CN208300097U - 一种高校教室节电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高校教室节电系统，包括教室终端和高校综合监管平台；所述教室终端包括载波通信模块、人体采集模块、单片机、开关电路、光照度采集模块和电源；所述载波通信模块一端与单片机串口连接，载波通信模块另一端与高校监管平台的通信模块通过电力线连接；所述人体采集模块、光照度采集模块、电源连接单片机的输入端；所述开关电路一端连接单片机的输出端，另一端与照明灯连接；所述高校综合监管平台包括LCD显示屏、主机和通信模块，所述通信模块与教室终端的载波通信模块通过电力线连接；本实用新型解决了用电的浪费问题，提高了用电率。

Description

一种高校教室节电系统

技术领域

本实用新型涉及电气控制技术领域，尤其涉及一种高校教室节电系统。

背景技术

长期以来，学校教室不管光线如何，室内人数多少，常常是所有灯全部打开，学生离开教室时也常常忘记随手关灯。学校曾采取过多种措施，号召同学们节约用电，工作人员定时开关灯，不定时监控，但仍不能很好地解决问题，每天大量的电能被白白浪费，给学校造成不必要的损失，教室节电成为急需解决的问题。另外，传统通信技术一般采用专门的数据传输介质，布线繁琐而造成浪费，令学校等用电单位额外产生很高的费用。

通过教室照明节能改造，采用现代信息技术进行管理，提高用电效率，将会进一步落实和推动我校节能工作的开展，同时为将来绿色低碳校园奠定基础。建设数字化节约型校园，是学校积极参与建设资源节约型、环境友好型社会的战略之举，是时代赋予大学生的历史使命，是共同应对我国资源相对紧缺、生态环境比较脆弱应担当的国家责任，是高校节约发展、科学发展、可持续发展的必然选择。因此亟需设计一种高校教室节电系统，该系统实现依据室内有无人员情况、室内光照度情况等信息，控制室内照明灯的开启或关闭，在人员全部离开教室后自动关灯，解决了用电的浪费问题，提高了用电率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高校教室节电系统，解决了用电的浪费问题，提高了用电率。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种高校教室节电系统，包括教室终端和高校综合监管平台；

所述教室终端包括载波通信模块、人体采集模块、单片机、开关电路、光照度采集模块和电源；

所述载波通信模块一端与单片机串口连接，载波通信模块另一端与高校综合监管平台的通信模块通过电力线连接；

所述人体采集模块和光照度采集模块连接单片机的输入端；所述电源一端连接220V电源线，另一端分别连接单片机和载波通信模块；所述开关电路一端连接单片机的输出端，另一端与照明灯连接；

所述高校综合监管平台包括LCD显示屏、主机和通信模块；所述LCD显示屏连接主机，所述主机与通信模块相连；所述通信模块与教室终端的载波通信模块通过电力线连接；

所述载波通信模块包括载波通信芯片和收发电路；所述载波通信芯片采用PL2102芯片，所述载波通信芯片一端与收发电路连接，另一端通过I²C接口与单片机连接，所述收发电路包括发射电路和接收电路，所述发射电路一端连接载波通信芯片PSK_OUT端口，所述接收电路一端连接载波通信芯片SIGin端口，发射电路与接收电路另一端均通过变压器与电力线耦合。

进一步地，所述单片机采用STC89C52单片机。

进一步地，所述发射电路包括电阻R8、R9和电容C1、C2；所述电容C1连接载波通信芯片PSK_OUT端口，电容C1另一端串联电阻R8，所述电阻R8另一端分别连接稳压二极管V1的正极和三极管Q4的基极，所述三极管Q4的发射极连接稳压二极管V1的负极，所述稳压二极管V1的负极分别连接三极管Q6的集电极、二极管D4的负极和发射电路的发射电压VHH，所述二极管D4正极连接二极管D5负极，所述二极管D5正极接地，所述三极管Q6的基极分别连接三极管Q4的集电极、三极管Q7的集电极和三极管Q5的集电极，所述三极管Q6的发射极分别连接电容C4和三极管Q7的发射极，所述电容C4另一端连接电感L1，所述电感L1另一端与变压器TZ低压侧连接，所述三极管Q7的集电极分别连接三极管Q5的发射极和稳压二极管V2的正极，所述三极管Q5发射极接地，所述稳压二极管V2和三极管Q5的基极同时连接电阻R9，所述电阻R9另一端连接电容C2，所述电容C2另一端与载波通信芯片PSK_OUT端口连接。

