CN101711079B - 教室照明无线检测与控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种教室照明无线检测与控制装置及方法。该装置由一个无线光照控制器(1)和一个无线光照检测器(2)配对使用，每组日光灯管(3)配置一对无线光照控制器(1)和无线光照检测器(2)。本发明能够通过无线方式检测教室课桌坐位上照度，与设定的照度下限L₀和照度上限L₁比较，并结合课桌坐位上是否有人，实现对坐位上方的照明灯进行开启和照度控制，安装配置方便灵活，能够分区域闭环控制照明灯，节约电能，同时防止日光灯管频繁开、关，影响日光灯工作寿命。

Description

教室照明无线检测与控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种教室照明无线检测与控制装置及方法，属于照明控制技术领域，主要用于对教室照明环境的无线检测和照度的无线控制，实现教室照明节能化和绿色化。

背景技术

教室照明环境已成为影响教学质量及学习效率的重要因素之一，引起越来越多的人的关注。一般教室照明灯根据人眼对照度检测判断进行手动开和关，由于节能意识淡薄和管理方法的缺陷，教室长期大量存在的“长明灯”现象，造成大量能源的浪费，同时，由于人眼对照度检测判断上误差，该开灯时没有开，不需要开灯时开过多灯，导致教室照度的不适又会影响到教师、学生的用眼健康。

为此，目前出现多种教室照明调光技术和产品，如教室照明节能智能控制系统(实用新型专利200820075481.2)，由光电辨向探测电路、磁控探测电路、微控制器、显示器电路及照明灯电路构成，采用主动式近红外直射辨向探测器技术来动态检测教室的实际人数，采用磁敏传感技术检测座位上是否有人，微控器根据教室人数的多少分区域控制照明灯，有人区域必须人数坐满后再来人方可开启新区域的照明灯，实现人多多开灯，人少少开灯，防止人少时分坐在几个不同区域时开启多个区域照明灯造成用电浪费。其不足是没有根据教室内照度的变化控制照明灯，仍然存在该开灯时没有开，不需要开灯时开过多灯问题。同时由于布线不便，分区域控制照明灯实施困难。

又如，远红外感应节电装置，利用远红外技术实施对教室照明的每组灯进行智能化细化控制，当白天室内照度达标使，不开灯，室内无人灯自灭，在室内照度不达标需要开启照明时，根据学生坐落的位置自动开启相应的照明灯，实现了教室照明无人化自动控制管理；教室照明监控器(发明专利200810235933.3)，通过光学系统采集选定的检测范围内的光能量并传递到光电检测元件，检测系统将检测信号与设定的阈值进行比较，并根据比较结果作出照明恰当、照明不足或照明过度等检测结论，根据得出的检测结论作出相应开、关灯提示；惠州大景调光控制有限公司的智能照明控制系统，采用分布式、总线型结构，系统中的每一个可调光电子镇流器均有自己的控制、存储单元，各种感应器和控制面板、遥控接收器可直接连到镇流器上，当感应器状态变化或有键按下时，所连的镇流器会按照系统配置时确定的控制策略，通过总线发出命令，做出调光或开关动作，从而实现场景控制、感应控制等控制方式。

以上技术和产品都能够根据教室内光照的变化控制照明灯，但存在共同问题是均采用有线方式检测光照度，由于教室内光照是否合适是以课桌面光照为准，课桌与灯光控制器之间是不允许布线，因此只能间接检测课桌面光照度，与实际情况存在一定误差，导致照明灯控制不准确，难于实现分区域控制照明灯。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题和不足，公开一种教室照明无线检测与控制装置及方法，能够通过无线方式检测教室课桌坐位上照度，与设定的照度下限L₀和照度上限L₁比较，并结合课桌坐位上是否有人，实现对坐位上方的照明灯进行开启和照度控制。

