學(xué)校教學(xué)樓的電能節(jié)能控制系統(tǒng)分析

1、學(xué)校教學(xué)樓的電能節(jié)能控制系統(tǒng)分析摘 要：大多數(shù)學(xué)校教學(xué)樓在使用電能過程中會出現(xiàn) 電能資源嚴(yán)重浪費現(xiàn)象，需要制定相關(guān)系統(tǒng)對其電能節(jié)能進 行有效的控制。文章通過對教學(xué)樓電能節(jié)能系統(tǒng)的原理與組 成進行講解，對系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計進行分析，并對系統(tǒng) 功能進行測試，以便對該系統(tǒng)進行了解，進而推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞：教學(xué)樓；電能節(jié)能控制系統(tǒng)；推廣1 學(xué)校教學(xué)樓電能節(jié)能控制系統(tǒng)的原理與組成 學(xué)校教學(xué)樓電能節(jié)能控制系統(tǒng)主要是由教學(xué)樓主控中 心單元、電井控制單元、教室節(jié)點單元與電能節(jié)能控制中心 單元等幾個方面組成。其中教學(xué)樓主控中心單元主要安裝在 每棟教學(xué)樓的配電房中，電井控制單元主要安裝在每棟教學(xué) 樓的配電電井中，

2、教室節(jié)點單元主要安裝在各個教室的供電 入口處或者開關(guān)控制處，電能節(jié)能控制中心單元主要安裝在 校園的配電管理中心。在使用手機或 PC 進行遠(yuǎn)程操控的時 候，需要借助 GPRS 或 WiFi 與電能節(jié)能控制中心連接與通 信，借助通信模式可以與各個單元部分進行通信與連接。該 系統(tǒng)的管理人員可以在 PC 或手機上安裝客戶端，對其進行 輸入指令與數(shù)據(jù)，選擇通信方式對其進行控制與管理 1 。2 電能節(jié)能控制系統(tǒng)硬件電路2.1 教學(xué)樓主控制中心單元硬件設(shè)計 在該單元的硬件設(shè)計中，其主要是用于對教學(xué)樓的集中 通電與斷電，可以借助時鐘與通信功能與微控制器連接，從 而對教學(xué)樓的供電狀態(tài)進行控制。在進行通信的時候，

3、需要 借助有線與無線通信來實現(xiàn)，在無線通信中可以借助網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)對數(shù)據(jù)與指令進行傳輸。在有線通信中主要是借助芯片來 完成 2。2.2 電井控制單元硬件設(shè)計 在電井控制單元中，主要是將主控制中心單元的控制信 號轉(zhuǎn)換為實施的裝置，以便對教學(xué)樓的某個電井提供斷電與 供電作用。該硬件主要是由微控制器、固態(tài)繼電器、通信與 交流接觸器組成。在通信中，需要分為有線與無線兩種，其 中有限與教學(xué)樓主控制中心單元進行通信，無線主要是跟節(jié) 點單元進行通信 3 。另外，微控制器需要確保內(nèi)部資源豐富， 以便支持2.95.5 V的供電，具備較強的抗干擾能力，從而 發(fā)揮出應(yīng)有的效果。在固態(tài)繼電器中，需要確保雙向可控制 硅的輸

4、出， 開啟零電壓， 關(guān)斷零點六， 隔離輸入與輸出回路， 并將隔離耐壓控制在 2 500 V 左右。微控制器主要是借助通 信功能接入教學(xué)樓主控制中心與節(jié)點單元的指令，并通過斷 開控制交流接觸器與固態(tài)繼電器的控制對供電情況進行管 理與控制 4 。2.3 教室節(jié)點單元硬件設(shè)計在對該硬件設(shè)備進行安裝與改造的時候，需要采用單火 線供電技術(shù)對其設(shè)計，其組成部分包括單火線開關(guān)電源、接 線端、線性穩(wěn)壓、無線通信、微控制器、繼電器驅(qū)動、多路 繼電器與檢測保護模塊等。其電壓為220 V，從輸入端接入到教師節(jié)點端，并分為兩組，一組作為取電處理，將其接入 到單火線開關(guān)電源與線性穩(wěn)壓中，并連接各個電路模塊對其 通電處理

