本文一共涵盖3篇精选的论文范文,关于《教室照明智能控制论文(精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。摘要：教室作为学生汲取知识、教师传输知识课程的重要场所，能够满足学生的学习要求，教室照明系统十分关键。要想保证教室照明系统实现自动照明，就需要对传统教室照明系统进行改进，运用单片机技术对传统灯具进行有效控制，使其根据教室内部明亮变化自动调节亮度，在改进后也可以有效降低能源资源的消耗，保证资源节约。
教室照明智能控制论文 篇1：
高校教室照明节能智能控制系统设计
摘 要： 为解决目前大学教室灯光长明造成的电量浪费问题，提出了由MSP430单片机、光频转换器和人体感应传感器组成的节能智能控制系统，通过合理安排时间以及综合处理人体和光强信号，来实现灯光的智能开、关，从而达到节能的目的。
关键词： 单片机；节能；智能控制
Key words： MCU；energy-saving； intelligent control
社会可持续发展的主要问题在于能源，节约能源需要我们从生活的方方面面做起。仅以高校教室为例，由于管理不够科学规范，每年都会有大量的电力资源白白浪费。我国高校目前的教室灯光管理绝大多数依赖人工，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、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36W，按每天亮灯（从早晨8点到晚上9点正常运行）13个小时计算，扣除一年三个月的假期，一年教室照明的耗电量大约为389.08万度，依照现行电价0.573元/度，学校在教学楼耗电上要支出约222.94万元。若按每天只浪费用电2小时，则白白流失的就有61.24万度电，多支出34.3万元。试想全国所有高校每天浪费的电量该是多么庞大的数字。为了解决这种情况，设计出高校教室照明节能智能控制系统，使教室灯光能够按需分配，实现人到灯开、人走灯灭、智能节能。
一、系统整体设计
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[1]。主机通过网络控制各个教室中的下位机，对不同的区域安装光频转换器和人体感应传感器，分别测量教室内的光强和人员分布情况，实现教室内不同区域的灯光开关，从而能够有效节省电源。
各个教室中的下位机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。
系统预置有不同的工作模式：讲课模式、自习模式，供用户根据需要进行选择使用，且各模式之间可以自动切换，使操作更加便捷。
1.讲课模式。由于每个教室排课不同，通过上位机PC软件将对应课表下载到不同的教室，将“有课”、“无课”分别设置为“1”和“0”，存储在下位机的FLASH中[2]。下位机则处于定时工作状态，每堂课开始的前5分钟，教室中的下位机会进行一次判断，如果对应有课，则开启讲课模式，教室灯光全开；如果没有课，则关闭教室全部灯光，进入“自习模式”。
特别地，有时存在教师临时更换上课地点，故讲台上也放置一个人体感应传感器，在进入讲课模式后，每隔5分钟探测1次讲台上是否有人上课，执行2次这样的操作，并将2次检测结果取逻辑“或”运算。如果为“真”，则说明有人上课，继续执行“讲课模式”；如果为“假”，则进入“自习模式”。下位机的判断过程如图1所示。
2.自习模式。将教室分为A、B、C、D四个区域，如图2所示，每个区域房顶正中放置一个人体感应传感器HC-SR501[3]和光频转换器[4]。当下位机处于自习模式时，输入参数为人体存在信号和光强度信号，若某区域的人体感应传感器检测到有效信号，系统判断此时光频转换器采集到的光强，如果高于设定阈值（光线较弱），则打开对应区域的日光灯；如果低于阈值（外界光线很强），无论教室是否有人，都不开灯，如图3所示。
图2 教室内区域划分图
图3 自习模式流程图
二、系统具体设计
1.上位机设计。用C#编写含有以下2个功能的软件[5]：①能将课程表分别导入到各教室中的下位机；②能将各下位机的灯光开关状态显示在上位机界面。