进一步地，所述接收电路包括瞬变电压抑制二极管D7、电容C5、电容C6和电感L2，所述瞬变电压抑制二极管D7和电阻R10串联，同时和电容C5和电容C6并联，所述电阻R10另一端与电容C3连接，所述电容C3另一端连接SIGin端口，所述电容C6和电感L2并联，所述电感L2和二极管D6并联，所述二极管D6与二极管D8并联，所述二极管D8正极与电容C3连接。

进一步地，所述人体采集模块包括热释电红外传感器和采集电路，所述热释电红外传感器采用RE200B；所述热释电红外传感器与墙体螺栓连接，所述热释电红外传感器的截面呈弧形，所述热释电红外传感器的感应距离小于7m；

所述采集电路包括NPN型三极管Q2和二极管D2，所述NPN型三极管Q2集电极连接热释电红外传感器VR1的Vin端口，所述NPN型三极管Q2基极连接电阻R5，所述电阻R5另一端连接热释电红外传感器VR1的Vout端口，所述NPN型三极管Q2的发射极分别连接单片机P0.1端口、二极管D2正极和电阻R6，所述二极管D2负极连接电阻R4，所述电阻R4另一端与电阻R6另一端和热释电红外传感器GND端口连接。

进一步地，所述光照度采集模块包括A/D转换芯片和转换电路；所述A/D转换芯片采用ADC0832芯片；所述转换电路包括光敏二极管R2和电阻R3，所述光敏二极管R2连接在ADC0832芯片的CH0与CH1接口之间，所述ADC0832芯片的D0、D1端口与单片机的P3.3端口连接，ADC0832芯片的CS 端口与单片机的P3.5端口连接，ADC0832芯片的CLK端口与单片机的P3.4端口连接。

进一步地，所述开关电路包括自动开关电路和人为强制开关电路；所述自动开关电路包括PNP型三极管Q1和继电器K1，所述PNP 型三极管Q1基极连接电阻R1，所述电阻R1另一端连接单片机端口P0.2，所述PNP型三极管Q1发射极连接Vcc，所述PNP型三极管Q1集电极连接继电器K1的线圈和二极管D1的负极，所述继电器K1的线圈的另一端连接二极管D1的正极，所述二极管D1 正极接地；所述人为强制开关电路包括单刀双掷开关K2和照明灯DS，所述单刀双掷开关K2一端连接继电器K1触点，所述继电器K1另一端连接220V电源线路，所述单刀双掷开关K2 另一端与照明灯DS连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型一种高校教室节电系统，通过人体采集模块和光照度采集模块再配合单片机非常简单便捷的实现对照明灯的控制，从而达到对电量的节省；所有教室终端都可向高校综合监管平台发送信息，系统采用PL2102作为载波通信芯片，将电力载波技术应用于校园节电系统，不用布置专门的控制线路，不仅节约了成本，也便于控制和管理；人体采集模块和光照度采集模块负责采集教室数据，并把采集到的数据输送给单片机，单片机通过载波通信芯片把数据发送到高校综合监管平台，高校综合监管平台接收到单片机发送过来的数据后，将各个教室终端人员信息和光照强度分别显示在LCD显示屏上，可以一个界面同时显示多窗口信息；在教室内安装人为强制开关可以实现对每个灯开关的人为控制，使该节电系统更加人性化，运用该高校教室节电系统，可远程监控，结合前沿技术，后续发展前景广阔，提升了高校的管理水平，实现照明系统自动化和信息化的管理，减少人工管理不到位的问题，实现5%~15%的节能效果。

