高校教室燈光的智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

金　博（公安海警學(xué)院,浙江寧波315000）

高校教室燈光的智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

金博
（公安海警學(xué)院,浙江寧波315000）

隨著我國(guó)在高校教育上的投入力度加大，各高校不斷擴(kuò)招生源、擴(kuò)建教學(xué)場(chǎng)地。為滿足教育教學(xué)和學(xué)生生活的需要，高校的用電量不斷增大。目前我國(guó)高校的教室數(shù)量巨大，耗電量驚人，許多教室經(jīng)常出現(xiàn)“長(zhǎng)明燈”現(xiàn)象。為解決這一問(wèn)題，筆者建議高校教室安裝燈光的智能控制系統(tǒng)，市面上常見的有基于熱釋傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)的燈光系統(tǒng)、LED燈光控制系統(tǒng)等等。本文介紹了基于熱釋傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)的燈光系統(tǒng)，分析了這一系統(tǒng)的原理和軟件、硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)這一系統(tǒng)的安裝提出建議。

教室；燈光；智能控制系統(tǒng)；熱釋傳感器

研究人員在對(duì)高校教室燈光智能控制的研究中，創(chuàng)造性的提出了以熱釋傳感器為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)極大地解決了以往燈光控制系統(tǒng)對(duì)人體感應(yīng)不靈敏的問(wèn)題，使傳感器能夠主動(dòng)識(shí)別教室內(nèi)的人體發(fā)出的紅外線，通過(guò)判斷識(shí)別的結(jié)果決定控制線路的開關(guān)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)教室燈光的智能控制。該智能控制系統(tǒng)不僅能夠極大改善高校的電力浪費(fèi)情況，還有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1　基于熱釋傳感器燈光智能控制系統(tǒng)的原理

（1）熱釋電傳感器工作原理。1985年開始，熱釋電傳感器功能原理熱釋電傳感器逐漸走入人們的視線。它可以在不接觸人體的情況下根據(jù)人體發(fā)射的紅外線檢測(cè)出人體存在，并且將檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行傳輸。當(dāng)熱釋電傳感器把這種電信號(hào)放大到一定水平時(shí)，就可以開啟人體紅紅外線傳感器。高熱電系數(shù)材料是熱釋電傳感器的主要材料，經(jīng)過(guò)加工可以將這些材料制成2毫米高、1毫米寬的探測(cè)元件。探測(cè)元件會(huì)發(fā)生自發(fā)極化反應(yīng)，當(dāng)周圍溫度升高時(shí)，自發(fā)極化反應(yīng)變小[1]。所謂熱釋電就是指當(dāng)這一元件因感應(yīng)到紅外線表面溫度升高時(shí)，原件上所帶電荷量降低，即該元件釋放了電荷。如果這一紅外線輻射持續(xù)存在，探測(cè)元件表面溫度逐漸平衡，上面附帶的電荷也就不會(huì)再減少。

（2）熱釋電傳感器的被動(dòng)特性和主動(dòng)特性。熱釋電傳感器主要是依靠外界的紅外線能量的變化進(jìn)行工作，但是它本身不存在任何能量變化的反應(yīng)。熱釋電傳感器的這一特性被稱為被動(dòng)特性，這一特性能夠檢測(cè)出環(huán)境中運(yùn)動(dòng)中人發(fā)出的紅外線變化，對(duì)靜止不動(dòng)的人卻沒(méi)有任何反應(yīng)。因此，要利用熱釋電傳感器的功能必須在裝置上增設(shè)運(yùn)行設(shè)備，以使人體和熱釋電傳感器之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)行設(shè)備的應(yīng)用，可以提高熱釋電傳感器對(duì)人體靜態(tài)活動(dòng)的檢測(cè)力度，在人體靜止時(shí)熱釋電傳感器也能正常發(fā)揮檢測(cè)作用，使燈光控制系統(tǒng)中開關(guān)的靈敏度大幅度提升。

2　基于熱釋傳感器燈光智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）總電路設(shè)計(jì)?；跓後寕鞲衅鳠艄庵悄芸刂葡到y(tǒng)的電路中包括電機(jī)電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行電路、紅外延時(shí)系統(tǒng)、芯片電源等5個(gè)模塊，電信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的傳輸、轉(zhuǎn)化，最后最終實(shí)現(xiàn)燈光智能控制的目的。在安裝時(shí)一般會(huì)選擇5V電壓的電源作為電機(jī)電源，使電機(jī)可以在固定的周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)，完成信號(hào)的傳輸工作[2]。通常會(huì)選用BISS0001芯片作為芯片電源，以保證芯片能夠高效率工作。

