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【摘 要】本文结合学校实际设计了一种校园节电系统，通过声控模块、光电检测模块、触控模块和人体红外检测模块等模块分别采集学校的光照强度和不同区域人数的分布情况，并通过对数据的采集、信息的比较分析，不断改善校园供电网络设施，避免用电浪费现象，实现信息化管理，最终达到节能降耗的目的。
【关键词】校园网 声光控制 节能
众所周知，目前国内许多公共场所的照明，尤其是大学开放式的管理模式，白天晚上长明灯等浪费现象比比皆是。造成这种现象的原因主要是这些照明系统大多数是人工控制或者半自动控制，以及部分人员的节能意识淡薄，造成了资源的巨大浪费。为了节约能源，控制用电，本文结合实际设计了一种校园节电系统，通过声音控制模块、光电检测模块、触控模块和人体红外检测模块等来分别采集学校不同地方的光照强度和各区域人数的分布情况，并通过对数据的采集、信息的比较分析，不断改善校园供电网络设施，避免用电浪费，实现信息化管理，最终达到节能降耗的目的。
1 基本理论
1.1 单片机
单片机具有体积小、集成度高、性能稳定，可靠性高、功耗低、扩展灵活和使用方便等优点，用单片机可以构成形式多样的数据采集系统、信号检测系统、控制系统、通信系统、测控系统等应用控制系统。目前单片机普遍具备通信接口，可以很便捷地与计算机进行数据通信，为计算机网络与通信设备之间的应用提供了良好的硬件基础，因此本系统采用单片机进行数据的存储及整理。
1.2 光照强度
光照强度测量仪主要是依据光敏电阻的特性来制作的。将光敏电阻接入电路中，不同光照强度会导致光敏电阻值发生变化，随着电阻值的变化，电路的输出电压也相应随之变化。 根据这一特性，按照光照强度和输出模拟电压值之间的关系，得到某一光照强度下对应的模拟电压值，将模拟电压通过AD转化器转换为对应的数字电压值，利用VC++语言编程，将其集中于单片机中，进行控制和处理，最后再将数字电压值转换成相应的光照强度。
2 数据采集
无论何时进行实时数据采集，周围都会存在各种各样的干扰信号，如电磁干扰（EMI）、电源噪声干扰等，这些干扰会使传输的信号或数据波形产生畸变、失真，数字信号的高低电平改变，致使所采集到的值不是采样点的实际值。因此对于软件控制系统，将控制条件的一次采样值，改为循环采样，用同功能冗余减少软件判断失误。同时在微机系统内将某些内存单元设置状态标志，利用自检程序，在运行中不断循环测试，以保证系统中信息存储、传输运算的高可靠性。
3 系统总体设计
单片机系统，主要来实现光敏信号的采集、红外传感器信号的采集和软件智能延时继电器输出控制功能。我们设计的系统控制方案为：路灯控制采用光控。因此要选择合适的感光元件来感受开关周围自然光的亮度。当白天开关周围的光亮度足够高时，灯处于关闭状态，可以保证充分利用自然光，只有到了晚上，灯才会点亮。房间内采用光控、红外同时控制，保证控制精度，利用人体来自动控制室内照明灯的开关，实现人来灯亮、人走灯灭。走廊和楼梯可采用光声相结合的控制方法。以此达到智能控制照明、节约电能的目的。我们采用51单片机为核心的控制技术开发新型照明控制器。图1是单个控制器原理图，包括主控电路、光电检测模块、红外人体热释电探测模块、RS485接口等组成。光电检测模块和红外热释电人体探测模块采集的光照强度、室内人数分布等信息传送到单片机，单片机根据这些信息控制继电器、对照明设备进行相应开关操作，从而实现自动控制。
4 硬件部分
光电检测模块是由一些常用的光敏器件和晶体管组成的。主要用于监测自然光的有无及强弱，以此为控制器提供灯亮、灭的依据。主要元器件是硅光电池（S11）和运放MAX4236（U 11）。硅光电池和运放的两个同极输入端相连，硅光电池的负载Zi 可用运放两输入端间的输入阻抗表示，表达式为：Zi =R11/（A+1）；其中R11是反馈电阻，A是运放的开环放大倍数；对于MAX4236，当A=105，R1=100k时，Zi =1Ω；此时可认为光电池是处于短路工作状态，其输出电压U0与输入短路电流成比例，即输出电压与输入光通量成正比。当入射光强时，电阻减小，输出电压增大；当入射光弱时，电阻增大，输出电压减小。
声控模块使用的是与人类耳朵功能相似的具有频率反应的电麦克风。其原理是声波使话筒内的驻极体薄膜振动，从而导致电容的变化，继而产生与之对应变化的微小电压。具体电路在此不做详细说明。
热释电人体红外探测模块是一种对温度极其敏感的传感器件，它能以非接触形式检测出人体或者动物辐射的红外线，并能将其转变为电平输出信号。因此可方便地与各类不同电路实现对接。
5 软件设计
本软件设计的指导思想是在外界光照充足时，系统会关闭所有的照明灯，无论外界有无声音、有无人员，只有光感应器在一直检测判断光照强度是否合适；当外界光照不充足时，声控传感器、触控传感器、人体感应探头等元件全部开启接收信号，然后检测信号，判断是否需要点亮照明灯；一旦照明灯开启，又由延时部件控制其工作时间；最后又回转检测外界光照是否充足。
6 结论
本系统综合应用单片机技术、传感器技术、电子技术等专业知识，对教室、楼道等不同区域的照明控制系统进行了研究。在设计过程中 紧密结合大学教室照明的实际情况，综合运用一些较先进的检测技术，能够在声、光、触、人体感应的控制下实现电路的导通与截止，能根据外界环境变化智能开启或关闭走廊灯、教室灯和路灯。由此说明，本系统设计的这种控制器基本符合节能要求。
