隨著我國社會經濟的迅速發(fā)展，國家和大眾對高等教育越來越重視。據數據顯示，我國高校建筑面積和招生人數都在逐年上漲，然而，隨之產生的高校能耗問題對我國經濟社會環(huán)境造成了不小的壓力。高校屬于能源消耗大戶，因此對高校進行節(jié)能改造是當務之急。其中，照明系統(tǒng)需要消耗大量電能，因此，對于智能照明系統(tǒng)在高校節(jié)能改造的應用的研究具有重要的現實意義。

1 高校照明概況

教室是高校教學工作的主要場所，對光照要求較高，所以教室布置的燈具多，需要的照明時間長。教室照明用電量在高?？傆秒娏恐姓加蟹浅４蟮谋壤?。

一般而言，高校對于教室采用開放式的管理模式，學生上課和自習基本上無固定的教室，經常出現人走燈不滅，無人也開燈等浪費現象。有些學生的節(jié)約意識不強，教室在白天光線很好的情況下，仍然打開照明燈，或者最后離開教室的學生不自覺關燈等等原因，時常導致各個教室白天和晚上都是燈火長明，造成了嚴重浪費用電的局面。

另外，高校大多采用的是熒光燈，屬于低效光源，需要消耗大量能源。由此可見，高校照明系統(tǒng)節(jié)能改造的任務迫在眉睫。

2 智能化照明系統(tǒng)整體方案

2.1 選用新型 LED 燈具

照明燈是智能照明控制系統(tǒng)的被控對象，因此照明燈具的合理選擇非常重要，也是教學樓照明系統(tǒng)節(jié)能改造的重要組成部分。LED 燈是目前應用范圍最為廣泛的節(jié)能環(huán)保燈。采用 LED 燈可以大大節(jié)約電能。在相同照度下，其耗電量僅為白熾燈的十分之一左右，熒光燈的二分之一左右。

2.2 采用智能照明控制系統(tǒng)

智能照明控制系統(tǒng)是以自動控制為主、手動控制為輔的照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由紅外傳感器、光照傳感器、控制電路、LED 燈具、控制開關等部件組成，其結構如圖 1 所示。

在無人參與的情況下，照明系統(tǒng)能夠自動實現LED 燈的開關和調光功能。該系統(tǒng)采用紅外傳感技術，將人體體溫作為檢測對象。當人進入其探測范圍內，紅外傳感器將人體體溫與室溫的差值傳遞給信號采集電路，從而實現對控制對象的自動控制[2]。

另外，在控制電路中加入了光控門和自鎖電路，當室內光線強度達到國家標準時，即使教室內有人或有人自行開燈也不予支持，這樣可以避免白天室內光照強度達到國家標準的情況下，開燈上課或自習的嚴重浪費現象。教室內并非每個角落都需要同樣的光照強度。

教室內照明應該分區(qū)控制，根據學生人數來調整照明，以保證當無人時燈自動熄滅，以避免無人時燈火長明。智能照明系統(tǒng)可以在保證照明質量的同時，使得照明時間更加有效合理，避免浪費現象。

2.3 系統(tǒng)功能模塊的方案設計

本系統(tǒng)是基于單片機技術來實現照明系統(tǒng)的智能控制，其主要實現的功能有：自動判別教室內是否有人以及具體的人數；智能檢測教室內的光線強弱；遇到特殊情況設計人工手動操作解決問題等等。

2.3.1 控制模塊方案設計

控制器是智能照明控制系統(tǒng)的核心部分，由控制電路、驅動電路和照明專用自鎖繼電器組成。控制模塊作用是對教室內的自然光照度和有沒有人進行判斷，以便合理控制教室內的照度。其通過熱釋電紅外傳感器判斷教室有無人，同時接收光照強度檢測電路的輸出信號檢測教室內自然光的強度來綜合研判。如果自然光照度滿足條件的話，則不打開照明燈；當自然光照度不滿足條件且有人時，才自動打開照明燈。照明燈打開之后，照明控制系統(tǒng)會實時檢測教室內自然光強度和是否有人。

該系統(tǒng)的主控制器選用 STC89C52 單片機，其運行功耗較小。STC89C52 具有 8 k 字節(jié) Flash ，512 字節(jié) RAM，其內部自帶 4 k 字節(jié) EEPROM 的存儲空間，需要下載的時候只需使用串口即可。另外，其還具有 32 個 I/O 口，為系統(tǒng)的設計帶來了很大的便利。

