大型商场照明供电节能系统

陈杨　张玉婷　闫哲　张春光

摘要：随着现代经济的日益发展，节能减排已经成为一个不可忽视的社会问题。而大中型百货商场作为公共建筑中的一种，其建筑面积大的特点导致照明用电的消耗也随之增加。本文介绍了一种利用商场固有特点控制供电的装置，即利用商场内声音强度及自然光强弱两个维度进行判断分析进而控制供电输出，以完成节能减排的目的。本设计以成本低廉，性能稳定，功耗低，安全可靠为出发点对系统进行了合理设计，并通过实际实验验证了系统的可行性。

关键词：照明系统；节能减排；声光信号

中图分类号：TM923 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）09-0178-01

1 前言

大型百货商场作为公共建筑中的一种，由于建筑面积大，各种照明、电器密度很高。大型商场一般每天运行12个小时以上、全年基本没有节假日，因此大型百货商场的节能减排是有必要的。本文针对大型百货商场的照明供电进行节能设计，利用自然光强弱情况和声音大小两个自然因素控制商场照明系统，达到节能的需求。

2 系统总体设计

2.1 结构分析

本系统主要设计方案分成六个部分，分别为传感器模块、电信号调理电路模块、核心控制MCU模块、控制电路、显示屏模块及独立按键输入模块。其中，由传感器模块将光信号、声信号转换成电信号，经过调理电路转换成相对可读的电信号。再由MCU通过AD转换读取这些电信号进行相应处理后输出相对应的控制信号，通过外部控制电路完成对供电电源的控制目的。同时，MCU可通过显示屏实时显示各参数值，用户也可根据现实具体情况通过预留的独立按键手动控制系统。

2.2 各模块功能介绍

2.2.1 信号采集部分

信号采集包括声信号采集和光信号采集，即利用传感器将声信号和光信号转换成电信号；声信号采集使用驻极体话筒将声信号转换成电信号；光信号采集使用光敏电阻。

2.2.2 电信号调理电路

由驻极体话筒产生的电信号强度较小，本设计使用LM358运放组成的放大电路放大200倍。实际测量中，本设计供电电压为5V，此处输出电压范围为0V-3.3V；由光敏电阻产生的电信号幅值较大，实际中输出电压范围为0.5V-4.5V，可直接采样无需调理电路。

2.2.3 核心控制MCU模块

本设计使用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片。它内部集成了2路PWM硬件输出模块，可做为控制信号输出，另有自带内部8路高速10位A/D转换模块，可令系统省去传统的外部AD采样模块，降低电路复杂程度，提高系统稳定性，同时节约了成本。以上特点均完美符合设计要求，因此选用MCU-STC12C5A60S2作为本系统的核心控制单元。

2.2.4 控制电路

STC12C5A60S2单片机自带的两路PWM输出信号通过晶闸管或继电器以控制供电电路输出，完成全部控制系统。

2.2.5 显示及按键模块

显示部分使用LCD1602模块，主要用于显示当前声信号强度和光照强度。按键模块则用于手动控制与自动控制的切换。

3 系统软件设计

3.1 AD采样程序

STC12C5A60S2单片机自带的ADC转换口在P1口，其中P1.3、P1.4作为控制信号输出，P1.0作为光信号采样口，P1.1、P1.2、P1.5、P1.6、P1.7作为各监测点声信号采样口。

3.2 信号处理程序

利用定时器将ADC采样所得的声信号电压值每0.05s保存一次，每记满20次取一次平均值作为当前声音的对应电压，经过与分贝记对比得到电压与分贝间的线性关系。再根据具体应用环境在程序中设置一个音量阀值，通过采集到的数据和该阀值比较得出声音强弱，得出相应的控制信号；利用硬件特点用百分比表示光照强度。将采样值除以基准电压5V，得到采样值与基准電压的比值作为光照强度，处理方法与声信号相同。

3.3 输出信号程序

STC12C5A60S2单片机有内部集成的可编程计数器阵列。通过改变寄存器CCAP0L、CCAP0H的值可输出相应占空比的PWM波。

参考文献

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