本发明所需要解决的问题是通过如下的技术方案实现的：由一个无线光照控制器和一个无线光照检测器配对使用，每组日光灯管配置一对无线光照控制器和无线光照检测器。

本发明所述的无线光照控制器包括无线单片机nRF9E5通信模块、人体红外传感器及其检测电路、光电耦合器、D/A转换器、可调光电子镇流器及驱动电路、供电模块组成；人体红外传感器及其检测电路输出位数字信号，经过光电耦合器光电隔离后，通过输入端口与无线单片机nRF9E5通信模块相连，无线单片机nRF9E5通信模块数字量控制信号通过输出端口与D/A转换器相连，输出模拟控制信号，通过驱动电路驱动可调光电子镇流器工作，供电模块采用9伏电源供电，通过LM317稳压电路，产生3伏和5伏，给无线单片机、传感器和其它器件供电。

本发明所述的无线光照检测器包括无线单片机nRF9E5通信模块、照度传感器及其检测电路、供电模块组成；照度传感器及其检测电路输出模拟量信号，通过模拟量端口与无线单片机nRF9E5通信模块相连，通过其内部A/D转换器采集照度值，供电模块采用9伏干电池供电，通过LM317稳压电路，产生3伏和5伏，给无线单片机、传感器和其它器件供电。

本发明通过无线光照控制器和无线光照检测器设定、控制与检测，具体包括两方面内容：

1)在照明灯未开启状态下，检测日光灯管下方课桌坐位是否有人：原来没有人，当新出现人并达到t₀时间，检测日光灯管下方课桌上照度，当照度不足照度下限L₀时，则开启照明灯半亮度状态；如原来没有人，现仍然没有人出现，或者新出现人，但课桌上照度超过照度下限L₀时，不作任何处理；

2)在照明灯已启动状态下，检测日光灯管下方课桌坐位是否有人：当现在没有人，原来人离开长达t₁时间仍然没有返回，则关灯；现在有人，检测日光灯管下方课桌上照度，当照度在照度下限L₀和照度上限L₁范围之内，则保持照明灯亮度不变；当照度仍然低于照度下限L₀时，再加大照明灯照度到能够控制余量的一半；当照度高于照度上限L₁时，减小照明灯照度一半

本发明所述的无线光照控制器工作流程为：1)软硬件初始化，设定参数有照度下限L₀、照度上限L₁，新出现人开启照明灯延迟时间t₀，人员离开关照明灯延迟时间t₁；2)照明灯下人体红外检测与有无判断程序，通过读取红外传感器检测电路得到信号，判断照明灯下讲台旁、课桌坐位上有无人；3)照明灯下讲台课桌表面照度值采集获取，通过与无线照度检测器无线通信，获取照明灯下讲台、课桌表面照度值；4)讲台旁坐位上新出现人照明灯启动，在新出现人延迟时间t₀后，当照明灯下讲台课桌表面照度值小于照度下限L₀时，开启照明灯半亮度，否则，不开灯；5)讲台旁坐位上人离开关照明灯，在照明灯已经开着情况下，讲台旁、课桌坐位上人离开时间达到时间t₁后，关照明灯；6)讲台旁坐位上有人照明灯照度调节。在照明灯已经开着且讲台旁、课桌坐位上有人情况下，当照明灯下讲台课桌上表面照度值小于照度下限L₀，控制加大照明灯照度到能够控制余量的一半；当照度大于照度上限L₁，控制减小照明灯照度一半；否则，照明灯照度不变。

本发明所述的无线光照检测器工作流程为：1)软硬件初始化；2)接受判断无线光照控制器的采集照度命令程序；3)采集照度传感器信息程序；4)向无线光照控制器无线发送照度信息程序。

本发明的有益效果是：安装配置方便灵活，能够分区域闭环控制照明灯，节约电能，同时防止日光灯管频繁开、关，影响日光灯工作寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明

图1是本发明的教室照明无线检测与控制装置的安装平面示意图

图2是本发明的无线光照控制器的结构框图

图3是本发明的无线光照控制器的工作流程图

图4是本发明的无线光照检测器的结构框图

图5是本发明的无线光照检测器的工作流程图

在图中，1无线光照控制器，2无线光照检测器，3日光灯管，4课桌，5讲台，6教室门，7教室窗户，8黑板。

具体实施方式

以一般普通教室(2间45平方米左右)为例，装配11组日光灯管3(每组2支80W，共22支)，对本发明具体实施进行说明。

如图1所示，本发明所述的教室照明无线检测与控制装置，包括一个无线光照控制器1和一个无线光照检测器2配对使用，在课桌4、讲台5、教室门6、教室窗户7以及黑板8区域，每组日光灯管3配置一对无线光照控制器1和无线光照检测器2。