将教学楼的所有教室组成网络结构，如图4所示。管理人员通过上位机PC上的软件实现对各个教室的监控，用MSP430芯片制作一个中转控制器[6]，如图5所示，作为上下位机间的枢纽，保证通信的有效性。
上位机软件从教务处导出各个教室的本学期的课表，用数据库SQL Sever存储[7]。同时设置为每天凌晨向各个下位机发送每天更新后的课表信息，PC机与中转控制器的RS232接口建立通信[8]，由于每个教室在IIC总线上都有唯一地址，此时IIC总线通过总线裁决，决定哪个教室占用总线，中转控制器通过IIC接口将信息发送至对应教室。在更新完课表信息后，中转控制器设置为从机，各个下位机定时将教室灯光信息反馈至上位机界面，使得管理人员能够掌控每个教室具体的灯光情况，提高了监控效率。
2.下位机设计。下位机的课表、灯光信息存储在单片机FLASH中，从而能够实现掉电保护。系统还加入密码控制，以增加系统运行的安全性。通过键盘完成设定密码、初始化时间。时钟模块采用芯片DS1302[9]，该芯片不仅能够显示秒、分、时、日期、月份和年份信息，还可实现掉电保护，为时钟电路提供电源，如图6所示。
下位机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对节能的监管，明确工作时间与非工作时间的界限。
具体来说，将6：00～22：00设置为工作时间，在工作时间段内系统自动在“讲课模式”和“自习模式”之间随时间的变化不断切换；在非工作时间内，系统自动关闭，实现节能。而系统在不同的模式下开关灯的标准不同，讲课模式下灯光自动全开，也可根据需要手动强制开关灯；自习模式下，将人体感应模块HC-SR501参数设置为延时时间1分钟和可重复触发，光频转换模块阈值设定为白天不低于150lx，晚上不低于200lx。当有人体信号后，判断此时光强，若高于阈值不开灯，低于阈值开灯。这样只要人仍在有效探测区域内，人体感应传感器便能不断检测到，延时被重复触发，而不在时，该区域灯灭。从而实现人到灯开，人走灯灭。
3.人数统计。在教室门口放置人数统计装置，其分布图如图7所示，A、B处各放置一个红外收发对管，当无人通过时电压保持不变，设为状态“0”，有人通过时电压变化，设为状态“1”。有A、B状态真值表如表1所示。
程序中设置全局变量判断教室内人数，当红外接收管电压发生变化时系统发生中断，通过查询数组值判断A、B的变化情况。例如当有人进门时，A由“0”变为“1”，B仍为“0”，将总人数值加1；同理，当B由“0”变为“1”时，总人数值减1；当A、B皆为“1”时，说明同时有人进出，此时总人数不变。
上位机可以通过软件了解各个教室的实时人数，从而大致判断教室内上课的出勤率。同时可以计算出各个教室的空位数，学生可以通过大厅的显示画面了解去哪个教室自习。
三、结束语
系统的设计从低碳、环保的理念出发，立足于节能，适用于高校教室照明控制。采用多模式控制，实现各模式之间的自动转换，满足教室上课、自习、多媒体等多用途的需求。课表模式的引入不仅从全局上能够网络化管理灯光，也能实现局部的差异性。通过实际测试，人数判断较为精准，但是当两人同时进出门时统计可能产生误差。
参考文献
1 谢兴红.MSP430单片机基础与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008
2 秦龙.MSP430单片机应用系统开发典型实例[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2006
3 黎洪生， 刘苏敛， 胡冰等.基于无线通信网络的智能路灯节能系统[J].计算机工程， 2009，35（14）：190～191，214.
4 闫军威， 林海杰， 彭响方.基于 LonWorks 技术的路灯节能控制系统[J].电力电子技术，2009， 43（9）：47～49.
5 胡开明， 李跃忠， 卢传华.智能路灯节能控制器的设计与实现[J]. 现代电子技术， 2009，34（9）：143～145.
