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摘 要：本文从节能的角度出发，针对高校教室出现的“长明灯”浪费现象而设计出一种低功耗，低成本智能照明系统，该系统克服了传统人工控制教室开关灯存在的开关灯标准不明确、无法实现人走灯灭等现象，达到了较好的节能效果。
关键词：教室灯光；智能化；节能
一、引言
据国家建设部的统计，[1]我国照明耗电大约占全国发电总量的10%～12%。对一些照明时间较长、照明场所较多的机构，比如高等学校，据测算，其照明耗电占本单位所有耗电的40%左右。然而，我国高校目前的教室灯光管理绝大多数依赖人工，但由于教室数量多，管理员无法对每间教室都实施及时的控制，常常出现教室无人时开灯，导致光线充足时也开灯的“长明灯”现象，造成了不必要的电能浪费和经济损失。以我校为例，就公共教学区来说，粗略统计大约有30000盏灯，每盏灯36瓦，扣除一年三个月的假期，按每天亮灯仅8小时计算，一年教室照明的耗电量大约为237.6万度。若按每天只灯浪费用电2小时，则白白流失的就有59.4万度电。[2]
为了克服传统人工教室灯光控制无法及时开关灯带来的问题，本系统采用单片机对教室内光强及人员分布状况进行监控，实现教室照明设备管理的自动化。通过采集前端获取光强和人数（人员分布）信号，实现对教室的实时监控；软硬件结合，实现教室的多模式控制；通过LCD显示可实时获取系统的运行状态和运行模式。设计的目的在于：避免教室区域在光线充足时仍然亮灯的情况；杜绝教室各区域在无人时不关灯的现象；实现实时控制，实现教室灯光控制的自动化、智能化；弥补人工控制缺乏相对准确标准的不足，实现对教室照明系统的科学管理，智能管理，以达到较好的节能效果。
二、系统的整体设计
系统采用由上下位机组成的主从式结构，对教室进行分区域控制。系统在各区域内分别安装光传感器和人体感应传感器，实现对室内光强及人员流动情况的监控。以时间作为启动和关闭系统的依据，以光强及人体信号作为系统启动后开关灯的判断标准。在工作时间内，如有模式信号输入则系统进入相应的模式；若无则进入自习模式。不在工作时间，如有手动信号输入，则根据手动任务的设定运行；若无则关闭所有的灯。该系统的设计要点如下：
从硬件上说，系统通过人体检测模块、光强检测模块芯片等数据采集机制，为准确控制如教室等大面积照明场所提供了较为可靠的数据依据；另外，对教室进行区域划分，每个区域安装一台从机，从机采集数据发送给主机，由主机综合考虑开关哪些区域的灯，这样就从根本上解决统一开关灯的浪费问题；主从机之间采用RS485通讯，可以通过PC机实现网络化管理。[3]
从控制方法上说，以时间作为启动和关闭系统的依据，以光强及人体信号作为系统启动后开关灯的判断标准。将时间作为控制依据进一步加强了对节能的监管，具体了控制的工作时间与非工作时间的界限。系统在处理由传感器采集到的人数信号时，采用模糊统计的方法对各区域人数进行模糊计数，[4]解决了对区域人数无法准确统计和建立数学模型的困难。加入模糊人数闭值判断标准以解决人员分布过于分散时打开较多灯的问题，增强节能效果。
三、系统的组成
硬件组成：由SV稳压电源模块、微控制器AT89552、时钟模块、液晶显示模块、数据储存模块、485通讯模块、自动/强制开关以及由中断扩展的按键模块（其中包括确认键，增减键和移动光标键）组成。
主要实现以下功能：通过键盘完成设定密码、初始化时间、设置光强、人数闭值和设置工作时间等任务；通过信号探测器判断控制模式；根据接收到的下位机数据，及内部存储的光强阂值和人数阂值计算控制灯组，并向相应下位机发出开关灯指令；通过LCD显示当前工作状态和工作模式。
软件组成：主要包括数据处理模块、显示模块、按键中断模块、通讯模块、时钟模块和数据存储模块。这些模块的子程序都写成了头文件的形式，在主程序中按照控制规则被主函数循环调用，主控模块的流程如下：
