1、教室节能系统设计题 目：教室节能系统设计教室节能系统设计摘 要本设计主要是针对目前高校教学楼教室的电能资源浪费严重，教室资源利用不合理，用电设备控制和教学管理不足的现状，设计了基于单片机的智能教室控制系统，以达到高校教室用电设备的合理使用，节约电能以及改善教学管理的目的。设计应用先进的电子技术、网络技术、自动控制技术以及实用的软件平台，成功地设计了一套功能完善的智能教室自动监测与控制系统。由传感探测单元、通讯网络RS-232、控制单元构成了整个系统。智能教室控制系统核心采用AT89S51采集数据，并由控制系统实现对教室光照度、自习学生人数、教室使用状态等的监控与显示，并对教室内部用电设备进行合
2、理控制和管理，达到高校教学楼教室控制的智能化和节约化的目标。本设计将单片机控制系统与网络技术结合起来，本系统各组成部分包括硬件和软件设计的结构、功能与实现方法。最后通过RS-232方式实现与上位机通信实现数据的远程传输及上位机对教室照明状态的控制，完成一个智能教室监控系统。关键词：智能控制；热释电效应；光照检测；AT89S51Energy-efficient system design classroomAbstractThe design is mainly targeted at the classroom floor, higher education and serious waste
3、 of energy resources, classroom unreasonable use of resources, the realization of electrical equipment control and inadequate management of the status of teaching, design of intelligent single-chip microcomputer-based control system for the classroom in order to achieve the realization of Colleges a
4、nd Universities classroom equipment, the rational use of electricity, saving energy and improving teaching and learning management purposes.In this paper, the application of advanced electronic technology, network technology, automatic control technology, and practical software platform, has success
5、fully designed a fully functional smart classrooms automatic monitoring and control system. Detection sensor unit, communication network RS-232, the control unit constitutes a whole system. Intelligent control system using AT89S51 classroom data collection and control system for the classroom classr
6、oom light, the number of students self-study, classroom use, such as the monitoring and display and electrical equipment within the classroom to carry out control and management to the classroom floor, college teaching of intelligent and economical control of the target.The single-chip control syste
7、m design and network technology combined with specific on the various components of the system including hardware and software design of the structure, function and implementation of methods. Finally, the way through the RS-232 communication with PC for data transmission and the remote host computer
8、 to control classroom lighting state, the completion of an intelligent classroom monitoring system.Key words: Intelligent Control；Thermoelectric effect；Light Detection；AT89S51 第一章 引 言一.1 课题背景随着能源的日益紧张，以及燃烧煤炭等资源带来的社会和环境问题的日渐突出，党和国家对节能工作的重视程度不断提高，已经将其列入“十一五”工作重点，提出了“建设节约型社会”的号召。教育部也积极响应，提出了“建设节约型高校”的口