2.3.2 人員檢測模塊方案設計

系統(tǒng)采用熱釋紅外傳感器檢測室內是否有人。熱釋紅外傳感器是利用紅外線或超聲波的原理，自動識別教室內是否有人，并給控制器發(fā)送信號，從而實現人來燈亮，人走燈滅的自動控制功能[3-4]。

熱釋紅外傳感器與 BISS0001 硬件連接示意圖如圖 2 所示。

BISS0001 是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成的集成電路。如圖 2 所示，熱釋傳感器檢測到由人發(fā)出的信號后，將其轉化成對應的電壓輸送給BISS0001，再將得到的數字信號的高低電平輸出給STC89C52 單片機。

2.3.3 光照強度檢測模塊方案設計

教室的光照強度用光敏傳感器來檢測。光敏傳感器將光照強度轉換為電流信號，再經過運算放大器轉換為電壓信號輸出[5]。光照傳感器應該分區(qū)域布置，在教室中間位置和內墻位置分別布置光照傳感器來檢測室內的自然光強度，窗戶附近安裝光照傳感器來測量自然光照度。另外，LED 燈可根據不同光照傳感器的輸出信號來自動調節(jié) LED 的亮度。

光敏傳感器電路與 ADC0809 以及控制器接口相連接的示意圖如圖 3 所示。

根據光照度傳感器的原理可知，光照強度信號可以被其檢測并轉化為相應的電壓輸出,進而由ADC0809 記錄對應的電壓值，轉換為數字信號由D0-D7 口輸出到 STC89C52。另外，在電源引腳處連接一個 0.1 μF 的電容濾波去耦，減少外部電路對芯片造成的影響。

3 智能照明系統(tǒng)在高校節(jié)能改造中的應用

以安徽省某高校為實例，將智能照明系統(tǒng)應用于學校教學樓的節(jié)能改造中。該校在校師生人數近 20 000 萬人，有 A、B、C、D、E、F，6 棟教學樓。教室目前采用的是 40 W 的雙管日光燈（實際耗電功率為 48 W）。按照全年工作 300 天，每天開燈16 小時，電費 0.6 元 / kWh 計算，全校每年教學樓照明電費約為 179.7 萬元。國產電燈的使用壽命 3 000小時左右，每年需要更換燈管，每年全校教室照明運行費用合計約為 15.6 萬元。由此可見，高校教室具有很大的節(jié)能改造空間。

（1）節(jié)電率。用功率為 18 W 的 LED 燈替代原先使用的 40 W 的雙管日光燈。LED 燈的照明效果超過傳統(tǒng)的日光燈，課桌桌面照度可達 300 lx。該高校所處地區(qū)，年平均陰天天數和多云天氣加起來約200 天，全年工作天數約 300 天，故以全天 16 小時來計算，實際自動關燈率約為 33.3%，則經過節(jié)能改造后的節(jié)電率為公式（1）。

（1）

（2）經濟效益。每間教室實施照明節(jié)能改造時，18 W 的 LED（實際耗電功率為 20 W 左右）燈管每支成本約為 100 元，需要 50 支，合計為 5 000元。電源板、控制電路板、光照傳感器、紅外傳感器模塊以及布線、開關盒合計約為 400 元左右，合計每間教室投入資金約 5 400 元。全校 260 間教室，以 LED 燈最低全壽命周期為 3 年進行估算，經濟效益見表 1。

由表 1 可知，對教學樓照明系統(tǒng)進行改造后，以 LED 燈最少使用周期為 3 年進行計算，每三年可以節(jié)約照明開支費用為 323.7 萬元。由此可見，在高校教室內采用智能照明系統(tǒng)，節(jié)能效果顯著。

4 結語

在我國大多數高校中，教室普遍采用開放式的管理方式，造成了能源嚴重浪費的問題。與一般照明場所相比而言，高校教室燈光設計較為嚴格，沒有智能化的照明控制系統(tǒng)，將浪費大量電能。本文以安徽某高校為例，對智能照明系統(tǒng)應用到高校照明系統(tǒng)中的節(jié)能效益進行了估算，計算結果表明節(jié)能效果顯著。

因此，智能照明控制系統(tǒng)可以在其他高校中推廣，這樣不僅可以提高高校照明系統(tǒng)的管理水平，而且可以為學校節(jié)省大量的電費。