附图说明

图1是本实用新型一种高校教室节电系统的结构示意图。

图2是本实用新型一种高校教室节电系统的载波通信模块原理图。

图3是本实用新型一种高校教室节电系统的热释电红外传感器结构示意图。

图4是本实用新型一种高校教室节电系统的单片机控制原理图。

附图中标号为：1为教室终端，2为高校综合监管平台，3为热释电红外传感器，101为载波通信模块，1011为发射电路，1012为接收电路，102为人体采集模块，1021为采集电路，103为单片机，104为开关电路，1041为自动开关电路，1042为人为强制开关电路，105光照度采集模块，1051为转换电路，106电源，201为LCD显示屏，202为通信模块，203为主机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细描述。

如图1所示，一种高校教室节电系统，包括教室终端1和高校综合监管平台2；所述教室终端1包括载波通信模块101、人体采集模块102、单片机103、开关电路104、光照度采集模块105和电源106；所述载波通信模块101一端与单片机103串口连接，载波通信模块101另一端与高校综合监管平台2的通信模块202通过电力线连接。

所述人体采集模块102和光照度采集模块105连接单片机103的输入端；所述电源106一端连接220V电源线，另一端分别连接单片机103和载波通信模块101；所述开关电路104一端连接单片机103的输出端，另一端与照明灯连接。

所述高校综合监管平台2包括LCD显示屏201、主机203和通信模块202；所述LCD显示屏201连接主机203，所述主机203与通信模块202相连；所述通信模块202与教室终端1的载波通信模块101通过电力线连接。

所述教室终端1，用于采集各教室的人员和光照信息，并将所收集的信息反馈至高校综合监管平台2的通信模块202；所述通信模块202，包含载波通信，同样可使用PL2102芯片，用于接收所有教室终端1的载波通信模块101发来的数据，并通过低压电力线载波实现与高校综合监管平台2之间的通信；所述高校综合监管平台2，用于接收教室终端1的采集信息，通过分析得出控制开关数量并在LCD显示屏201进行显示，根据教室人员和光照情况下达调控指令至教室终端1。

如图2所示为载波通信模块原理图，所述载波通信模块101包括载波通信芯片和收发电路；所述载波通信芯片一端与收发电路连接，另一端通过I²C接口与单片机103连接，所述收发电路包括发射电路1011和接收电路1012，所述发射电路1011一端连接载波通信芯片PSK_OUT端口，所述接收电路1012一端连接载波通信芯片SIGin端口，发射电路1011与接收电路1012另一端均通过变压器与电力线耦合。

所述单片机103采用STC89C52单片机，载波通信芯片采用PL2102芯片，单片机103作为微型控制器，负责控制载波通信模块101，所述PL2102芯片将载波信号解调后输出，同时HEAD引脚给单片机103终端信号，所述单片机103接收到中断信号后产生中断，进而接收RXD_TXD输出的信号，根据指令执行相应的操作；所述收发电路包括发射电路1011和接收电路1012，所述发射电路1011和接收电路1012一端连接载波芯片PSK_OUT端口与SIGin端口，另一端通过变压器与电力线耦合；所述发射电路1011包括电阻R8、R9和电容C1、C2；所述电容C1连接载波通信芯片PSK_OUT端口，所述电容C1另一端串联电阻R8，所述电阻R8另一端分别连接稳压二极管V1的正极和PNP型三极管Q4的基极，所述三极管Q4的发射机连接稳压二极管V1的负极，所述稳压二极管V1的负极分别连接NPN型三极管Q6的集电极、二极管D4的负极和VHH，所述二极管D4正极连接二极管D5负极，所述二极管D5正极接地，所述三极管Q6的基极分别连接三极管Q4的集电极、PNP型三极管Q7的基极和NPN型三极管Q5的集电极，所述三极管Q6的发射极分别连接电容C4和三极管Q7的发射极，所述电容C4另一端连接电感L1，所述电感L1另一端与变压器TZ低压侧连接，所述三极管Q7的集电极分别连接三极管Q5的发射极和稳压二极管V2的正极，所述三极管Q5发射极接地，所述稳压二极管V2和三极管Q5的基极同时连接电阻R9，所述电阻R9另一端连接电容C2，所述电容C2连接载波通信芯片PSK_OUT端口。