如图2所示，本发明所述的无线光照控制器1包括无线单片机nRF9E5通信模块、人体红外传感器HP-708及其检测电路、光电耦合器、D/A转换器MAX504、可调光电子镇流器EMA-35D5及驱动电路、供电模块组成。人体红外传感器HP-708及其检测电路输出位数字信号，经过光电耦合器光电隔离后，通过输入端口与无线单片机nRF9E5通信模块相连，无线单片机nRF9E5通信模块数字量控制信号通过输出端口与D/A转换器MAX504相连，输出模拟控制信号，通过驱动电路驱动可调光电子镇流器EMA-35D5工作，供电模块采用9伏电源供电，通过LM317稳压电路，产生3伏和5伏，给无线单片机、传感器和其它器件供电。

如图3所示，本发明所述的无线光照控制器1的工作流程为：

1)软硬件初始化。包括CPU的串行口、并行I/O端口、定时器、中断和无线通信硬件初始化程序，寄存器、各控制变量参数给定软件初始化程序。设定参数有照度下限L₀(如白天照度不低于200LUX，晚间照度不低于150LUX)，照度上限L₁(如400LUX)，新出现人开启照明灯延迟时间t₀(如10秒)，人员离开关照明灯延迟时间t₁(如1分钟)。

2)照明灯下讲台坐位人红外检测与有无判断。通过读取红外传感器检测电路得到信号，判断照明灯下讲台旁、课桌坐位上有无人，为照明控制提供依据。

3)照明灯下讲台课桌表面照度值采集获取。通过与无线照度检测器无线通信，获取照明灯下讲台、课桌表面照度值。

4)讲台旁坐位上新出现人照明灯启动。在新出现人延迟时间t₀后，当照明灯下讲台课桌表面照度值小于照度下限L₀时，开启照明灯半亮度，否则，不开灯。

5)讲台旁坐位上人离开关照明灯。在照明灯已经开着情况下，讲台旁、课桌坐位上人离开时间达到时间t₁后，关照明灯。

6)讲台旁坐位上有人照明灯照度调节。在照明灯已经开着且讲台旁、课桌坐位上有人情况下，当照明灯下讲台课桌上表面照度值小于照度下限L₀，控制加大照明灯照度到能够控制余量的一半；当照度大于照度上限L₁，控制减小照明灯照度一半；否则，照明灯照度不变。

如图4所示，本发明所述的无线光照检测器2包括无线单片机nRF9E5通信模块、照度传感器TSL230B及其检测电路、供电模块组成。照度传感器TSL230B及其检测电路输出模拟量信号，通过模拟量端口与无线单片机nRF9E5通信模块相连，通过其内部A/D转换器采集照度值，供电模块采用9伏干电池供电，通过LM317稳压电路，产生3伏和5伏，给无线单片机、传感器和其它器件供电。

如图5所示，本发明所述的无线光照检测器2的工作流程为：

1)软硬件初始化，包括CPU的并行I/O端口、中断和无线通信硬件初始化程序，各寄存器设定初值软件初始化程序；

2)接受判断无线光照控制器的采集照度命令程序；

3)采集照度传感器信息程序；

4)向无线光照控制器无线发送照度信息程序。

本发明通过无线光照控制器1和无线光照检测器2设定、控制与检测，具体包括两方面内容：

1)在照明灯未开启状态下，检测日光灯管下方课桌坐位是否有人：原来没有人，当新出现人并达到t₀时间(如10秒)，检测日光灯管下方课桌上照度，当照度不足照度下限L₀时，则开启照明灯半亮度状态；其它情况，如原来没有人，现仍然没有人出现，或者新出现人，但课桌上照度超过照度下限L₀时，不作任何处理。

2)在照明灯已启动状态下，检测日光灯管下方课桌坐位是否有人：当现在没有人，原来人离开长达t₁时间仍然没有返回，则关灯；现在有人，检测日光灯管下方课桌上照度，当照度在照度下限L₀和照度上限L₁范围之内，则保持照明灯亮度不变；当照度仍然低于照度下限L₀时，再加大照明灯照度到能够控制余量的一半；当照度高于照度上限L₁时，减小照明灯照度一半。