（2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。這一電路的核心設(shè)計(jì)是通過(guò)影響單片機(jī)的工作方式實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制，進(jìn)而改變電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向。這一系統(tǒng)設(shè)定電機(jī)的運(yùn)動(dòng)周期為60S，憑借步進(jìn)機(jī)提供的動(dòng)力對(duì)控制范圍內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行周期性監(jiān)測(cè)，并將獲取的信號(hào)傳遞給紅外延時(shí)系統(tǒng)。

（3）執(zhí)行電路設(shè)計(jì)。這一電路的作用就是將芯片二管腳傳遞的電平信號(hào)輸送給三極管進(jìn)行處理，使三極管控制2P4M維持線路導(dǎo)通。2P4M在輸送電平較高時(shí)維持線路通暢[3]，在輸送電平較低時(shí)則將電路關(guān)閉，進(jìn)而熄滅2P4M兩端的燈具。

3　熱釋電傳感器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)以及注意事項(xiàng)

（1）優(yōu)點(diǎn)方面。熱釋電傳感器本身具有輻射性，因此外界環(huán)境對(duì)其性能的影響很小，使用壽命也很長(zhǎng)。另外，該裝置的體積小、不易被人發(fā)現(xiàn)，可以在最小程度上破壞教室內(nèi)的整體裝修設(shè)計(jì)。因?yàn)樗膬r(jià)格低廉、功能強(qiáng)大，所以使用越來(lái)越廣泛。

（2）缺點(diǎn)方面。盡管熱釋電傳感器有很多其他傳感器不具有的優(yōu)點(diǎn)，但是它還是存在很多不足：因?yàn)樗饕且揽考t外線進(jìn)行工作，內(nèi)置許多對(duì)輻射敏感的零件，所以它很容易受到射頻輻射的影響；當(dāng)外界溫度接近370C時(shí)，該裝置的敏感度降低，探測(cè)會(huì)出現(xiàn)誤差，這回引起教室內(nèi)燈光系統(tǒng)的混亂；人體發(fā)射的紅外線穿透力差，在熱釋電傳感器前有遮擋物時(shí)，紅外線不容易被探測(cè)到。

（3）安裝熱釋電傳感器注意事項(xiàng)。熱釋電傳感器是基于紅外線來(lái)探測(cè)的，它只能安裝在室內(nèi)。它的準(zhǔn)確率和安裝的位置、環(huán)境、使用方式息息相關(guān)。因?yàn)闊後岆妭鞲衅魅菀资艿焦?、熱影響，溫度變化?huì)導(dǎo)致其可靠性較低，因此在安裝熱釋電傳感器要注意以下幾點(diǎn)：1）熱釋電傳感器最好安裝在距離地面2米左右的位置，這一高度方便它檢測(cè)到人體發(fā)射的紅外線；2）安裝熱釋電傳感器應(yīng)該盡可能的避免靠近暖氣、空調(diào)等調(diào)溫設(shè)備；3）熱釋電傳感器周圍不能有較厚、體積較大的遮擋物；4）不能在正沖門口、窗口的位置安裝熱釋電傳感器，因?yàn)榻淌业倪@一位置經(jīng)常會(huì)有自然熱能或者人員活動(dòng)，使傳感器的準(zhǔn)確率降低。

4　教室燈光的智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝

該智能系統(tǒng)的安裝也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一部分。高校教室的面積大小不一，長(zhǎng)寬比例也各不相同，而人體發(fā)射紅外線的傳遞距離是有限的。因此在安裝該系統(tǒng)時(shí)，我們必須考慮到它的控制范圍，超過(guò)這一范圍，系統(tǒng)的功能就會(huì)受到影響。在教室安裝燈光智能控制系統(tǒng)前，必須嚴(yán)格按照教室面積、空間大小計(jì)算安裝位置、高度、數(shù)量，以保證該系統(tǒng)正常發(fā)揮功能。

5　結(jié)束語(yǔ)

高校教室的面積大，安裝的燈具較多，由于課程安排的靈活性導(dǎo)致它的人員流動(dòng)性大，如果只靠手動(dòng)方式控制燈具會(huì)極大地影響上課效率，如果沒(méi)有及時(shí)關(guān)燈還會(huì)造成浪費(fèi)。本文針對(duì)目前高校教室燈具用電浪費(fèi)情況，介紹了教室燈光智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以節(jié)能理念為出發(fā)點(diǎn)，旨在為高校提供節(jié)能節(jié)電的可行方法。盡管高校教室用電浪費(fèi)問(wèn)題已經(jīng)開始受到重視，但是在節(jié)能這條路上高校要走的路還很長(zhǎng)。學(xué)校必須提高學(xué)生素質(zhì)，制定嚴(yán)格合理的節(jié)能制度，將“節(jié)能”口號(hào)落到實(shí)處。

[1]陳杰.高校教室智能照明控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].安徽理工大學(xué),2014.

[2]李永喜.樓宇光控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué),2010.

[3]王川,徐雪慧.高校教室照明智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2015(01):63-65+69.

金博（1989—），男，浙江溫州人，研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)。