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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，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，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2.9~5.5V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2500V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220V，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。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12V，帶負載能力設(shè)置為10A。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40V），并且可以將其轉(zhuǎn)為低輸出直流電壓（3.3V），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)，以便對其快速處理與控制。在觸摸開關(guān)電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，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GSM功能與手機連接，將每個教學(xué)樓的各個區(qū)域電井斷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，并將其輸入系統(tǒng)中，開啟系統(tǒng)，對其進行試運行處理?？梢越柚{(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10~200Lx的時候，允許供電處理，而光照強度在200~500Lx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準值的規(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0.8mA，帶負載測試功耗為1.1mA；而一個電井控制單元的空載測試功耗為7.6mA，帶負載功耗為14.2mA；一個教學(xué)樓主控中心單元的空載功耗為6.3mA；一個電能節(jié)能控制中心單元的空載功耗為9.4mA。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)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)用前景。

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作者:張金華 單位:南京師范大學(xué)