作者简介：高强，1973.9—，河北阜城人，石家庄职业技术学院，讲师。
【关键词】校园网 声光控制 节能
众所周知，目前国内许多公共场所的照明，尤其是大学开放式的管理模式，白天晚上长明灯等浪费现象比比皆是。造成这种现象的原因主要是这些照明系统大多数是人工控制或者半自动控制，以及部分人员的节能意识淡薄，造成了资源的巨大浪费。为了节约能源，控制用电，本文结合实际设计了一种校园节电系统，通过声音控制模块、光电检测模块、触控模块和人体红外检测模块等来分别采集学校不同地方的光照强度和各区域人数的分布情况，并通过对数据的采集、信息的比较分析，不断改善校园供电网络设施，避免用电浪费，实现信息化管理，最终达到节能降耗的目的。
1 基本理论
1.1 单片机
单片机具有体积小、集成度高、性能稳定，可靠性高、功耗低、扩展灵活和使用方便等优点，用单片机可以构成形式多样的数据采集系统、信号检测系统、控制系统、通信系统、测控系统等应用控制系统。目前单片机普遍具备通信接口，可以很便捷地与计算机进行数据通信，为计算机网络与通信设备之间的应用提供了良好的硬件基础，因此本系统采用单片机进行数据的存储及整理。
1.2 光照强度
光照强度测量仪主要是依据光敏电阻的特性来制作的。将光敏电阻接入电路中，不同光照强度会导致光敏电阻值发生变化，随着电阻值的变化，电路的输出电压也相应随之变化。 根据这一特性，按照光照强度和输出模拟电压值之间的关系，得到某一光照强度下对应的模拟电压值，将模拟电压通过AD转化器转换为对应的数字电压值，利用VC++语言编程，将其集中于单片机中，进行控制和处理，最后再将数字电压值转换成相应的光照强度。
2 数据采集
无论何时进行实时数据采集，周围都会存在各种各样的干扰信号，如电磁干扰（EMI）、电源噪声干扰等，这些干扰会使传输的信号或数据波形产生畸变、失真，数字信号的高低电平改变，致使所采集到的值不是采样点的实际值。因此对于软件控制系统，将控制条件的一次采样值，改为循环采样，用同功能冗余减少软件判断失误。同时在微机系统内将某些内存单元设置状态标志，利用自检程序，在运行中不断循环测试，以保证系统中信息存储、传输运算的高可靠性。
3 系统总体设计
单片机系统，主要来实现光敏信号的采集、红外传感器信号的采集和软件智能延时继电器输出控制功能。我们设计的系统控制方案为：路灯控制采用光控。因此要选择合适的感光元件来感受开关周围自然光的亮度。当白天开关周围的光亮度足够高时，灯处于关闭状态，可以保证充分利用自然光，只有到了晚上，灯才会点亮。房间内采用光控、红外同时控制，保证控制精度，利用人体来自动控制室内照明灯的开关，实现人来灯亮、人走灯灭。走廊和楼梯可采用光声相结合的控制方法。以此达到智能控制照明、节约电能的目的。我们采用51单片机为核心的控制技术开发新型照明控制器。图1是单个控制器原理图，包括主控电路、光电检测模块、红外人体热释电探测模块、RS485接口等组成。光电检测模块和红外热释电人体探测模块采集的光照强度、室内人数分布等信息传送到单片机，单片机根据这些信息控制继电器、对照明设备进行相应开关操作，从而实现自动控制。
4 硬件部分
光电检测模块是由一些常用的光敏器件和晶体管组成的。主要用于监测自然光的有无及强弱，以此为控制器提供灯亮、灭的依据。主要元器件是硅光电池（S11）和运放MAX4236（U 11）。硅光电池和运放的两个同极输入端相连，硅光电池的负载Zi 可用运放两输入端间的输入阻抗表示，表达式为：Zi =R11/（A+1）；其中R11是反馈电阻，A是运放的开环放大倍数；对于MAX4236，当A=105，R1=100k时，Zi =1Ω；此时可认为光电池是处于短路工作状态，其输出电压U0与输入短路电流成比例，即输出电压与输入光通量成正比。当入射光强时，电阻减小，输出电压增大；当入射光弱时，电阻增大，输出电压减小。
声控模块使用的是与人类耳朵功能相似的具有频率反应的电麦克风。其原理是声波使话筒内的驻极体薄膜振动，从而导致电容的变化，继而产生与之对应变化的微小电压。具体电路在此不做详细说明。
热释电人体红外探测模块是一种对温度极其敏感的传感器件，它能以非接触形式检测出人体或者动物辐射的红外线，并能将其转变为电平输出信号。因此可方便地与各类不同电路实现对接。
5 软件设计
本软件设计的指导思想是在外界光照充足时，系统会关闭所有的照明灯，无论外界有无声音、有无人员，只有光感应器在一直检测判断光照强度是否合适；当外界光照不充足时，声控传感器、触控传感器、人体感应探头等元件全部开启接收信号，然后检测信号，判断是否需要点亮照明灯；一旦照明灯开启，又由延时部件控制其工作时间；最后又回转检测外界光照是否充足。
6 结论
本系统综合应用单片机技术、传感器技术、电子技术等专业知识，对教室、楼道等不同区域的照明控制系统进行了研究。在设计过程中 紧密结合大学教室照明的实际情况，综合运用一些较先进的检测技术，能够在声、光、触、人体感应的控制下实现电路的导通与截止，能根据外界环境变化智能开启或关闭走廊灯、教室灯和路灯。由此说明，本系统设计的这种控制器基本符合节能要求。
作者简介：高强，1973.9—，河北阜城人，石家庄职业技术学院，讲师。