所述接收电路1012包括瞬变电压抑制二极管D7、电容C5、电容C6和电感L2，所述瞬变电压抑制二极管D7和电阻R10串联，同时和电容C5和电容C6并联，所述电阻R10另一端与电容C3连接，所述电容C3另一端连接SIGin端口，所述电容C6和电感L2并联，所述电感L2和二极管D6并联，所述二极管D6与二极管D8并联，所述二极管D8正极与电容C3连接。

所述电源106输入AC220V电压，输出+5V给单片机103部分供电，输出+12V给载波通信模块101的收发电路供电，在主电源掉电的情况下，载波通信芯片PL2102也可由+3V备用电池供电；所述收发电路包括接收电路1012和发射电路1011，所述接收电路1012主要包括：D7顺变电压抑制二极管，防止过大电流损坏电路，电容C5、电容C6和电感L2组成并联谐振模块，主要对120KHz信号进行选频，也可对微小的输入信号进行放大；所述发射电路1011部分主要包括：电容C4、电感L1用于发射电流和波形的调整，另外由于线圈带载能力的局限性，发射电流和波形的改变将改变发射功率和自损，发射功率与发射电压VHH成正相关，由于发射电压增高会导致晶体管自身损耗增加，所以一般选择发射电压为10~18V。

如图3和图4所示，所述人体采集模块102包括热释电红外传感,3和采集电路1021，所述热释电红外传感器3与墙体螺栓连接，所述热释电红外传感器3的截面呈弧形，所述热释电红外传感器3的感应距离小于7m；

作为一种可实施方式，所述的热释电红外传感器3采用尼赛拉公司生产的型号为RE200B的传感器。

所述采集电路1021包括NPN型三极管Q2和二极管D2，所述NPN型三极管Q2集电极连接热释电红外传感器3VR1的Vin端口，所述NPN型三极管Q2基极连接电阻R5，所述电阻R5另一端连接热释电红外传感器3VR1的Vout端口，所述NPN型三极管Q2的发射极分别连接单片机103的P0.1端口、二极管D2正极和电阻R6，所述二极管D2负极连接电阻R4，所述电阻R4另一端与电阻R6另一端和热释电红外传感器3的GND端口连接。

所述光照度采集模块105包括A/D转换芯片和转换电路1051；所述A/D转换芯片采用ADC0832芯片；所述转换电路1051包括光敏二极管R2和电阻R3，所述光敏二极管R2连接在ADC0832芯片的CH0与CH1接口之间，所述ADC0832芯片的D0、D1端口与单片机103的P3.3端口连接，ADC0832芯片的CS 端口与单片机103的P3.5端口连接，ADC0832芯片的CLK端口与单片机103的P3.4端口连接。

所述开关电路104包括自动开关电路1041和人为强制开关电路1042；所述自动开关电路1041包括PNP型三极管Q1和继电器K1，所述PNP 型三极管Q1基极连接电阻R1，所述电阻R1另一端连接单片机端口P0.2，所述PNP型三极管Q1发射极连接Vcc，所述PNP型三极管Q1集电极连接继电器K1的线圈和二极管D1的负极，所述继电器K1的线圈的另一端连接二极管D1的正极，所述二极管D1 正极接地；所述人为强制开关电路1042包括单刀双掷开关K2和照明灯DS，所述单刀双掷开关K2一端连接继电器K1触点，所述继电器K1另一端连接220V电源线路，所述单刀双掷开关K2另一端与照明灯DS连接。在教室内安装人为强制开关可以实现对每个灯开关的人为控制，使该节电系统更加人性化。

所述教室终端1分别安装在每个教室的电气控制区域内，利用低压电力载波通信模块101将每个教室终端1组成网络，实现校园全覆盖；载波通信模块101能充分利用现有的电力线资源，即利用电力线进行载波通信，实现信息的传输或遥控，具有很好的应有价值。

