CN107949115A - 一种健康智能教室照明系统 - Google Patents
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Abstract
一种健康教室照明系统，包括服务器、上位机和若干教室整体灯光系统，所述服务器与上位机连接，所述上位机通过局域网与每个教室整体灯光系统连接；所述教室整体灯光系统包括中央处理器、操控设备和若干设于教室内灯具系统，所述中央处理器图上位机连接；所述灯具系统包括ZigBee接收控制模块、驱动电源、负载灯具、光色控制处理器MCU和光色传感器；所述灯具系统包括处于黑板照明区的黑板灯系统、处于教师授课区的教师灯系统和处于学生学习区的教室灯系统。本发明在解决频闪、眩光、照度、光色协调性等问题的同时，使用智能控制系统，通过智能自然光补偿模块、模式预设控制功能，来适应学生在不同的教室活动场景的视觉要求。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明领域，尤其是一种健康智能教室照明系统。
背景技术
现阶段我国的中小学教室多数仍使用电感镇流器的传统荧光灯管作为主要照明光源，存在频闪、照度低、眩光、光色不好等问题，形成极差的教室视觉环境，严重危害学生的视力健康。同时传统荧光灯具有着功耗高、能源利用率低、环境污染大等缺点。本发明应用新型LED照明技术，并通过智能灯光控制系统，预设不同的照明场景，同时监控光色的数值，解决上述传统灯具的技术缺点，形成一种良好教室视觉环境，达到保护学生视力健康、节能环保的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种健康智能教室照明系统，解决现有技术存在的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种健康智能教室照明系统，包括服务器、上位机和若干教室整体灯光系统，所述服务器与上位机连接，所述上位机通过局域网与每个教室整体灯光系统连接；
所述教室整体灯光系统包括中央处理器、操控设备和若干设于教室内灯具系统，所述中央处理器图上位机连接；所述操控设备包括物理控制盒、遥控器和手机APP，所述物理控制盒通过电缆或 ZigBee与中央处理器连接，所述遥控器通过红外或蓝牙与中央处理器连接，所述手机APP通过WiFi与中央处理器连接；所述中央处理器通过ZigBee与每个灯具系统连接；
所述灯具系统包括ZigBee接收控制模块、驱动电源、负载灯具、光色控制处理器MCU和光色传感器；操控设备通过中央处理器将信号传输到ZigBee接收控制模块，ZigBee模块接收到命令输出 PWM信号给到驱动电源，通过调节驱动电源输出电流实现对灯具色温和亮度的控制；光色传感器测试光色信号传输给光色控制处理器 MCU，光色控制处理器MCU根据输入的光色信号通过输出PWM信号给到驱动电源改变其输出电流大小调节灯具亮度和色温；
所述灯具系统包括处于黑板照明区的黑板灯系统、处于教师授课区的教师灯系统和处于学生学习区的教室灯系统；
所述教师灯系统中的负载灯具为教师灯，所述教室灯系统中的负载灯具由一个以上的教室灯组成；所述黑板灯系统的负载灯具为黑板灯，所述黑板灯，包括灯体、LED光源和吊杆；所述灯体由铝合金一体拉伸成型，所述灯体的截面呈菱形，灯体包括顶板、底板、前面板和后面板，所述顶板和底板呈水平设置，所述前面板和后面板呈倾斜设置；所述后面板上设有灯槽，所述LED光源设置在所述灯槽内且LED光源的出光方向朝下；所述灯体的底部于后面板与底板的连接处向后延伸设有挡光板。
为解决上述传统教室照明系统的缺点和不足，本发明提供一种智能化控制与新型LED照明应用相结合的技术解决方案，在解决频闪、眩光、照度、光色协调性等问题的同时，使用智能控制系统，通过智能自然光补偿模块、模式预设控制功能，来适应学生在不同的教室活动场景(如：上课、自习、活动、投影等场景)的视觉要求。
