CN108513416B - 学生书房自动照明监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照明控制系统，具体涉及一种学生书房自动照明监控系统，包括角速度传感器、摄像头、CAN总线、照度传感器、斩波调光电路、台灯组、变频器和保护电路；本发明可根据实际的照明情况进行精细的照明调节，防止因照明不当而损坏学生的视力，且照度可视化，调节比较便捷，可在学生进入书房后自动打开照明电路，进行智能照明，设置了台灯组，可根据角速度传感器进行实时探测台灯的方位，通过输入装置控制台灯移动至自己需要的位置，且台灯的角度调节更加精细化，并实现自动的角度调节，通过无线通信装置还可连接远程电脑或移动终端，让家长也可参与进来，帮助孩子保护视力，或通过监控手段消除学生的惰性学习。

Description

学生书房自动照明监控系统

技术领域

本发明涉及照明控制系统，具体涉及一种学生书房自动照明监控系统。

背景技术

照明是利用各种光源照亮工作和生活场所或个别物体的措施。利用太阳和天空光的称“天然采光”；利用人工光源的称“人工照明”。照明的首要目的是创造良好的可见度和舒适愉快的环境。书房，又称家庭工作室，是作为阅读、书写以及业余学习、研究、工作的空间。特别是从事文教、科技、艺术工作者必备的活动空间。书房，是人们结束一天工作之后再次回到办公环境的一个场所。因此，它既是办公室的延伸，又是家庭生活的一部分。书房的双重性使其在家庭环境中处于一种独特的地位。在当今科教兴国的环境下，越来越多的家庭开始重视教育，书房是家庭学习的一个重要场所，在晚上或光线比较昏暗的时候，可能需要对书房进行照明，因此针对于学生的照明系统变得尤为重要。在专利号为CN201410533426的专利文件中公开了一种室内智能照明系统，由红外线检测器，第一照度灯具，第二照度灯具，中央处理控制器，数字显示器，无线通信装置，手机移动终端构成；所述红外线检测器，所述无线通信装置以及数字显示器分别与中央处理控制器相连接，所述第一照度灯具和第二照度灯具分别与中央处理控制器相连接，所述无线通信装置与手机移动终端无线通信相连接；所述红外线检测器用于监测室内是否有人，及时将信息发送给中央处理控制器，所述数字显示器用于显示及控制中央处理控制器，所述手机移动终端利用无线通信装置控制不同照度灯具调解室内明暗程度。本发明的有益效果是：可通过手机远程及室内控制调节不同照明灯具的亮度，有效避免电能的浪费。

上述专利文件，主要用于避免电能的浪费，但是对于如何提供一种结构简单，照明调节便捷，可远程控制，照明更智能化的学生书房自动照明监控系统缺少技术性解决方案。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种学生书房自动照明监控系统，用于解决如何如何提供一种结构简单，照明调节便捷，可远程控制，照明更智能化的学生书房自动照明监控系统的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

学生书房自动照明监控系统，包括红外检测器、中央处理器、无线通信装置和移动终端，其特征在于：包括角速度传感器、摄像头、CAN总线、照度传感器、斩波调光电路、台灯组、变频器和保护电路；所述台灯组包括台灯、夹紧部分、方位角度调节部分、移动部分和集线器，所述照度传感器设置在书房内，所述斩波调光电路与所述照明电路相连，所述角速度传感器、摄像头、照度传感器、红外检测器和变频器均通过所述CAN总线与所述中央处理器相连，所述中央处理器通过所述无线通信装置与所述移动终端相连或远程电脑相连，所述中央处理器通过电磁继电器与照明电路相连，所述电磁继电器用于连接照明电路与电源；所述保护电路设置在所述照明电路上，所述角度传感器检测所述台灯组的运动情况，并通过中央处理器处理后由显示屏显示，所述方位角度调节部分设置在底座板上，所述移动部分设置在所述底座板的底部，所述台灯通过所述夹紧部分与所述方位角度调节部分相连，所述集线器设置在所述底座板上，所述台灯连接有电源线，所述方位角度调节部分包括第一电机、第二电机和支撑柱，所述第一电机通过电机支架设置在所述支撑柱上，所述第一电机的输出转轴通过连接件与所述第二电机相连，所述第二电机的输出转轴与夹紧部分相连，所述支撑柱设置在底座板上，所述第一电机和第二电机均与变频器相连，所述夹紧部分包括夹体、螺栓和旋钮，所述夹体为弹性钢片，所述夹体一端与第二电机输出转轴相连，另外一端通过螺栓和旋钮相连，所述夹体内夹有万向软管，所述万向软管与台灯固定相连，支撑柱和万向软管均为空心结构，电源线穿过所述空心结构；所述移动部分包括齿轮、齿轮副、滚轮和第三电机，所述齿轮一端通过转轴与底座板转动相连，另外一端与所述滚轮固定相连，所述齿轮副与所述第三电机的输出转轴相连，所述第三电机通过支架与所述底座板相连，所述齿轮与所述齿轮副相啮合，所述底座板周围设有所述红外检测器，所述第三电机与所述变频器相连。