系统在上电后，先进行初始化，包括主控芯片的初始化，打开中断源，选择通讯方式等；初始化液晶屏、存储芯片等，预设初始密码。接着唤醒看门狗，在系统运行之初就让其发挥监控作用。呼叫各个从机，命令从机发回一个包含从机地址的数据包，这样做有两个目的：一是为了檢测从机是否都处在正常运行状态，若是从某机发生故障则主机将显示出从机编号；二是为了进一步明确从机的编码，以便一对一地发出开关灯指令。系统开始进入运行状态，由液晶屏幕显示系统的运行状况。由于上位机主控芯片资源有限，主程序在设计时采用无限循环的模式，当DS1302初次使用时，我们必须对其进行时间设置，在运行时我们还需要根据需要调整一些闭值、参数，为了节省资源、优化程序，这些操作采用液晶屏与按键结合的模式，其中按键采取中断模式响应，即是说不论程序在进行什么操作，当按键按下时程序立即响应按键中断任务。主机在整个运行过程中实时获取各从机发回的数据，根据数据发出开关灯命令。考虑到按键中断过程中，会出现主从机无法通讯的情况，因此在程序设计中，对通讯时间进行了定时，在一段时间后主机没接收到从机数据或从机没接收到主机命令，则各自进行下一步任务；因为该系统是一个慢系统，即使无法及时获得数据，在下一轮的数据传输中获得数据对系统的影响也不大，单片机的程序处理速度完全可以满足要求。
四、系统的应用
系统的设计从低碳节能环保的理念出发，立足于节能，适用于高校教室灯光控制。该系统以光强、人数、时间作为控制依据，并且可以通过人工设置参数来改变这些依据的默认值，在扩大系统的应用范围的同时，增加了系统的人性化。系统采用分区域控制的方法，加入人数闭值，避免了由于人员分布过于分散而打开较大灯的问题；在光强的测量上采用光频转换器TSL230，测量出光的照度值；并以此为基础，在控制方法上加入光强闭值上下限，解决了开灯后系统会因光强满足要求而误关灯的问题。系统采用多模式控制，而且实现了各模式之间的自动转换，满足了教室多用途的需求。该系统对于各高校的教室灯光管理有着很大的意义，它在提高照明质量的同时，省去了大量的人力劳动，还为学校省去了大量不必要的开支。经过初步试验，系统确实能按照设计的要求智能控制开关灯，具有良好的稳定性，达到了较好的节能效果。■
参考文献
[1] 沈晓波，周永.路灯照明节能分析.浙江节能，2009，（l）
[2] 最有效的照明节能方法及合理设计.中国节能行业网，www.hpnetcom.cn
作者简介：
夏勇，男，汉族， 学士，实验师，工程师。研究方向：计算机、网络。
关键词：教室灯光；智能化；节能
一、引言
据国家建设部的统计，[1]我国照明耗电大约占全国发电总量的10%～12%。对一些照明时间较长、照明场所较多的机构，比如高等学校，据测算，其照明耗电占本单位所有耗电的40%左右。然而，我国高校目前的教室灯光管理绝大多数依赖人工，但由于教室数量多，管理员无法对每间教室都实施及时的控制，常常出现教室无人时开灯，导致光线充足时也开灯的“长明灯”现象，造成了不必要的电能浪费和经济损失。以我校为例，就公共教学区来说，粗略统计大约有30000盏灯，每盏灯36瓦，扣除一年三个月的假期，按每天亮灯仅8小时计算，一年教室照明的耗电量大约为237.6万度。若按每天只灯浪费用电2小时，则白白流失的就有59.4万度电。[2]
为了克服传统人工教室灯光控制无法及时开关灯带来的问题，本系统采用单片机对教室内光强及人员分布状况进行监控，实现教室照明设备管理的自动化。通过采集前端获取光强和人数（人员分布）信号，实现对教室的实时监控；软硬件结合，实现教室的多模式控制；通过LCD显示可实时获取系统的运行状态和运行模式。设计的目的在于：避免教室区域在光线充足时仍然亮灯的情况；杜绝教室各区域在无人时不关灯的现象；实现实时控制，实现教室灯光控制的自动化、智能化；弥补人工控制缺乏相对准确标准的不足，实现对教室照明系统的科学管理，智能管理，以达到较好的节能效果。
二、系统的整体设计
系统采用由上下位机组成的主从式结构，对教室进行分区域控制。系统在各区域内分别安装光传感器和人体感应传感器，实现对室内光强及人员流动情况的监控。以时间作为启动和关闭系统的依据，以光强及人体信号作为系统启动后开关灯的判断标准。在工作时间内，如有模式信号输入则系统进入相应的模式；若无则进入自习模式。不在工作时间，如有手动信号输入，则根据手动任务的设定运行；若无则关闭所有的灯。该系统的设计要点如下：