作为改进，所述健康教室照明系统还包括多媒体室灯光系统、美术室灯光系统、音乐室灯光系统、图书馆灯光系统、电脑室灯光系统和实验室灯光系统。
作为改进，所述操控设备具有五种控制模式预设，并可根据实际情况具体调节预设参数：
调节为上课模式时，教室灯亮度调至100％，黑板灯开启亮；
调节为投影模式时，第一排教室灯亮度调至30％，第二排和第三排教室灯亮度调至50％，黑板灯关闭；
调节为自习模式时，所有教室灯亮度调至100％，黑板灯关闭；
调节为活动模式时，所有教室灯亮度调到70％，黑板灯关闭；
长按活动模式按键5秒后进入全灭的模式。
作为改进，所述挡光板为弧形板，挡光板与后面板之间的夹角为锐角，挡光板与底板之间的夹角为钝角，灯光照射到黑板的角度为55°。
作为改进，所述灯槽内设有第一滑槽和第二滑槽，所述LED光源包括LED基板、设置在LED基板上的LED芯片和用于配光的透镜，所述LED基板滑动装配在第一滑槽内，所述透镜的两侧设有滑块，所述滑块滑动装配在第二滑槽内；所述透镜包括入射面和出射面，所述出射面为水平平面，所述入射面为倾斜面；所述顶板与底板之间设有隔板，隔板将灯体内空间分隔成前腔室和后腔室，LED 光源的驱动电路设置在前腔室内，所述灯槽设置在后腔室内。
作为改进，所述灯体的两端设有端盖，所述顶板上设有第三滑槽，吊杆的下端通过铰接座与灯体铰接，所述铰接座与第三滑槽为滑动配合；所述顶板上设有无线控制盒；所述第三滑槽上对应吊杆处设有过线孔，所述吊杆为中空结构，所述过线孔与吊杆形成线槽。
作为改进，黑板灯系统采用高显色性和高色温的LED光源；教师灯系统采用暖色调光LED光源，教室灯系统采用自然光LED光源。
作为改进，所述教室灯包括光源组件、围绕光源组件边缘设置的边框和吊杆，所述边框内侧形成嵌入槽，所述边框的顶面两侧设有安装槽，所述边框两侧之间设有横梁，所述横梁的两端通过螺栓固定在安装槽处，所述吊杆的下端固定在横梁的中间位置。
作为改进，所述吊杆余横梁之间设有连接机构，所述连接机构包括设在横梁底部的凹槽和设在横梁顶部且位于凹槽一侧的锁板，所述横梁的一侧设有与所述凹槽连通的缺口，所述吊杆的底部设有设于凹槽内的挡环，挡环通过缺口进入凹槽内，所述锁板的两端分别设有第一通孔和第二通孔，所述横梁上对应所述第一通孔处设有钩状部，所述横梁上对应所述第二通孔处设有T型部。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
本发明提供一种智能化控制与新型LED照明应用相结合的技术解决方案，在解决频闪、眩光、照度、光色协调性等问题的同时，使用智能控制系统，通过智能自然光补偿模块、模式预设控制功能，来适应学生在不同的教室活动场景(如：上课、自习、活动、投影等场景)的视觉要求。
附图说明
图1为本发明教室照明系统框图。
图2为教室整体灯光系统框图。
图3为教室内灯具分布示意图。
图4为物理控制盒功能示意图。
图5为黑板灯结构示意图。
图6黑板灯的灯体端面示意图。
图7为教室灯结构示意图。
图8为图7的A处放大图。
图9为横梁结构示意图。
图10为本发明控制流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种健康教智能室照明系统，包括服务器、上位机和若干教室整体灯光系统，所述服务器与上位机连接，所述上位机通过局域网与每个教室整体灯光系统连接。本发明主要针对学生日常上课的教室实现智能控制，但本发明照明系统可以延伸至学校所有教室的照明，如媒体室灯光系统、美术室灯光系统、音乐室灯光系统、图书馆灯光系统、电脑室灯光系统和实验室灯光系统等；服务器可以通过上位机对学校所有教室的照明系统进行控制和监测，可实现集中式管理，提高学生的用电安全，避免电能浪费。