9、号，高校节能工作也在全国各地蓬勃开展起来。高校作为培养高素质人才的摇篮，提倡节约的意义也就显得更加重大而深远。教室作为高校教学的重要场所，一般采用开放式管理模式为主，学生学习基本上无固定的班级教室，无固定的座位；而楼层管理人员仅负责卫生或保卫工作。因此，造成了白天长明灯，晚上无人也开灯，人少灯全开以及在夏天电风扇的无效运行的浪费现象在高校司空见惯。从早晨开放到晚上清场，教室照明灯具一直处于开启的现象在不少高校中是普遍存在的。虽然教室的用电设备负荷在整个学校用电负荷中所占的比重不算太大，但是由于它们的数量众多，使用时间最长，使得它们在整个学校用电量中所占的比重一直居高不下，从而带来电力资源的极大
10、浪费。然而，有相当一部分学校的有关部门，对此教室节能意义认识还是不到位，总认为教室就那么几盏40瓦的日光灯和风扇，不会造成多大浪费，节不节能无所谓。他们可能会为水龙头没有拧紧，滴答水而心疼，会主动地去关闭。但对用电设备浪费却熟视无睹，或者是视而不见。这主要是电能不像流水一样能看得见，是一种无形的、无法用肉眼感知的东西，浪费了也觉察不出来。但从整个学校来看的话，却是一个不小的数字，我们可以估算一下，以某校教学楼照明灯的使用为例:由于每个教学楼的教室大小不一，我们取中等教室为主，该教室总共有六盏日光灯，每个日光灯为40瓦，每层楼有30个教室，共有六层，则整个教学楼教室内照明灯具负荷共计约为60KW
11、，再加上走廊照明，整个大学教学楼照明灯具负荷约为200KW，每天如果按长明灯2小时计算(这是保守的估计)，1天就浪费电能400千瓦时，以该地区电费0.55元/千瓦时计算，折合电费220元。再以学生一年在校270天计算，一年将浪费电能10万多度，折合电费六万元左右。以上估算还未包括线损和照明灯具长时间开启而损坏的部分。从以上计算可以看出，教室照明节能绝不是微不足道的，即使单从经济效益来看，完全也是大有可为的。部分学校也意识到了教室照明中存在的巨大浪费，采取了各种各样的管理方式，企图来杜绝这种浪费。如:费用包干制、任课教师负责制、组织勤工俭学学生或聘用专职人员进行专门管理，拉闸限电等等。许多学校都
12、采取过这些方法，但始终没能长久坚持下去，也就没有取得理想效果。我们分析有如下原因：一、是从生理上来看，当外界光照强度超过灯具光照度时，人眼就很难察觉有灯存在；二、是从心理上来看，教师和学生精力集中于教学和学习上，不可能分心来观察教室光照度的变化，也就不可能主动去关灯；三、教室管理人员很难了解各个楼层，各个朝向教室的实际情况，加上个人认知差异的影响，很难做出科学和准确的判断，由他们来负责开启和关闭灯具，不是关灯太早或开灯太晚造成学生看不清楚，就是关灯太晚或开灯太早而造成浪费。其次，学生对教学楼教室的利用状况的未知往往造成有些教室人满为患，有些教室无人问津的状况。从而由于管理不当而影响教学资源分配
13、等种种问题。一.2 设计主要目的针对目前高校教学楼用电设备控制和教学管理不足的现状，以提高教室用电设备控制的自动化和教学管理的效率为目的，开发了一套功能较完善的基于总线的智能教室控制系统。本系统应用先进的电子技术、网络技术、自动控制技术以及实用的软件平台。整个系统采用三层硬件两级网络构成，即“教室检测控制单元、RS-232串行通讯线、楼层显示控制单元”。智能教室控制系统采用的单片机实现对教室光照、自习学生人数等的数据采集，并由RS-232和上位机的通讯，实现教室使用状态监控与显示，并对教室内部用电设备进行合理控制和管理，达到高校教学楼教室控制的智能化和节约化的目标。一.3 设计研究内容本课题主
14、要是针对目前高校教学楼教室的电能资源浪费严重，教室资源利用不合理，实现用电设备控制和教学管理不足的现状，开发了一套功能较完善的智能教室控制系统。本次设计主要完成如下工作：1. 构建一个由教室检测控制单元的布局和控制器的数据传输；控制器与上位机的通信。形成计算机对单片机控制节点的集中管理和远程控制，有利于提高高校教学楼教室教学和管理的智能化、自动化和网络化。2. 进行教室检测控制单元的软硬件设计工作，实现长距离通信。即教室检测控制单元和上位机的传输，通过RS-232方式实现。3. 完成教室检测控制单元数据采集模块电路的设计，包括光照、热释电的选择、配置及其在教室现场的最佳布置和与单片机接口电路的
15、设计。4. 完成教室检测控制单元外围电路的设计，人机交互模块包括：显示模块和按键模块。本课题从提高高校教学楼管理和合理使用电能出发，应用先进的电子技术、通信技术、网络技术、自动控制技术以及实用的软件平台设计一套功能齐全的智能教室自动监测与控制系统。要求该系统具有性能稳定，运行可靠，并且各项实验结果均要达到基本设计要求。第二章 系统总体方案二.1 控制系统总体构成教室节能系统采用单片机和上位机组成的系统对学校教室照明设备进行控制和管理，教室亮度的检测、教室学生人数的统计、教室室使用状态的监控。整个系统由教室检测单元、控制单元、显示单元、通信单元组成。单片机可以实现对教室内的教室检测控制元所采集到
16、的信息的接收、处理，并且由LCD显示教室状态，从而可以很轻松的对教室用电设备开关状况、照强度、自习学生人数，教室使用状态等进行实时监控和统计。对于通讯网络部分，教室信号通过RS-232串行方式与上位机通信。检测控制单元：照强度采集是采用AD0809与单片机构建的数据采集网络，教室人数是用热释电传感器通过检测电路与单片机相连进行数据采集。硬件电路是智能控制器的核心内容之一，它主要分为三部分内容：一是传感探测部分,二是微控制器部分，三是通讯网络部分。下面具体阐述系统各级组成单元。1. 传感探测单元热释电红外探测传感器组件，该组件由三个部分组成：热释电传感器，匹配低噪放大器，菲涅尔光学系统。该组件本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小、隐蔽性好、价格低廉。热释传感器包括：（1）截止波长为7至10