优选的，所述斩波调光电路的电阻R1一端与电位器POT1固定端相连，电阻R1另一端与电位器POT1滑动端相连，与电阻R2和电容C2构成移相触发网络，所述电阻R2一端与电位器POT1滑动端相连，另外一端与电容C2相连；双向触发二极管D1一端与电阻R2和电容C2互联端相连，另外一端与双向可控硅TRIAC触发端相连；当电容C2的端电压上升到双向触发二极管D1的阻断电压时，双向触发二极管D1击穿，双向可控硅TRIAC被触发导通，灯泡点亮，调节电位器POT1改变电容C2的充电时间常数，双向可控硅TRIAC的电压导通角随之改变，也就改变了流过灯泡的电流，结果使得白炽灯的亮度随着电位器POT1的调节而变化，电位器POT1上的联动开关SW1在亮度调到最暗时关断输入电源，实现调光器的开关控制。

优选的，所述CAN总线采用两芯线缆，进行极性连接，通过三通节点构成层次结构，用于合理分配各个传感器之间的数据传，防止产生驻波。

优选的，所述保护电路中的调整变阻器Rp2调节过压、欠压动作的电压阈值；所述变阻器Rp2一端与比较器N1的“-”输入端相连，另外一端与比较器N2的“+”输入端相连；

当输入电平时，比较器输出的也是低电平，因而驱动信号也被封锁，当对比的信号电压Vc位于门限电压之间窗口电压：

ΔV＝Vb-Va

其中Va是比较器N1的“-”输入端电压，Vb是比较器N2的“+”输入端电压；ΔV是用来判断输入信号电压是否位于设定的动作电压阈值之间；器件电阻R5、电容C、二极管D组成延时电路，其中电阻R5与二极管D并联后与电容C相连，所述二极管D一端与比较器N2相连，另外一端与所述电容C相连，所述电容C；另外一端接地，防止在通电瞬间，冲击电压过高，开关电源还未工作，而造成而过压误保护，致使开关电源无法启动，N3为比较器，比较器N3的“+”端输入与电阻R7相连，“-”端输入接固定参考电压Uc，并输出驱动信号；比较器N3的反相输入加一个固定的参考电压Uc，它的阻值取决于电阻R3，同相端的电压就等于热敏电阻Rt的电压降，热敏电阻Rt为负温度系数的热敏电阻，热敏电阻Rt与电阻R7串联构成分压器，适当选取电阻R7的阻值，使N3在可靠的温度阈值动作；其中电阻R7的一端与电阻R3相连，另外一端与比较器N3的“+”输入端和热敏电阻Rt相连；当温度高于温度阈值时，热敏电阻Rt阻值下降，比较器N3的“+”端电压小于“-”端电压，比较器N3反转，输出为低电平，比较器输出低电平封锁驱动信号；比较器N4用于外部故障应急关机，当其“+”端输入低电平时，比较器N4出低电平封锁驱动信号；其中比较器N4的“+”输入端与比较器N3的“-”输入端相连，其“-”输入端输出应急信号。

(三)有益效果

本发明可根据实际的照明情况进行精细的照明调节，防止因照明不当而损坏学生的视力，且照度可视化，调节比较便捷，可在学生进入书房后自动打开照明电路，进行智能照明，设置了台灯组，可根据角速度传感器进行实时探测台灯的方位，通过输入装置控制台灯移动至自己需要的位置，且台灯的角度调节更加精细化，并实现自动的角度调节，通过无线通信装置还可连接远程电脑或移动终端，让家长也可参与进来，帮助孩子保护视力，或通过监控手段消除学生的惰性学习，CAN总线数据通信实时性强，使得系统网络更加灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明的系统原理示意图；

图2本发明台灯组的主视方向结构示意图；

图3本发明台灯组的底视方向结构示意图；

图4本发明台灯组的俯视方向结构示意图；

图5是图3中A位置的局部放大图；

图6是本发明的斩波调光电路原理图；

图7是本发明的保护电路原理图；

图8是本发明的CAN总线节点示意图；

图中的数字标号分别代表：

1、底座板；2、集线器；3、电源线；4、弹性钢片；5、台灯；6、万向软管；7、第二电机；8、第一电机；9、旋钮；10、螺栓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