5、。另外一組需要通過多路繼電器對室內(nèi)用電設(shè)備通 電處理 5 。在微控制器的選擇中需要確保質(zhì)量過關(guān)且價格相 對較低的型號，確保其資源豐富，并屬于目前流行的微處理 器。在繼電器中，控制線圈工作電壓需要設(shè)置為12 V，帶負(fù)載能力設(shè)置為10 A。在開關(guān)電源中，需要確保輸入電壓的范 圍寬廣，確保電路簡單，具備較小的空載電流，并且需要選 擇功耗較低且輸出直流電壓穩(wěn)定的型號 6。在線性穩(wěn)壓中， 需要確保具有較高的輸入直流電壓（最高為40 V），并且可以將其轉(zhuǎn)為低輸出直流電壓（ 3.3 V ） ，并且選擇的芯片需要 具備超低靜態(tài)電流。在無線通信中，需要具備較好的通信功 能，能夠快速獲取各個傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，以便

6、對其快速處 理與控制。 在觸摸開關(guān) ?路中需要采用電容式觸摸開關(guān)，有效地延長使用時間，并降低功耗。在對開關(guān)電路進行檢測的時 候，需要進行人數(shù)檢測與照度檢測，在教室多個位置安裝光 照度傳感器，以便節(jié)約電能。照度檢測可以對傳感器獲取的 數(shù)據(jù)進行控制，以便借助無線通信對其光照數(shù)據(jù)傳送到節(jié)點 單元微控制器中，并根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)對其進行控制。在對教室 用電設(shè)備進行管理的時候，需要增加人數(shù)檢測，安裝 ID 識 別功能，對教室的人數(shù)進行檢測，以便在人數(shù)離開教室后可 以對用電設(shè)備進行控制，節(jié)約用電 7 。2.4 電能節(jié)能控制中心單元硬件設(shè)計 在該硬件設(shè)計中，其主要設(shè)計目的是對教學(xué)樓的集中通 電與斷電時間進行控制，

7、 主要是借助通信、 時鐘、 GSM 等來 完成?？梢栽谠撚布O(shè)計中，添加日歷時鐘功能，以便將教 學(xué)樓通電與斷電時間數(shù)據(jù)存在其中， 用戶可以根據(jù)手機與 PC 在任意時間對教學(xué)樓的用電情況進行控制，設(shè)置完成后，電 能節(jié)能系統(tǒng)控制中心可以單獨工作。3 電能節(jié)能控制系統(tǒng)軟件3.1 教學(xué)樓主控中心單元軟件設(shè)計 在該單元軟件設(shè)計的時候，需要設(shè)計顯示與鍵盤驅(qū)動程 序，并將無線與有線通信程序、時鐘驅(qū)動程序等考慮在內(nèi)， 以便確保主控中心單元能夠正常運行。3.2 電井控制單元軟件設(shè)計 在該單元軟件設(shè)計的時候，需要確保硬件電路保持通電 工作狀態(tài)，以便對教學(xué)樓主控中心單元的指令進行實時接 收，并需要對指令進行分析，從

8、而對交流接觸器進行控制， 以便確保是否對該區(qū)域進行供電處理 8 。3.3 教室節(jié)點單元軟件設(shè)計 在該單元的軟件設(shè)計過程中， 主要是采用 C 語言編寫對各個程序模塊進行組成，模塊包括光照度傳感器驅(qū)動程序、 無線通信程序、檢測開關(guān)電路組網(wǎng)程序。 ID 讀卡驅(qū)動程序、 控制繼電器程序與觸摸開關(guān)檢測程序等。需要對這些軟件進 行優(yōu)化設(shè)計，以便確保教室節(jié)點單元能夠發(fā)揮出最大作用。3.4 電能節(jié)能控制中心單元軟件設(shè)計 在該單元軟件設(shè)計的時候，需要考慮到時鐘驅(qū)動程序、 US-ART 驅(qū)動程序、無線通信程序與 GSM 驅(qū)動程序的設(shè)計。 其可以通過 PC 與 USB 進行連接， 并且可以借助安裝的 APP 與 G

9、SM 功能與手機連接，將每個教學(xué)樓的各個區(qū)域電井?dāng)?電與通電需求進行合理控制，并通過主控中心單元的控制數(shù) 據(jù)與狀態(tài)和手機與 PC 端見連接，從而可以對教學(xué)樓的供電 狀態(tài)進行掌握與控制，并可以為學(xué)生查詢自習(xí)室的開放情況 提供條件。 4 電能節(jié)能系統(tǒng)功能測試在學(xué)校教學(xué)樓電能節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計完成之后，需要將 其安裝在教學(xué)樓中。學(xué)校管理人員需要對學(xué)校的斷電與通電 安排要求進行分析，以便可以將該系統(tǒng)與手機、 PC 連接， 從而可以借助手機與 PC 端對教學(xué)樓的電能節(jié)能控制系統(tǒng)進 行有效的管理與控制，合理安排教學(xué)樓的斷電與通電時間， 并對自習(xí)室的開放情況進行設(shè)置，從而可以將各項參數(shù)進行 統(tǒng)計， 并將其輸入