光敏二极管采集光照信息，经过转换电路1051进行模数转换，把采集到的光照信息发送给单片机103，同时热释电红外传感器3采集人员信息，经过采集电路1021发送给单片机103，单片机103接收到采集信号后，首先判断是否达到光线强度临界值98，然后判断教室人员密度，根据教室光照强度和人员信息来确定是否开关灯和开关灯数量，单片机103对开关电路104发出信号，自动开关电路1041继电器K1发出动作，每个教室设有人为强制开关，若有需要，可对照明灯进行强制动作，动作之后，单片机103把教室的开关灯信息发送给载波通信模块101，PL2102芯片收到信号后，进行调制，调制完成后经过发射电路1011通过电力线发送给高校综合监管平台2的通信模块202，通信模块202通过接收电路1012把信号进行解调，解调之后信息经过主机203在LCD显示201上进行显示，管理人员通过直观的数据来了解各个教室以及整个学校的开关灯数量和用电情况，根据具体情况制定具体用电方案，进行个性化、智能化操作，然后再利用通信模块202和各个教室载波通信模块101进行通讯，把信息反馈给单片机103，单片机103再根据具体信息反馈进行实时控制。

其中，光敏二极管感受光的强度，根据光强度的不同电阻值发生变化，其两端的电压发生改变，通过检测光敏二极管两端的电压V，根据公式V=Vcc* a/256（Vcc电压为5V，256为A/D转换电路的分辨率，a为显示屏显示采集数值）来对光线采集的数据进行处理，如表1所示，经过多次反复测试，选取显示数值98作为判断光线强度的较为合适的数字临界点，低于该临界点值，光照度采集模块105输出信号给单片机103，单片机103发出开启照明设备的信号；高于该临界值时，光照度采集模块105输出信号给单片机103，单片机103发出关闭照明设备的信号。

表1显示的采集数值与电压的关系

时间	6点	7点	9点	11点	15点	17点	18点	20点
									显示数	81	110	150	240	238	190	138	73
电压（V）	1.58	2.14	2.92	4.68	4.64	3.71	2.69	1.42

在本实施例中，高校综合监管平台2采用的是信阳师范学院已经开发及应用的能源监管平台；本实用新型投入使用后，通过能源监管平台的管理统计，教室用电实现了5%-15%的节能量。

以上所述之实施例，只是本实用新型的较佳实施例而已，并非限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。

Claims (8)

1.一种高校教室节电系统，其特征在于，包括教室终端（1）和高校综合监管平台（2）；

所述教室终端（1）包括载波通信模块（101）、人体采集模块（102）、单片机（103）、开关电路（104）、光照度采集模块（105）和电源（106）；

所述载波通信模块（101）一端与单片机（103）串口连接，载波通信模块（101）另一端与高校综合监管平台（2）的通信模块（202）通过电力线连接；

所述人体采集模块（102）和光照度采集模块（105）连接单片机（103）的输入端；所述电源（106）一端连接220V电源线，另一端分别连接单片机（103）和载波通信模块（101）；所述开关电路（104）一端连接单片机（103）的输出端，另一端与照明灯连接；

所述高校综合监管平台（2）包括LCD显示屏（201）、主机（203）和通信模块（202）；所述LCD显示屏（201）连接主机（203），所述主机（203）与通信模块（202）相连；所述通信模块（202）与教室终端（1）的载波通信模块（101）通过电力线连接。

2.根据权利要求1所述的一种高校教室节电系统，其特征在于，所述载波通信模块（101）包括载波通信芯片和收发电路；所述载波通信芯片采用PL2102芯片，载波通信芯片一端与收发电路连接，另一端通过I²C接口与单片机（103）连接，所述收发电路包括发射电路（1011）和接收电路（1012），所述发射电路（1011）一端连接载波通信芯片PSK_OUT端口，所述接收电路（1012）一端连接载波通信芯片SIGin端口，发射电路（1011）与接收电路（1012）另一端均通过变压器与电力线耦合。