学生在家里面日常学习时，首先红外检测器检测到有人进入书房，红外检测器会通过信号输出管脚将检测的闯入信号发送至CAN总线，CAN总线将信号汇总分配后传输至中央处理器的信号输入端，经中央处理器的分析处理后，通过其信号输出端控制电磁继电器工作，打开照明电路，必要的时候还可以设置光度传感器，实现晚上可自动打开，白天不能自动打开，其原理是将光度传感器的信号检测作为主信号检测，即光强度较大的时候无法自动打开照明，中央处理器为市面上普通的处理器，其管脚连接电路均可通过说明书查阅，照度传感器用于将书房内的光照信息进行采集，其可分布在书桌或其他看书的场所，照度传感器检测到的光照值会通过CAN总线的分配传送至中央处理器，中央处理器利用显示屏显示出来，根据其显示的数值，学生可通过斩波调光电路对光度进行调节，可作为学生护眼使用，即照度值大于一定范围的时候，学生可第一时间准确判定，此时可通过斩波调光电路对照明系统的整体照明强度进行调节，防止光照伤眼。

设置的无线通信装置用于建立中央处理器和远程电脑或移动终端的连接，方便家长参与进去，协助学生进行照明调节，必要的时候还安装监控摄像，将监控摄像与中央处理器相连接后还可实现远程监控，防止学生因贪玩耽误学业，CAN总线工作于多种方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。

台灯5组是作为定点照明使用的，在日常的学习中，房间的照明系统无法满足学生学习需求的时候，或者因为某种原因(节省能源或有畏光的其他人在休息等等)不能打开房间照明系统的时候，可利用台灯5组进行照明，使用的时候利用输入装置控制中央处理器，先控制滚轮转动，滚轮为电动滚轮，且自带有电源，其通过电磁继电器与中央处理器相连，在根据实际需求通过变频器控制第三电机的正转或倒转实现滚轮的方向调整，其原理是：控制第三电机正转，此时齿轮副带动齿轮左转，即滚轮方向被调整为左向，控制第三电机倒转，此时齿轮副带动齿轮右转，即滚轮方向被调整为右向，根据台灯5组的实际位置，可通过输入装置控制其移动至自己想要的位置，此时如果台灯5的角度需要调整，可通过变频器控制第一电机8的正反转实现台灯5的上下调节，通过变频器控制第二电机7正反转可实现台灯5的水平面角度的调节(台灯5所在水平面)，夹紧部分是利用弹性钢片4的弹性作用，利用螺栓10固定其张开的一侧，需要固定的时候利用旋钮9进行旋紧，调节的时候松开旋钮9即可，万向软管6可用于微调，在底座板1上设置集线器2，集线器2用于自动收集电源线3，由于台灯5组是处于移动的状态所以需要很长的电源线3，集线器2可用于收集和送出电源线3，防止电源线3不规整导致书房存在安全隐患，角速度传感器设置在台灯5一侧，可通过显示屏实时显示台灯5的位置，方便台灯5的调节。

在照明电路上设置保护电路，由于四个比较器的输出端是并联的，无论是过压、欠压还是过热任何一种故障发生，比较器输出低电平，封锁信号输出，使电源停止工作，实现开关电源的保护。