6 申田宝， 吕俭荣， 储惠等.智能照明节电器的技术特性与应用[J].上海节能， 2004，10（3）：29～31
7 吴瑶， 姜建国.基于模糊控制的节电照明系统[J].工矿自动化， 2005， 25（12）：82～85
8 吴永桥， 金康进， 施广林.基于单片机的节电照明控制系统[J].世界电子元器件， 2004，22（4）：47～49
9 刘三梅， 程韬波， 胡战虎.基于GPRS/WEBGIS 的路灯节能监控系统的设计与实现[J].计算机工程与设计， 2008，29（1）：187～189
作者：谢一凡 陈华丽
教室照明智能控制论文 篇2：
教室照明智能控制装置
摘要：教室作为学生汲取知识、教师传输知识课程的重要场所，能够满足学生的学习要求，教室照明系统十分关键。要想保证教室照明系统实现自动照明，就需要对传统教室照明系统进行改进，运用单片机技术对传统灯具进行有效控制，使其根据教室内部明亮变化自动调节亮度，在改进后也可以有效降低能源资源的消耗，保证资源节约。
关键词：教室;照明;智能控制装置
传统教室使用大量开关人工控制照明亮度，经常会出现忘记关灯的情况，造成大量电能资源浪费。部分教师在夜晚出行要摸黑寻找开关，对于年幼学生和年长教师具有极大威胁。灯泡长时间点亮会严重损坏灯具的使用寿命，也会造成资源的严重浪费。在教室灯光照明系统管理中，要根据实际要求来随意调节灯光照明系统。
一、工作原理
从节能的角度，在教室照明系统改进的过程中，要尽可能加强对照明灯的分区控制，通过这样的措施实现智能控制，可以随时检测出教室内是否有人员活动，又能够判断教室内的发光强度是否满足学生学习需求。智能照明控制系统主要结构包括红外线探测装置、照度计部分[1]。红外线探测装置可以通过红外线对人体进行测量探测范围在5m内视角为90°探测元件，在感受到红外辐射后会提高输出端输出高电平，当人员走出后输出低电平，快速判断是否有人员活动。利用斯密特触发器构成串并联电路，能够实现前置缓冲，增强驱动力，保证与红外探测元件逻辑一致。教室内的发光强度可以对内部的空间亮度进行准确判断，利用光电管探测区域内的光线，当光线较弱时光电输出高电平，通过放大器和比较器对信号进行筛选，并与非门输入端保持一致，实现智能化控制。在照明控制系统设计中，包括智能控制模块和维修模块两部分，而智能控制模块需要通过单片机，移动物体检测传感器进行控制，利用C语言对单片机进行控制，维修模块能够及时判断灯具损坏情况。如果出现损坏可以立即通知维修人员，维修人员对设备故障设备进行快速处理，增强照明系统的整体工作效率。
二、智能控制模块的设计
（一）移动物体检测装置
在移动物体检测中，需要利用红外线传感器对人员活动轨迹进行自动判断，传感器没有探测到移动物体时输出低电平，利用三极管导通控制单片机，打开LED灯。为了保证传感器在检测人员检修后单片机能够立即进行响应，必须要进行并联，保证探测无死角[2]。该系统使用基于RS485和CAN总线的分布式控制系统控制和管理校舍内的电气设备。整个系统由三级和两层网络组成，即教室控制级、地面控制级、主机级、CAN网和RS485网。教室控制等级和地板控制等级使用具有MCS-51-8051单片机作为中央处理器的控制系统。网络部分在教室的同一层使用以RS485标准构建的数据获取网络，地板和监视中心（主控制主机）之间的通信使用CAN网络。所有的教室控制器和地板控制器都必须建立在网络和通信平台上。系统使用计算机的串行端口和单片机的串行通信功能，使用RS485总线网络和CAN总线网络分别实现单片和单片。
（二）LED照明控制
在LED照明控制中，为了使设计更加科学优化，需要对环境发光强度检测之后，对移动物体检测灯具通常在夜晚工作。在照明控制装置设计中可以增加工控设计，保证高于夜晚的亮度值。照明控制装置要充分考虑学生学习和教室上课的需求，对于照明亮度要求比较高，要适量调整亮度。在LED照度范围内，可以将光照度调整到500sd左右。在控制电路设计中，楼道和教室内的环境各不相同，在照度设计中也存在明显差异，楼道临界值应该低于教室内的临界值，有效节约资源。通过对 LED照明强度的自动调整，单片机可以在判断人为移动时控制 LED照明开关的开启和降低。在教室智能照明控制系统维修模块设计中，如果长时间运行很容易导致用电设备损坏，通过构建检修模块能够在发生故障后立即对灯具进行检测，通过单片机向维修人员发出指令，在维修过程中只需切换工作维修模式，就能保证单片机处于维修状态，确保维修人员安全[3]。