3.根据权利要求1所述的一种高校教室节电系统，其特征在于，所述单片机（103）采用STC89C52单片机。

4.根据权利要求2所述的一种高校教室节电系统，其特征在于，所述发射电路（1011）包括电阻R8、R9和电容C1、C2；所述电容C1连接载波通信芯片PSK_OUT端口，电容C1另一端串联电阻R8，所述电阻R8另一端分别连接稳压二极管V1的正极和三极管Q4的基极，所述三极管Q4的发射极连接稳压二极管V1的负极，所述稳压二极管V1的负极分别连接三极管Q6的集电极、二极管D4的负极和发射电路（1011）的发射电压VHH，所述二极管D4正极连接二极管D5负极，所述二极管D5正极接地，所述三极管Q6的基极分别连接三极管Q4的集电极、三极管Q7的集电极和三极管Q5的集电极，所述三极管Q6的发射极分别连接电容C4和三极管Q7的发射极，所述电容C4另一端连接电感L1，所述电感L1另一端与变压器TZ低压侧连接，所述三极管Q7的集电极分别连接三极管Q5的发射极和稳压二极管V2的正极，所述三极管Q5发射极接地，所述稳压二极管V2和三极管Q5的基极同时连接电阻R9，所述电阻R9另一端连接电容C2，所述电容C2另一端与载波通信芯片PSK_OUT端口连接。

5.根据权利要求2所述的一种高校教室节电系统，其特征在于，所述接收电路（1012）包括瞬变电压抑制二极管D7、电容C5、电容C6和电感L2，所述瞬变电压抑制二极管D7和电阻R10串联，同时和电容C5和电容C6并联，所述电阻R10另一端与电容C3连接，所述电容C3另一端连接SIGin端口，所述电容C6和电感L2并联，所述电感L2和二极管D6并联，所述二极管D6与二极管D8并联，所述二极管D8正极与电容C3连接。

6.根据权利要求1所述的一种高校教室节电系统，其特征在于，所述人体采集模块（102）包括热释电红外传感器（3）和采集电路（1021），所述热释电红外传感器（3）外部壳体与教室墙体螺栓连接，所述热释电红外传感器（3）外部壳体的截面呈弧形，所述热释电红外传感器（3）的感应距离小于7m；

所述采集电路（1021）包括NPN型三极管Q2和二极管D2，所述NPN型三极管Q2集电极连接热释电红外传感器（3）VR1的Vin端口，所述NPN型三极管Q2基极连接电阻R5，所述电阻R5另一端连接热释电红外传感器（3）VR1的Vout端口，所述NPN型三极管Q2的发射极分别连接单片机（103）P0.1端口、二极管D2正极和电阻R6，所述二极管D2负极连接电阻R4，所述电阻R4另一端与电阻R6另一端和热释电红外传感器（3）的GND端口连接。

7.根据权利要求1所述的一种高校教室节电系统，其特征在于，所述光照度采集模块（105）包括A/D转换芯片和转换电路（1051）；所述A/D转换芯片采用ADC0832芯片；所述转换电路（1051）包括光敏二极管R2和电阻R3，所述光敏二极管R2连接在ADC0832芯片的CH0与CH1接口之间，所述ADC0832芯片的D0、D1端口与单片机（103）的P3.3端口连接，ADC0832芯片的CS端口与单片机（103）的P3.5端口连接，ADC0832芯片的CLK端口与单片机（103）的P3.4端口连接。

8.根据权利要求1所述的一种高校教室节电系统，其特征在于，所述开关电路（104）包括自动开关电路（1041）和人为强制开关电路（1042）；所述自动开关电路（1041）包括PNP型三极管Q1和继电器K1，所述PNP型三极管Q1基极连接电阻R1，所述电阻R1另一端连接单片机（103）端口P0.2，所述PNP型三极管Q1发射极连接Vcc，所述PNP型三极管Q1集电极连接继电器K1的线圈和二极管D1的负极，所述继电器K1的线圈的另一端连接二极管D1的正极，所述二极管D1正极接地；所述人为强制开关电路（1042）包括单刀双掷开关K2和照明灯DS，所述单刀双掷开关K2一端连接继电器K1触点，所述继电器K1另一端连接220V电源线路，所述单刀双掷开关K2 另一端与照明灯DS连接。