如图2所示，所述教室整体灯光系统包括中央处理器、操控设备和若干设于教室内灯具系统。所述中央处理器图上位机连接上位机通过每个教室整体灯光系统。所述操控设备包括物理控制盒、遥控器和手机APP，所述物理控制盒通过电缆或ZigBee与中央处理器连接，所述遥控器通过红外或蓝牙与中央处理器连接，所述手机APP 通过WiFi与中央处理器连接。所述中央处理器通过Zigbee与每个灯具系统连接；教室内，可以通过操控设备控制教室内的每个灯具系统，实现不同区域的照明控制。
如图2所示，所述灯具系统包括ZigBee接收控制模块、驱动电源、负载灯具、光色控制处理器MCU和光色传感器。单个灯具系统主要包括两部分，控制部分：操控设备通过中央处理器将信号传输到ZigBee接收控制模块，ZigBee模块接收到命令输出PWM信号给到驱动电源，通过调节驱动电源输出电流实现对灯具色温和亮度的控制。反馈部分：光色传感器测试光色信号传输给光色控制处理器 MCU，光色控制处理器MCU根据光色传感器反馈回来的输入的光色信号与中央处理器预设的光色参数对比，智能计算光色增益量并通过输出 PWM信号给到驱动电源改变其输出电流大小调节灯具亮度和色温。
LED不同色温所发出的光对人体的感情具有不同的影响，根据这特性，可以将教室分成三个光照区：
1.黑板照明区：该区域为黑板板面，使用黑板灯进行照明，灯具采用高显色性、高色温的LED光源，灯具应用偏光型光学技术，使教师书写于黑板上的板书通过光源的照射，产生荧光效果，板书字体显色性高，内容清晰，立体感强，可使较远距离的学生轻松分辨，起到不累眼、不伤眼的作用。
2.教师授课区域：该区域为教师讲台区，采用暖色调光LED光源，暖色灯光通常会给人一种欢乐温馨的感觉，光源可以映衬教师脸色红润，增强亲切感，拉近学生与教师的距离，创造出使学生视觉健康、舒适、适合调节课堂情绪与学生精神状态的光照环境，有助于提高教师授课状态及效果。
3.学生学习区：该学生学习区使用的灯具，采用适合读写的自然光，再次光照环境下，人体血压、脉搏的胜利指数平均变换率最低，感觉最舒适，学习最放松，不易产生视觉疲劳，有助提高视觉作业的正确率，校对速度和脑力工作能力指数，促进学生提高视觉功效和学习小效率。
如图3所示，所述灯具系统包括处于黑板照明区的黑板灯系统、处于教师授课区的教师灯系统和处于学生学习区的教室灯系统。所述教师灯系统中的负载灯具为教师灯，所述教室灯系统中的负载灯具又一个以上的教室灯组成；所述黑板灯系统的负载灯具为黑板灯。黑板灯单独成为一个灯具系统，中央处理器可以对黑板灯进行单独控制。教室内设有若干排教室灯，每排一共有三个教室灯，每排教室灯共用一个ZigBee接收控制模块，中央处理器通过控制模块控制这三个教室灯。
教室整灯灯光系统包括教室内使用的灯具及其智能控制系统，用于学校教室内照明的灯具，目的是为保护学生视力健康，提高上课效果。其灯具系统包括黑板灯、教室灯和录播灯，每种灯上装有 ZigBee控制模块、光色监控传感器等器件，与中央处理器、网关连接形成教室智能控制系统；上课时老师可以通过物理控制盒或手机 APP或遥控器，来预设或者切换不同场景的照明效果。多个教室又可以通过局域网连接到服务器，统一通过上位机软件进行调整和监控。
如图4、10所示，所述操控设备具有五种预设控制模式：
调节为上课模式时，教室灯亮度调至100％，黑板灯开启亮；
调节为投影模式时，第一排教室灯亮度调至30％，第二排和第三排教室灯亮度调至50％，黑板灯关闭；
调节为自习模式时，所有教室灯亮度调至100％，黑板灯关闭；
调节为活动模式时，所有教室灯亮度调到70％，黑板灯关闭；
长按活动模式按键5秒后进入全灭的模式。