三、教室照明控制系统的问题
（一）布局问题
教室内距离窗户远近各不相同，受日光强度的影响也各不相同，不在不同区域内需要安放控制该区域的三盏灯，相邻两区域的装置探测范围都有明显重叠，要保证在有人员活动区域中有足够的光强，当某一个同学单独处于某一区域，只有它周围的灯亮。处于区域重叠时至多有6～9盏灯亮。还有其他人员来到教室时可以选择其他区域，当没有人或者光的强度足够时则灯光立即熄灭，实现智能化控制，达到有效的节能效果。
（二）远红外探测装置的问题
在标准教室内部，如果红外装置没有得到合理控制，每一个装置都能够探测5m范围，造成大面积的重叠交叉，失去了智能控制的效果。为了增强教室内4个装置的覆盖范围，避免相互影响，需要在此装置中安装一定倾斜角度挡板来控制具体的作用范围，还要让两个区域的装置具有明显的交叉，确保人员能够在某一区域时只有此区域的灯光亮而处于两个区域中间时，两个区的中间同时减量，每一个区域接受光照角度不同，要合理优化照度计的设置，为了增强照度计工作准确，效果可以放置在太阳光和灯光无法直射的区域，保证照度计测试负责区域的散射光来提高区域光强的设计效果，最终满足学生的学习需要[4]。
结束语：
综上所述，在教室燈光照明设计中，不同类型的灯光照明控制系统功能比较复杂，对于教室的实用性并不高，要积极针对教室灯光照明智能控制系统进行全面分析，有效提高照明系统的智能化控制水平，重点解决在实际设计中的应用问题，有效节约教室成本管理，及时做好灯具维修，避免电能资源的无效浪费。
参考文献：
[1]阳佩良，杨春宇，梁树英.重庆高校教室冬季照明主观评价调查研究[J].灯与照明，2020，44（04）：8-11.
[2]王贺，薛鹏，梁青璇，赵梦静，赵一凡.高校教室LED照明效果与不同场景光环境需求研究[J].照明工程学报，2020，31（06）：106-112.
[3]宋涛.区域中小学教室照明整体提升工程实施方案的探索和研究[J].中国现代教育装备，2021（06）：12-14+32.
[4]杨靖宇.2019年五台山风景名胜区中小学校教学环境卫生状况调查[J].中国药物与临床，2021，21（05）：853-854.
普罗斯电器（中国）有限公司
作者：周芝霞
教室照明智能控制论文 篇3：
基于单片机的教室节能控制系统设计研究
摘 要:目前,高校教室照明系统存在严重电能资源浪费现象,在这种背景下对高校教室现有的能源资源调配管理系统进行技术升级改造研究就显得非常重要。本文设计了一套基于单片机和CAN总线的高校教学楼教室节能控制系统,通过传感器将教室内部的光照强度、人员数量等信号数据采集到单片机系统中,由单片机实现教室灯光等资源的合理调配节能经济控制管理,从而达到节电节能经济运行的技术升级改造目的。
关键词:单片机 高校教室 节能降耗
按照教室等公共区域的照明设计规范可知,教室照明功率密度通常按照10W/m2进行设,也就是说如果一个标准教室按照96m2进行设计,则按照其照明系统从早晨8点到晚上9点正常运行13个小时,每个教室每个教学年度按160kw·h,整个学校共有210间教室进行计算,如果采用相关先进控制技术手段将其照明系统的节电能力提高30%,则全年大约可以节约电能资源2.28×105kw·h,如果按照单位电能0.5元进行计算,则全年可以节约电费额为12万元左右,而且上述估算分析中还没有考虑教室照明系统的线损、灯具使用寿命等因素,因此,对教室照明系统等进行节能技术升级改造,其所获得的经济效益十分可观,是学校教室建筑节能降耗研究的一个重要内容。
1 教室灯光节能控制器控制简介
