基于照度监测的教室照明系统设计

方案就是利用照度监测器来代替光电二极管。

1 方案设计

现存的声光控开关普遍利用光电二极管和话筒作为传感器，共同控制电路[3]。光电二极管具有在光线较强时，电阻值较低，而在光线较暗时则电阻较大的特点。由于光电二极管的电阻值变化不是连续的，因此在靠近临界点时，容易造成控制系统的不稳定[4]。因此，如何提高系统在光线临界状态的稳定性，是设计的重点所在。本系统采用照度监测器来达到提高系统稳定性的目的。照度监测器能够检查照度是否合乎要求，按照国家教委和卫生部等单位颁发的《保护学生视力工作实施办法（试行）》，每个桌面的照度不低于100Lx[5]。

目前使用的大部分声光控开关由于在临界状态时性能不稳定，经常造成误启动，或光线较暗时不启动现象。这可通过加装照度监测器来改进开关控制电路的设计，并可通过改变电路中电位器参数，达到不同的延时时间，以此控制荧光灯的工作时间。

所设计的照明系统可通过照度监测器和声光控开关来共同控制。在桌面照度高于100Lx时，即使声控开关处于导通状态，也不能使线路闭合；如果桌面照度低于100Lx，照明电路的导通与否，就由声控开关来控制。这样既可以保证光线变暗时充分地照明，又不会造成电能的浪费。照明系统的设计方案框图如图1所示。

2 系统设计与制作

照明系统的开关电路主要由照度监测器模块和声光控开关模块[6]组成。

2.1 照度监测器模块

照度监测器模块如图2所示，表1对图中的各元器件进行了说明：

其工作原理为：

如果所在环境的光线较暗，则电路的工作流程如图3所示，其中符号“↓”表示所对应的值减小，符号“↑”表示所对应的值增加。

图3所示的一系列工作流程最终使LED2通电点亮，发出有警报作用的闪亮红光，用来提示此时所在环境的光线过暗，不适宜工作学习。

相反的，如果所在环境的光线比较强，则电路的工作流程如图4所示。

图4所示的一系列工作流程最终使LED1通电点亮，发出绿光，相反地，LED2熄灭，表明此时所在环境的光线较强，适宜在此环境下工作学习。

2.2 声光控开关模块

声光控开关模块电路如图5所示，其中电路图中的核心器件为集成的时基电路NE555（IC），构成暂稳态电路。

图5所示电路的工作原理为：

白天时，光线较强，光电二极管VD1的阻值减小，从而引起图5电路发生如图6的一系列变化。

IC被强制复位后，其第3脚的输出为低电平。这时若驻极体传声器BM能够接收到声音，双向晶闸管VS也无法获得触发信号，为断开截止的状态，灯泡LAMP无法通电点亮。

夜晚时，光线很弱，几乎没有光线照射到光电二极管VD1上，因此VD1阻值增大，则图5所示电路发生图7的一系列变化。

此时由于IC的强制复位消除，因此当驻极体传声器BM接收到声音时，电路发生图8所示的变化。

2.3 系统总电路图

教室照明系统电路的总设计如图9所示。

3 系统调试

3.1 照度监测器模块调试

准备好一只照度计，一般用调节灯具的电源电压或移动光源的距离获得100Lx照度。如无照度计，可用15W白炽灯作为电源，离灯泡0.3m处的照度大约为100Lx（应避免周围有其他光源），此方法只能作为估测。

对闪烁式监测器可将它置于100Lx标准照度下，RP阻值由大逐渐调小，调试开始时LED1应发光，LED2不发光。在RP逐渐调小时，调到某一位置上，LED2恰好闪闪发光。保持RP不变，增大光照，LED1应该发光，LED2不亮；减弱光照，LED1熄灭，LED2发醒目的闪光。此时认为RP已调好，可用火漆封固电位器RP，使其不再变动[7]。

对扬声式监测器，将它放在100Lx照度处，此时扬声器应无声，如有声，把R1换成10K电阻再调节RP，如仍有声，再增大R1，调整RP，直到扬声器停唱为止，反复调节直到在100Lx照度下处于有声与无声的临界点。

3.2 声光控开关模块调试

对于声光控开关模块，考虑到安全问题，应该采用较低的电压进行试验。这样既可以保护电路，同时可以检验该模块是否能够正常工作。

3.3 系统调试

在计算机上利用仿真软件Altium designer分别调试完两个模块，然后将声光控开关模块中的光电二极管换为照度监测器模块，即用照度监测器模块代替光电二极管起到开关作用。继续完成调试工作。

4结论

利用照度监测器替代光电二极管，可以改进教室照明系统中声光控开关的性能，提高了开关的稳定性，使开关的闭合动作更加符合实际照明的需求。改变了原有控制开关误开或误关概率较大的情况，节约了教室照明电能，同时也能满足照明。

参考文献：

[1] 陈丹.智能照明系统在现代建筑照明中的应用研究[J].成都信息工程学院学报， 2007， 22（6）： 735-738

[2] 郭兴军.一种简单声光自控延时开关[J].中国现代教育装备，2006（1）：44-45.

[3] 黄锦康. 基于单片机的室内灯光照度控制系统设计与实现[J]. 黑龙江科学，2014，5（3）：37.

[4] 王雪晴.照明路灯控制器设计研究[J].中国高新技术企业，2013（1）：41-42.

[5] 教育部. 保护学生视力工作实施办法（试行）[J]. 学校体育，1982（2）：2-3.

[6] 刘和剑， 陆轩剑.学校照明系统节能控制器的设计[J]. 自动化应用，2013，34（9）：34-36.

[7] 视力保护测光器电路原理图[N/OL].电子产品世界：2009-09-10.http：//diagram.eepw.com.cn/diagram/circuit/cid/142/cirid/18186.