);16~19
  4 王海伦.叶冬芬.单片机控制的照明智能控制系统[J]《电气时代》,2005(1);121~122
  5 郭兴军.一种简单声光自控延时开关[J].《中国现代教育装备》,2006;1
  6 陈有卿等.灯光控制集成电路与灯光控制器制作[M].2001,北京:人民邮电出版社
  7 陈虹.楼宇自动化技术与应用[M].2004,北京:机械工业出版社
  8 吴达金.智能建筑/居住小区综合布线系统[M].2003,北京:中国建筑工业出版社
  9 何立民.单片机高级教程.2001,第1版;北京:北京航空航天大学出版社
  10 罗国杰.智能建筑系统工程[M].2000,北京:机械工业出版社

 
 
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