本发明可根据实际的照明情况进行精细的照明调节，防止因照明不当而损坏学生的视力，且照度可视化，调节比较便捷，可在学生进入书房后自动打开照明电路，进行智能照明，设置了台灯5组，可根据角速度传感器进行实时探测台灯5的方位，通过输入装置控制台灯5移动至自己需要的位置，且台灯5的角度调节更加精细化，并实现自动的角度调节，通过无线通信装置还可连接远程电脑或移动终端，让家长也可参与进来，帮助孩子保护视力，或通过监控手段消除学生的惰性学习，CAN总线数据通信实时性强，使得系统网络更加灵活。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.学生书房自动照明监控系统，包括红外检测器、中央处理器、无线通信装置和移动终端，其特征在于：包括角速度传感器、摄像头、CAN总线、照度传感器、斩波调光电路、台灯组、变频器和保护电路；所述台灯组包括台灯、夹紧部分、方位角度调节部分、移动部分和集线器，所述照度传感器设置在书房内，所述斩波调光电路与所述照明电路相连，所述角速度传感器、摄像头、照度传感器、红外检测器和变频器均通过所述CAN总线与所述中央处理器相连，所述中央处理器通过所述无线通信装置与所述移动终端相连或远程电脑相连，所述中央处理器通过电磁继电器与照明电路相连，所述电磁继电器用于连接照明电路与电源；所述保护电路设置在所述照明电路上，所述角度传感器检测所述台灯组的运动情况，并通过中央处理器处理后由显示屏显示，所述方位角度调节部分设置在底座板上，所述移动部分设置在所述底座板的底部，所述台灯通过所述夹紧部分与所述方位角度调节部分相连，所述集线器设置在所述底座板上，所述台灯连接有电源线，所述方位角度调节部分包括第一电机、第二电机和支撑柱，所述第一电机通过电机支架设置在所述支撑柱上，所述第一电机的输出转轴通过连接件与所述第二电机相连，所述第二电机的输出转轴与夹紧部分相连，所述支撑柱设置在底座板上，所述第一电机和第二电机均与变频器相连，所述夹紧部分包括夹体、螺栓和旋钮，所述夹体为弹性钢片，所述夹体一端与第二电机输出转轴相连，另外一端通过螺栓和旋钮相连，所述夹体内夹有万向软管，所述万向软管与台灯固定相连，支撑柱和万向软管均为空心结构，电源线穿过所述空心结构；所述移动部分包括齿轮、齿轮副、滚轮和第三电机，所述齿轮一端通过转轴与底座板转动相连，另外一端与所述滚轮固定相连，所述齿轮副与所述第三电机的输出转轴相连，所述第三电机通过支架与所述底座板相连，所述齿轮与所述齿轮副相啮合，所述底座板周围设有所述红外检测器，所述第三电机与所述变频器相连。

2.如权利要求1所述的学生书房自动照明监控系统，其特征在于：所述斩波调光电路的电阻R1一端与电位器POT1固定端相连，电阻R1另一端与电位器POT1滑动端相连，与电阻R2和电容C2构成移相触发网络，所述电阻R2一端与电位器POT1滑动端相连，另外一端与电容C2相连；双向触发二极管D1一端与电阻R2和电容C2互联端相连，另外一端与双向可控硅TRIAC触发端相连；当电容C2的端电压上升到双向触发二极管D1的阻断电压时，双向触发二极管D1击穿，双向可控硅TRIAC被触发导通，灯泡点亮，调节电位器POT1改变电容C2的充电时间常数，双向可控硅TRIAC的电压导通角随之改变，也就改变了流过灯泡的电流，结果使得白炽灯的亮度随着电位器POT1的调节而变化，电位器POT1上的联动开关SW1在亮度调到最暗时关断输入电源，实现调光器的开关控制。

3.如权利要求1所述的学生书房自动照明监控系统，其特征在于：所述CAN总线采用两芯线缆，进行极性连接，通过三通节点构成层次结构，用于合理分配各个传感器之间的数据传，防止产生驻波。

4.如权利要求1所述的学生书房自动照明监控系统，其特征在于：所述保护电路中的调整变阻器Rp2调节过压、欠压动作的电压阈值；所述变阻器Rp2一端与比较器N1的“-”输入端相连，另外一端与比较器N2的“+”输入端相连；

当输入电平时，比较器输出的也是低电平，因而驱动信号也被封锁，当对比的信号电压Vc位于门限电压之间窗口电压：

ΔV＝Vb-Va

其中Va是比较器N1的“-”输入端电压，Vb是比较器N2的“+”输入端电压；ΔV是用来判断输入信号电压是否位于设定的动作电压阈值之间；电阻R5、电容C、二极管D组成延时电路，其中电阻R5与二极管D并联后与电容C相连，所述二极管D阴极端与比较器N2输出端相连，阳极端与所述电容C相连，所述电容C另外一端接地，防止在通电瞬间，冲击电压过高，开关电源还未工作，而造成而过压误保护，致使开关电源无法启动，N3为比较器，比较器N3的“+”端输入与电阻R7相连，“-”端输入接固定参考电压Uc，并输出驱动信号；比较器N3的反相输入加一个固定的参考电压Uc，它的阻值取决于电阻R3，同相端的电压就等于热敏电阻Rt的电压降，热敏电阻Rt为负温度系数的热敏电阻，热敏电阻Rt与电阻R7串联构成分压器，适当选取电阻R7的阻值，使N3在温度阈值动作；其中电阻R7的一端与电阻R3相连，另外一端与比较器N3的“+”输入端和热敏电阻Rt相连；当温度高于温度阈值时，热敏电阻Rt阻值下降，比较器N3的“+”端电压小于“-”端电压，比较器N3反转，输出为低电平，比较器输出低电平封锁驱动信号；比较器N4用于外部故障应急关机，当其“+”端输入低电平时，比较器N4出低电平封锁驱动信号；其中比较器N4的“+”输入端与比较器N3的“-”输入端相连，其“-”输入端输入应急信号。