李洋挑战杯宣传册11

基于PIC单片机的教室照明系统节能控制器设计曲阜师范大学第十三届‘挑战杯’课外学术科技作品竞赛宣传册实物展示人数检测模块光照强度检测模块模拟教室灯具总实物图控制器

引言教学楼照明用电的管理一般有三种模式：一是无专人管理；二是利用定时开关；三是由专人负责。根据学校的实际情况，设计与实施教室照明节能控制系统，在白天光线达到一定照度时，教室照明灯自动关闭，当教室光线的照度下降到一定程度时自动开启照明灯，在充分保证教室照度的前提下，达到节能的目的。本项目研究的内容：使用PIC16F877单片机为主控芯片，采用信息（进入教室人数的多少，教室从门口到窗户的自然光照度的强弱）融合技术，来自动判定教室开灯的多少；控制器具有时钟功能，能够在设定的时间段内进入低功耗模式，基本不消耗电能；控制器具有RS485数据传输功能，能够与其它控制器进行组网实现大规模的网络化管理。硬件设计

系统结构图如右图所示。本系统为教室照明系统节能控制系统，是专门为高校教学楼照明用电的管理而设计的产品，系统主要由时钟模块，光照强度检测模块，人数采集模块，显示模块，继电器控制模块，通信模块六部分组成。系统硬件总体结构框图硬件设计

时钟模块采用ds1302时钟芯片，作为整个系统的时钟信号来源，再结合软件定时能够达到对照明灯控制系统定时开关机的目的。硬件设计

通信模块RS485通讯接口的通讯协议采用MODBUS标准通讯协议，该控制器可以作为从机与具有相同通讯接口并采用相同通讯协议的上位机（如单片机、PC机）通讯，实现对控制器的集中监控，通过该通讯口也可以接远控键盘。实现用户对该控制器的远程操作。硬件设计

继电器控制模块该模块由两片高耐压、大电流复合晶体管阵列ULN2003和一片74ls595组成，其中74ls595可实现串行输入并行输出并带有数据锁存功能，与单片机通信只需两条信号线。硬件设计

光照强度检测模块光强检测模块由光敏电阻、滑动变阻器和电压比较器组成。通过调节滑动变阻器来改变该模块对光强的敏感程度，电压比较器采用电平比较方式将信号直接输入给单片机可有效防止边沿跳变，保证信号有效性。硬件设计

显示模块该模块由4位一体共阴极数码管和MAX7219专用数码管驱动芯片组成，芯片与单片机仅有3根信号线相连，通信十分方便。芯片包含一个150μA的低功耗关闭模式，模拟和数字亮度控制，系统进入低功耗模式时，该模块也可进入低功耗状态，可大大减小控制器的功耗。硬件设计

人数检测模块人数检测模块由两对激光发射管和接收管组成。接收管只能接收调制光且在180KHZ占空比20%-30%时接收效果最好，这样便有效避免了外界光源对传感器的干扰，便于传感器的安装。软件设计程序流程图

背景调查加强高校节电管理，特别是照明节电不仅可以有效地节约用电、降低学校的经费开支，更重要的是通过学校的示范表率作用，提高学生乃至全社会的节电意识，实现节约能源、保护环境的目的。

不少高校教职员工和学生对节约水电的重要性缺乏足够的认识，节约观念淡薄。教职员工没能把培养节能意识和行为落实在教书育人、管理育人、服务育人的全过程之中。大学生也没能真正懂得节约水电资源的重要意义。

不少高校为了减少水电支出的巨大压力制定了许多规章制度和办法，但都难以因地制宜制定出系统的切实可行的节约方案。另外，有些高校水电节能规章制度建设的不完善，缺乏有效的节能激励政策，导致贯彻执行力不够。

许多高校只是在部分教学楼和重点教室安装智能节电设备、采用节能新技术，未能在全校广泛推广应用新技术、新产品、新工艺，这也是造成教室照明用电较大浪费因素之一。效益分析我们对日照校区的教室灯具统计的情况：对曲阜师范大学A楼B楼C楼D楼E楼，在我们统计的这几栋楼中共有2150盏灯，靠窗的有531盏。这2150盏灯按80%有长明灯的概率，就有1720盏灯，按一天从早上8点到下午5点长明，每盏灯两支灯管共70瓦的话，每天浪费的电能963.2度电。一学年中按200天正常的晴天，那么一学年浪费的电能为192640度电，每度电按0.5元钱计算则需要96320元，若将教室灯通过细分控制亮灯的话，那么减少浪费用电量更多。若将曲阜校区的教室照明也算上，每年至少需要20万元以上的无谓的电能开销。效益分析对高校教室进行照明节电改造，实现教室照明终端智能化自动控制管理，可以有效地杜绝教室照明用电浪费现象，产生巨大的社会效益和经济效益，从而提高了资源的节约利用，响应了我国建设节约型社会的号召，贯彻了我国实行“可持续发展”的战略方针。高校教室照明节电工作是一件功在当代，利在千秋的事业。同时，通过高校节能工作，可以培养学生的节约意识和良好的节约习惯，成为社会所需要的有素质懂节约的人才。这样才能担负起应有的历史使命，成为建设“节约型社会”的生力军。前景分析通过对各大高校的调查和统计，不难看出各大高校教室内的照明系统因缺乏管理而造成大量电能浪费和资金流失。而对于有类似浪费情况的企业更是迫切希望有可以解决此问题的产品出现。我们设计发明的该教室照明系统节能控制器，使得室内照明系统管理这一难题迎刃而解。此项发明的研发成本大约为500元左右，若可以实现批量生产，加上安装费用和更换工作更加稳定的电子器件的费用，单价销售预计在200~400元左右。这个价钱是任何学校或单位所能接受的，若在此基础加上配套的售后服务，相信该项发明所形成的产品将会有很不错的市场前景。总结本系统是利用激光对管来检测进入教室的人数，利用光敏电阻检测教室内光照度，与高性能