Claims (4)

1.一种教室照明无线检测与控制装置，其特征在于：由一个无线光照控制器(1)和一个无线光照检测器(2)配对使用，每组日光灯管(3)配置一对无线光照控制器(1)和无线光照检测器(2)；所述的无线光照控制器(1)包括无线单片机nRF9E5通信模块、人体红外传感器及其检测电路、光电耦合器、D/A转换器、可调光电子镇流器及驱动电路、供电模块；人体红外传感器及其检测电路输出位数字信号，经过光电耦合器光电隔离后，通过输入端口与无线单片机nRF9E5通信模块相连，无线单片机nRF9E5通信模块数字量控制信号通过输出端口与D/A转换器相连，输出模拟控制信号，通过驱动电路驱动可调光电子镇流器工作，供电模块采用9伏电源供电，通过LM317稳压电路，产生3伏和5伏，给无线单片机、传感器和其它器件供电；所述的无线光照检测器(2)包括无线单片机nRF9E5通信模块、照度传感器及其检测电路、供电模块；照度传感器及其检测电路输出模拟量信号，通过模拟量端口与无线单片机nRF9E5通信模块相连，通过其内部A/D转换器采集照度值，供电模块采用9伏干电池供电，通过LM317稳压电路，产生3伏和5伏，给无线单片机、传感器和其它器件供电。

2.一种教室照明无线检测与控制方法，其特征在于通过无线光照控制器(1)和无线光照检测器(2)设定、控制与检测，具体包括两方面内容：

1)在照明灯未开启状态下，检测日光灯管下方课桌坐位是否有人：原来没有人，当新出现人并达到t₀时间，检测日光灯管下方课桌上照度，当照度不足照度下限L₀时，则开启照明灯半亮度状态；如原来没有人，现仍然没有人出现，或者新出现人，但课桌上照度超过照度下限L₀时，不作任何处理；

2)在照明灯已启动状态下，检测日光灯管下方课桌坐位是否有人：当现在没有人，原来人离开长达t₁时间仍然没有返回，则关灯；现在有人，检测日光灯管下方课桌上照度，当照度在照度下限L₀和照度上限L₁范围之内，则保持照明灯亮度不变；当照度仍然低于照度下限L₀时，再加大照明灯照度到能够控制余量的一半；当照度高于照度上限L₁时，减小照明灯照度一半。

3.根据权利要求2所述的一种教室照明无线检测与控制方法，其特征在于所述的无线光照控制器(1)工作流程为：1)软硬件初始化，设定参数有照度下限L₀、照度上限L₁，新出现人开启照明灯延迟时间t₀，人员离开关照明灯延迟时间t₁；2)照明灯下人体红外检测与有无判断程序，通过读取红外传感器检测电路得到信号，判断照明灯下讲台旁、课桌坐位上有无人；3)照明灯下讲台课桌表面照度值采集获取，通过与无线照度检测器无线通信，获取照明灯下讲台、课桌表面照度值；4)讲台旁、课桌坐位上新出现人照明灯启动，在新出现人延迟时间t₀后，当照明灯下讲台课桌表面照度值小于照度下限L₀时，开启照明灯半亮度，否则，不开灯；5)讲台旁、课桌坐位上人离开关照明灯，在照明灯已经开着情况下，讲台旁、课桌坐位上人离开时间达到时间t₁后，关照明灯；6)讲台旁、课桌坐位上有人照明灯照度调节，在照明灯已经开着且讲台旁、课桌坐位上有人情况下，当照明灯下讲台课桌上表面照度值小于照度下限L₀，控制加大照明灯照度到能够控制余量的一半；当照度大于照度上限L₁，控制减小照明灯照度一半；否则，照明灯照度不变。

4.根据权利要求2所述的一种教室照明无线检测与控制方法，其特征在于所述的无线光照检测器(2)工作流程为：1)软硬件初始化；2)接受判断无线光照控制器的采集照度命令程序；3)采集照度传感器信息程序；4)向无线光照控制器无线发送照度信息程序。

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