从整个系统的功能效果来看,其系统的输入参数主要是教室内人体存在信号、环境温湿度、光照强度等特征信息当量,即在教室检测到有人存在时,结合环境温湿度、环境光照等外部因素,动态判断是否开启灯光系统以及照明灯具相互节能匹配方案等;当环境光照等满足教室照明规范需求时,就会控制灯具不打开,即只有当教室内存在学习人员且外部环境光照强度参数达到某种阈值条件以下时,并在内部计算分析判断合理调节照明灯具开启匹配方案,达到教室照明灯光高效稳定节能运行效果。
2 教室灯光节能控制系统总体设计方案
本文设计的教室灯光节能控制系统以PIC18F458单片机作为教室检测控制单元的核心控制器,然后通过RS-485通讯线将同一楼层的教室节能控制检测控制单元1～n有机互联起来,然后通过CAN总线将楼层控制单元1～n与教室资源综合调配管理中央计算机单元进行有机互联起来,实现对教室内部灯光等资源的高效合理动态调配管理.教室检测控制单元主要由PIC系统的PIC18F458单片机为控制核心,实现对教室用电电气设备运行状况、教室温湿度、光照强度、以及学习交流学生人数等信息的动态采集,并利用King View6.5在教学楼中央计算机单元上为教室管理人员提供一个全中文、数字化、图形化、以及动态化的教室资源统筹调配监控界面,大大提高了系统的人性化服务水平。
3 教室灯光节能控制器的设计
教室检测控制单元是整个教室节能控制智能化调节管理系统中重要的核心组成部分,一方面,其应对教室内部各种监控对象的数据信息进行动态采集、实时运算分析处理、存储等功能;另外还要与楼层相关控制单元进行实时数据信息通信共享。
3.1 硬件选型设计
3.1.1 单片机选型
考虑到智能教室资源节能调节控制系统所要求的自动智能化集成度高、可靠性强、功耗低、以及操作维护方面等特点,本次设计选用美国Microchip公司自主研发的PIC系统单片机中的PIC18F458单片机。该单片机具有哈佛总线通信结构、精简指令集(RISC)控制技术、运算分析速率高、驱动能力强等优点,非常适合与工业控制、仪器仪表精确控制、家用电器智能控制等领域。
3.1.2 光照信号采集单元选型
从大量关于光电管、光祸合器、以及光敏电阻等光电探测器性能研究成果表明,光敏电阻所具有的光谱响应峰值与人视觉敏感区的光波长非常接近;而且当外部光照强度发生减弱时,光敏电阻所具有的响应时间也会相应增加,这于教室灯光控制系统在光照强度发生变化时,其输出状态保持功能需要加强较为匹配,因此,本次设计选用光敏电阻作为教室光照强度的主要采集和处理单元。
3.1.3 红外数据的采集与处理单元
以红外传感器为核心构筑教室内部学习人数信号采集与处理子系统,不仅具有成本低、电路结构清晰简单等特点;同时还可以将教室人数作为教室内部照明系统灯具数量控制方案的重要数据依据,以实现对教室内部资源的合理节能调配管理。
3.2 软件编程设计
由于教室节能控制系统是一个集信号采集、信号传输、以及智能化节能调节等功能为一体的复杂系统,其软件编程是一个非常重要的部分。限于文章篇幅,文中不对所有部分进行一一详细阐述,只对光照强度采集电路和红外数据采集处理电路的软件设计进行分析。
3.2.1 光照强度采集电路软件设计
单片机光照信号光敏传感器采集电路部分的软件设计的主要任务在于通过光敏传感器对教室内的光照强度数据信息进行采集和动态分析处理。
3.2.2 红外数据采集处理电路软件设计
采用红外传感器动态测量教室内的实时学生学习人数,从而获得最优的照明灯具控制方案,其具体软件流程如图1所示。
4 上位监控系统设计
教学楼中央计算机单元作为整个教室资源节能控制系统的上位监控机,其正常运行时教室内部能源资源的实时数据信息运算分析、存储等程序,均通过CAN总线与教室节能检测终端控制器进行实时通信,实现教室资源的动态节能智能化调度管理。
5 结语
本文从教室能源节能高效调配管理目的出发,结合单片机技术、先进检测与控制技术等,构筑了基于PIC18F458单片机的教室资源动态节能调配管理系统,从而大大提高了教室资源的能源利用效率,减少了电能资源的浪费,达到高效教室资源节能降耗技术升级建设改造目的。
参考文献
[1] 周燕,覃如贤.教室灯光智能控制系统[J].西南科技大学学报,2005,20(1):35～38.
[2] 戴卫平．单片机系统开发实例经典［M］．北京:冶金工业出版社,2006．
作者：葛毓 程玲