如图5、6所示，所述黑板灯灯光照射到黑板的角度为55°，其包括灯体11、设置在灯体11两端的端盖13、LED光源和吊杆15。所述灯体11由铝合金一体拉伸成型，本发明的灯体11为铝合金一体拉伸成型，制造工艺简单，且有助于散热。所述灯体11的截面呈菱形，灯体11包括顶板16、底板18、前面板17和后面板19，所述顶板16和底板18呈水平设置，所述前面板17和后面板19呈倾斜设置；灯体11为菱形结构，LED光源可隐藏在灯体11背后的后面板19上，相对黑板灯前方的学生不会看到LED光源，不但美观，而且减少眩光。所述后面板19上设有灯槽110，所述LED光源设置在所述灯槽110内且LED光源的出光方向朝下。所述灯槽110内设有第一滑槽111和第二滑槽112，所述LED光源包括LED基板 115、设置在LED基板115上的LED芯片116和用于配光的透镜113，所述LED基板115滑动装配在第一滑槽111内，所述透镜113的两侧设有滑块114，所述滑块114滑动装配在第二滑槽112内。滑动装配使整个灯具的装配工艺更简单，另外所述透镜113可由多个透镜单元组成，所述透镜包括入射面和出射面，所述出射面为水平平面，所述入射面为倾斜面，这样可以使LED芯片116的光线通过透镜出光后形成向后照射的光斑。所述灯体11的底部于后面板19与底板 18的连接处向后延伸设有挡光板12，所述挡光板12为弧形板，挡光板12与后面板19之间的夹角为锐角，挡光板12与底板18之间的夹角为钝角，这样设置可以将光线反射到黑板上，使黑板的受光面积更均匀，而且可以防止眩光。所述顶板16与底板18之间设有隔板121，隔板121将灯体11内空间分隔成前腔室118和后腔室117， LED光源的驱动电路设置在前腔室118内，所述灯槽110设置在后腔室117内。所述顶板16上设有第三滑槽120，吊杆15的下端通过铰接座119与灯体11铰接，所述铰接座119与第三滑槽120为滑动配合。所述第三滑槽120上对应吊杆15处设有过线孔，所述吊杆 15为中空结构，所述过线孔与吊杆15形成线槽，灯具的走线隐藏在线槽内。所述顶板16上设有无线控制盒14，可通过无线设备控制灯具的开关或亮度。
如图7至9所示，所述教室灯包括光源组件21、围绕光源组件 21边缘设置的边框23和吊杆，所述边框23内侧形成嵌入槽，所述边框23的顶面两侧设有安装槽，所述边框23两侧之间设有横梁22，所述横梁22的两端通过螺栓固定在安装槽处，所述吊杆的下端固定在横梁22的中间位置。所述吊杆余横梁22之间设有连接机构，所述连接机构包括设在横梁22底部的凹槽28和设在横梁22顶部且位于凹槽28一侧的锁板29，所述横梁22的一侧设有与所述凹槽28 连通的缺口27，所述吊杆24的底部设有设于凹槽28内的挡环，挡环通过缺口27进入凹槽28内，所述锁板29的两端分别设有第一通孔241和第二通孔242，所述横梁22上对应所述第一通孔241处设有钩状部25，所述横梁22上对应所述第二通孔242处设有T型部 26。该固定结构方便吊杆的拆装。
Claims (9)
1.一种健康智能教室照明系统，其特征在于：包括服务器、上位机和若干教室整体灯光系统，所述服务器与上位机连接，所述上位机通过局域网与每个教室整体灯光系统连接；
所述教室整体灯光系统包括中央处理器、操控设备和若干设于教室内灯具系统，所述中央处理器图上位机连接；所述操控设备包括物理控制盒、遥控器和手机APP，所述物理控制盒通过电缆或ZigBee与中央处理器连接，所述遥控器通过红外或蓝牙与中央处理器连接，所述手机APP通过WiFi与中央处理器连接；所述中央处理器通过ZigBee与每个灯具系统连接；
