1、教室燈光智能開關控制系統的研究摘要：本文針對目前高校教室“全亮燈“白晝燈等電能浪費現象，設計了一款教室燈光無線智能開關控制系統。該系統由信息采集系統和燈光控制系統兩局部構成，信息采集系統中的熱釋紅外檢測模塊完成人體存在信息的采集、光敏傳感器模塊完成光強信息的采集；nRF24L01無線發送、接收模塊完成信息數據的傳送；燈光控制系統中的繼電器、振動傳感器模塊完成對教室燈光的智能化控制。系統具有自動和手動兩種工作模式，能夠實現自動熄滅燈光的功能。研究說明：該系統能夠大大地提高教室的節能效果和管理的智能化程度。關鍵詞：無線智能nRF24L01繼電器節能中圖分類號：TP273文獻標識碼：A文章編號：16

2、72-3791202111c-0038-03高等院校的教室作為開展教學和學生學習交流的重要場所，為了方便學生之間的學習和交流，大多都采用分時段自由開放式的管理運作模式。由于這種模式很大程度上取決于人的主動性，不能智能地控制燈光的點亮和熄滅，因此在教室里僅有幾個人，甚至在無人的情況下，頻繁出現所有的燈具都處于運行狀態的“全亮燈現象；或在白天教室中的光線強度已經滿足學習要求時，而燈具依然沒有及時關閉，出現“白晝燈現象【1】。這不但為學校的電力支出增加了負擔，而且造成大量的電能浪費。所以對教室燈光智能化節能控制系統的研究具有現實意義和很大的實用價值【2】。1系統總體方案該方案如圖1所示，系統主要以單

3、片機STC89C52芯片【3】為核心控制元件，由光照強度檢測、熱釋電紅外檢測模塊、無線發送、接收模塊、繼電器控制等模塊組成。工作時，信息采集系統中的熱釋電紅外檢測電路和光照檢測電路采集教室燈光各區域下是否有人、光照強度等信息傳送到單片機，單片機進行分析判斷，通過無線發送模塊向燈光控制系統發送信息。燈光控制系統的單片機執行控制指令，通過控制繼電器的狀態來智能化地控制教室燈光的熄滅。信息采集系統最主要目的是要保證各個傳感器所采集的信息的準確性，依據教室光照強度分布、熱釋電紅外模塊所探測范圍和高校教室面積的大小，合理地將教室劃分成7個區域，將控制器安裝在各區域天花板上。控制器由+5V電源電池、熱釋電

4、紅外檢測、光強檢測、無線發出模塊等構成。它是以單片機為核心的數據采集和處理裝置，單片機通過I/O口直接與光敏傳感器、熱釋電紅外線傳感器相連，可以實時采集它們發送的數據，進行識別判斷。燈光控制系統中包含自動、手動控制兩種模式，實現手動、自動一體化的功能。自動控制模式下，系統能智能地熄滅教室某區域的燈光和允許某區域的燈光點亮，在手動控制模式下，教室燈具的開關狀態由人來決定，兩種模式到達了智能化、人性化控制的效果。2硬件設計系統中的無線發送、接收模塊均采用的是nRF24L01無線射頻芯片。nRF24L01芯片功耗低，以-6dBm的功率發射時，工作電流僅為9mA；接收時，工作電流僅12.3mA，多種低

5、功率工作模式掉電和空閑模式更利于節能設計【4】。該模塊的接口共有8個引腳，分別為GND、VCC、CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ【5】，其中GND為電源地，VCC為3.3V工作電壓，IRQ為外部中斷引腳，其余為芯片的控制引腳和數據引腳。工作時需使用AMS1117-3.3芯片，將5V電壓轉換成3.3V電壓，電路設計圖如圖2所示。燈光控制系統中的控制器采用的是交流市電供電，其電壓為220V，所以需將電源轉化電路將交流市電轉化為5V低壓直流電，如圖3所示，電源轉換電路采用變壓器降壓，再整流濾波，獲得5V電壓。熱釋電紅外檢測人體模塊采用的是以BISS0001為核心的HC-SR501熱釋

6、電紅外傳感器組件，該模塊主要由人體紅外傳感器、菲涅爾透鏡、專用芯片BISS0001組成。當傳感器檢測到人體發出的紅外線時，會產生的信號經過處理后傳送到單片機。光敏電阻對教室的光強非常敏感，它的電阻與照射到器件外表的光強有關，光照強度越大時，光敏電阻的阻值越小【6】，反之越大，可用來檢測教室的光強，當教室光照強度達不到設定閾值時，DO端輸出高電平，當教室光線強度超過設定閾值時，DO端輸出低電平，DO輸出端與單片機直接相連，單片機通過檢測上下電平，來檢測教室的光線強度改變。電路設計如圖4所示。如圖5所示，選取控制一盞教室燈具的電路設計作為示意圖，在自動控制模式下，當教室的燈具開關K1處于閉合狀態時

7、，執行教室燈光的熄滅可由繼電器組成的控制電路來決定，當教室的光照強度滿足要求時，或教室某區域下無人狀態時，單片機發出指令讓P1.0口始終輸出高電平，控制三極管Q1處于放大狀態，繼電器通電，在這里電路中采用的是常閉開關，即當繼電器通電時，會使電路中的開關K2斷開，那么繼電器控制的該區域的燈光被熄滅。在手動控制模式下，當有人按動教室燈具的開關K1時，會產生振動，燈光控制系統中的振動傳感器就會檢測到振動，將信息傳遞給單片機，單片時機執行程序，使P1.0口輸出低電平，那么三極管Q1處于截止狀態，繼電器J1處于不通電狀態，此時電路中的開關K2處于閉合狀態，該區域燈光點亮。3軟件設計軟件設計采用了模塊化結

8、構，工作流程的軟件程序開發采用Keil5開發環境，使用C語言進行模塊化編程，條理清晰，為系統調試帶來方便。當主、從控制器上電后，各個模塊進行初始化，包括時鐘初始化、端口初始化以及變量初始化。程序流程如圖6所示。當燈光控制系統接收到來自信息采集系統發出的模式控制信號時，會進行模式判斷，假設為手動模式，當振動傳感器檢測到振動時，單片時機使引腳P1.0口始終保持低電平，三極管Q1處于截止狀態，繼電器不通電，電路是通路，讓教室內燈光僅受室內手動照明開關K1的控制；假設為自動模式，當教室的光照強度滿足不需要開燈條件時或檢測到某區域無人員存在時，單片機引腳P1.0輸出高電平，繼電器J通電，電路中的開關斷開

9、，教室的燈光就會熄滅。4結語本文通過針對高等院校教室燈光使用不合理造成電能浪費的現象進行分析研究，對傳統的教室燈光控制系統進行智能化的改進，實現對燈光智能化控制的功能。本文綜合利用了應用電子技術、傳感器技術、單片機技術、無線通信技術等完成了對高校教室照明節能智能控制系統的研究與設計。經過研究說明：該系統具有較好的節能效果。參考文獻【1】周鵬，蔣方劍.教室照明光感節電控制器的設計與應用J.電子科技，2021，249：54-55.【2】伍世云，羅江，王益艷，等.基于單片機的高校教室照明節能智能控制系統的設計J.電子設計工程，2021，2423：180-182.【3】保金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051單片機實踐與應用M.北京：清華大學出版社，2021.【4】趙江波，方歡，李龍林.基于IAP單片機和nRF24L01的智能