从硬件上说，系统通过人体检测模块、光强检测模块芯片等数据采集机制，为准确控制如教室等大面积照明场所提供了较为可靠的数据依据；另外，对教室进行区域划分，每个区域安装一台从机，从机采集数据发送给主机，由主机综合考虑开关哪些区域的灯，这样就从根本上解决统一开关灯的浪费问题；主从机之间采用RS485通讯，可以通过PC机实现网络化管理。[3]
从控制方法上说，以时间作为启动和关闭系统的依据，以光强及人体信号作为系统启动后开关灯的判断标准。将时间作为控制依据进一步加强了对节能的监管，具体了控制的工作时间与非工作时间的界限。系统在处理由传感器采集到的人数信号时，采用模糊统计的方法对各区域人数进行模糊计数，[4]解决了对区域人数无法准确统计和建立数学模型的困难。加入模糊人数闭值判断标准以解决人员分布过于分散时打开较多灯的问题，增强节能效果。
三、系统的组成
硬件组成：由SV稳压电源模块、微控制器AT89552、时钟模块、液晶显示模块、数据储存模块、485通讯模块、自动/强制开关以及由中断扩展的按键模块（其中包括确认键，增减键和移动光标键）组成。
主要实现以下功能：通过键盘完成设定密码、初始化时间、设置光强、人数闭值和设置工作时间等任务；通过信号探测器判断控制模式；根据接收到的下位机数据，及内部存储的光强阂值和人数阂值计算控制灯组，并向相应下位机发出开关灯指令；通过LCD显示当前工作状态和工作模式。
软件组成：主要包括数据处理模块、显示模块、按键中断模块、通讯模块、时钟模块和数据存储模块。这些模块的子程序都写成了头文件的形式，在主程序中按照控制规则被主函数循环调用，主控模块的流程如下：
系统在上电后，先进行初始化，包括主控芯片的初始化，打开中断源，选择通讯方式等；初始化液晶屏、存储芯片等，预设初始密码。接着唤醒看门狗，在系统运行之初就让其发挥监控作用。呼叫各个从机，命令从机发回一个包含从机地址的数据包，这样做有两个目的：一是为了檢测从机是否都处在正常运行状态，若是从某机发生故障则主机将显示出从机编号；二是为了进一步明确从机的编码，以便一对一地发出开关灯指令。系统开始进入运行状态，由液晶屏幕显示系统的运行状况。由于上位机主控芯片资源有限，主程序在设计时采用无限循环的模式，当DS1302初次使用时，我们必须对其进行时间设置，在运行时我们还需要根据需要调整一些闭值、参数，为了节省资源、优化程序，这些操作采用液晶屏与按键结合的模式，其中按键采取中断模式响应，即是说不论程序在进行什么操作，当按键按下时程序立即响应按键中断任务。主机在整个运行过程中实时获取各从机发回的数据，根据数据发出开关灯命令。考虑到按键中断过程中，会出现主从机无法通讯的情况，因此在程序设计中，对通讯时间进行了定时，在一段时间后主机没接收到从机数据或从机没接收到主机命令，则各自进行下一步任务；因为该系统是一个慢系统，即使无法及时获得数据，在下一轮的数据传输中获得数据对系统的影响也不大，单片机的程序处理速度完全可以满足要求。
四、系统的应用
系统的设计从低碳节能环保的理念出发，立足于节能，适用于高校教室灯光控制。该系统以光强、人数、时间作为控制依据，并且可以通过人工设置参数来改变这些依据的默认值，在扩大系统的应用范围的同时，增加了系统的人性化。系统采用分区域控制的方法，加入人数闭值，避免了由于人员分布过于分散而打开较大灯的问题；在光强的测量上采用光频转换器TSL230，测量出光的照度值；并以此为基础，在控制方法上加入光强闭值上下限，解决了开灯后系统会因光强满足要求而误关灯的问题。系统采用多模式控制，而且实现了各模式之间的自动转换，满足了教室多用途的需求。该系统对于各高校的教室灯光管理有着很大的意义，它在提高照明质量的同时，省去了大量的人力劳动，还为学校省去了大量不必要的开支。经过初步试验，系统确实能按照设计的要求智能控制开关灯，具有良好的稳定性，达到了较好的节能效果。■
参考文献
[1] 沈晓波，周永.路灯照明节能分析.浙江节能，2009，（l）
[2] 最有效的照明节能方法及合理设计.中国节能行业网，www.hpnetcom.cn
作者简介：
夏勇，男，汉族， 学士，实验师，工程师。研究方向：计算机、网络。