所述灯具系统包括ZigBee接收控制模块、驱动电源、负载灯具、光色控制处理器MCU和光色传感器；操控设备通过中央处理器将信号传输到ZigBee接收控制模块，ZigBee模块接收到命令输出PWM信号给到驱动电源，通过调节驱动电源输出电流实现对灯具色温和亮度的控制；光色传感器测试光色信号传输给光色控制处理器MCU，光色控制处理器MCU根据输入的光色信号通过输出PWM信号给到驱动电源改变其输出电流大小调节灯具亮度和色温；
所述灯具系统包括处于黑板照明区的黑板灯系统、处于教师授课区的教师灯系统和处于学生学习区的教室灯系统；
所述教师灯系统中的负载灯具为教师灯，所述教室灯系统中的负载灯具由一个以上的教室灯组成；所述黑板灯系统的负载灯具为黑板灯，所述黑板灯包括灯体、LED光源和吊杆；所述灯体由铝合金一体拉伸成型，所述灯体的截面呈菱形，灯体包括顶板、底板、前面板和后面板，所述顶板和底板呈水平设置，所述前面板和后面板呈倾斜设置；所述后面板上设有灯槽，所述LED光源设置在所述灯槽内且LED光源的出光方向朝下；所述灯体的底部于后面板与底板的连接处向后延伸设有挡光板。
2.根据权利要求1所述的一种健康智能教室照明系统，其特征在于：所述健康智能教室照明系统还包括多媒体室灯光系统、美术室灯光系统、音乐室灯光系统、图书馆灯光系统、电脑室灯光系统和实验室灯光系统。
3.根据权利要求1所述的一种健康智能教室照明系统，其特征在于：
所述操控设备具有五种预设控制模式：
调节为上课模式时，教室灯亮度调至100％，黑板灯开启亮；
调节为投影模式时，第一排教室灯亮度调至30％，第二排和第三排教室灯亮度调至50％，黑板灯关闭；
调节为自习模式时，所有教室灯亮度调至100％，黑板灯关闭；
调节为活动模式时，所有教室灯亮度调到70％，黑板灯关闭；
长按活动模式按键5秒后进入全灭的模式。
4.根据权利要求1所述的一种健康智能教室照明系统，其特征在于：所述挡光板为弧形板，挡光板与后面板之间的夹角为锐角，挡光板与底板之间的夹角为钝角，灯光照射到黑板的角度为55°。
5.根据权利要求1所述的一种健康智能教室照明系统，其特征在于：所述灯槽内设有第一滑槽和第二滑槽，所述LED光源包括LED基板、设置在LED基板上的LED芯片和用于配光的透镜，所述LED基板滑动装配在第一滑槽内，所述透镜的两侧设有滑块，所述滑块滑动装配在第二滑槽内；所述透镜包括入射面和出射面，所述出射面为水平平面，所述入射面为倾斜面；所述顶板与底板之间设有隔板，隔板将灯体内空间分隔成前腔室和后腔室，LED光源的驱动电路设置在前腔室内，所述灯槽设置在后腔室内。
6.根据权利要求1所述的一种健康智能教室照明系统，其特征在于：所述灯体的两端设有端盖，所述顶板上设有第三滑槽，吊杆的下端通过铰接座与灯体铰接，所述铰接座与第三滑槽为滑动配合；所述顶板上设有无线控制盒；所述第三滑槽上对应吊杆处设有过线孔，所述吊杆为中空结构，所述过线孔与吊杆形成线槽。
7.根据权利要求1所述的一种健康智能教室照明系统，其特征在于：黑板灯系统采用高显色性和高色温的LED光源；教师灯系统采用暖色调光LED光源，教室灯系统采用自然光LED光源。
8.根据权利要求1所述的一种健康智能教室照明系统，其特征在于：所述教室灯包括光源组件、围绕光源组件边缘设置的边框和吊杆，所述边框内侧形成嵌入槽，所述边框的顶面两侧设有安装槽，所述边框两侧之间设有横梁，所述横梁的两端通过螺栓固定在安装槽处，所述吊杆的下端固定在横梁的中间位置。
9.根据权利要求8所述的一种健康智能教室照明系统，其特征在于：所述吊杆余横梁之间设有连接机构，所述连接机构包括设在横梁底部的凹槽和设在横梁顶部且位于凹槽一侧的锁板，所述横梁的一侧设有与所述凹槽连通的缺口，所述吊杆的底部设有设于凹槽内的挡环，挡环通过缺口进入凹槽内，所述锁板的两端分别设有第一通孔和第二通孔，所述横梁上对应所述第一通孔处设有钩状部，所述横梁上对应所述第二通孔处设有T型部。
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