10、系統(tǒng)中， 開啟系統(tǒng)， 對其進行試運行處理。 可以借助調(diào)光燈對自然光照情況進行模擬，以便確保教室節(jié)點單元中的光傳感器能夠獲取光照度，并對照明供電進行測試。其中光照強度在10200 Lx的時候，允許供電處理，而 光照強度在200500 Lx的時候，則禁止供電。將電能節(jié)能 控制系統(tǒng)應(yīng)用在學(xué)校教學(xué)樓的用電設(shè)備中，可以取得較好的 節(jié)能效果 9 。并且這種節(jié)能方法符合國家對新堿、擴建與改 建建筑物一般照度標(biāo)準(zhǔn)值的規(guī)定。另外，在學(xué)校安裝該系統(tǒng) 中，對其單個控制單元的功耗情況進行測試，其中一個教室 節(jié)點單元空載功耗為 0.8 mA ，帶負(fù)載測試功耗為 1.1 mA； 而一個電井控制單元的空載測試功耗為 7.6

11、 mA ，帶負(fù)載功耗 為 14.2 mA ；一個教學(xué)樓主控中心單元的空載功耗為6.3 mA ；一個電能節(jié)能控制中心單元的空載功耗為 9.4 mA 。在教學(xué)樓 安裝該系統(tǒng)的時候， 需要根據(jù)學(xué)校的實際情況來安裝。 例如， 安裝一個電能節(jié)能控制中心單元， 5 個主控中心單元，而每 棟教學(xué)樓安裝 20 個節(jié)點單元，可以根據(jù)上述功耗情況進行 計算，在安裝該系統(tǒng)之前與安裝該系統(tǒng)之后，其每天需要消 耗的電能差異較大，可以為學(xué)校節(jié)省巨大的電能，從而可以 降低學(xué)校的電費成本，以便實現(xiàn)節(jié)能效果，并且可以節(jié)省學(xué) 校的日常開支。5 結(jié)語通過對學(xué)校教學(xué)樓用電設(shè)備使用的情況進行分析，為了 有效節(jié)省學(xué)校電能，可以在學(xué)校教學(xué)

12、樓安裝電能節(jié)能控制系 統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，通過借助通信技術(shù)、單火線技術(shù)與川農(nóng)干 起檢測技術(shù)等，可以實現(xiàn)該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。通過對該系統(tǒng) 的原理與組成進行分析，了解其硬件與軟件設(shè)計原理，并對 其功能進行檢測與試運行處理，可以了解到該系統(tǒng)通過手機 與 PC 端對學(xué)校教學(xué)樓的用電設(shè)備進行控制與管理，可以取 得較好的節(jié)能效果。并且該系統(tǒng)安裝簡便、結(jié)構(gòu)簡單且性能 較好，符合低碳環(huán)保與節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展要求，能夠為學(xué)校 節(jié)省一部分人力、物理資源，該系統(tǒng)具有較好的市場應(yīng)用前 旦 景。 參考文獻(xiàn) 1 劉龍，李鐘慎教學(xué)樓智能化節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計 J電 子測量與儀器學(xué)報， 2015（12）：187-188.2 李玉環(huán)， 秦文華， 周子力， 等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué) 樓電器智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 J. 計算機測量與控制， 20 1 6（ 2）： 122-123.3 劉智？D，陳華麗.教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)的智能化和可視化設(shè)計 J. 智能計算機與應(yīng)用， 2014（2）：103-104.4 王東波 .基于 DMX512 協(xié)議的照明控制系統(tǒng)設(shè)計 J. 杭州電子科技大學(xué)學(xué)報，2013（18）：114-115.5 張志，李琮琮，王平欣，等 .智能電能表 RS485 接口 設(shè)計方案綜述 J. 電測與儀表， 20 1 6（ 5）： 1 24- 1 25.6 陳征，劉開華 .基于 MSP430 的多用便攜式測量儀的設(shè)計J.電子測量技