CN111121255A - 一种教室环境控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种教室环境控制系统。本发明将空气净化和降噪相结合，在空气净化时，采用可以移动的多位置的空气检测器，可以生成室内待测成分的分布图，从而根据分布图可以有效的调节不同位置的空气净化器的功率，一方面节省电力，另一方面降低噪音；将净化降噪模块设置在净化模块的外壳上，净化模块产生的噪音在源头直接被降噪模块抵消，加强了降噪的针对性和降噪效果；此外使用电容麦收集环境噪音，使用动圈麦收集教师声音，从而更有效的为环境降噪提供噪声信号，避免教师说话声音对于降噪效果的影响。

Description

一种教室环境控制系统
技术领域
本发明涉及教学设备领域，尤其涉及一种教室环境控制系统。
背景技术
空气净化器又称“空气清洁器”、空气清新机、净化器，是指能够吸附、分解或转化各种空气污染物(一般包括PM2.5、粉尘、花粉、异味、甲醛之类的装修污染、细菌、过敏原等)，有效提高空气清洁度的产品，主要分为家用、商用、工业、楼宇。在当前的教学环境中，空气污染时刻威胁着学生们的身体健康，而在教室内进行空气净化，噪声过大又会影响教学效果，使学生的心理产生烦躁情绪。
申请号：201510542059.8提供了一种立式空气净化器的降噪结构，主要包括外壳、风道、导风板、电机、电机支架、风轮和进风口法兰盘，所述的外壳内由上至下依次设置有导风板、电机、风轮和进风口法兰盘，所述风轮的底面设置在法兰孔中，所述进风口法兰盘的法兰孔孔壁为面向风轮凸起的曲面。本发明所述的空气净化器的降噪结构避免了风在风道内相互干涉或相互抵消，减少了空气与壳体的撞击从而降低了空气净化器在运行时产生的噪音，同时也提高了净化效率。
目前的降噪净化器一般都是使用在结构设计上进行一些降低噪音的设置，但是由于净化器本身必须进行空气的流动，其噪声是不可避免的，因此目前急需设计一种针对教室的环境控制系统。
发明内容
针对上述内容，为解决上述问题，提供一种教室环境控制系统，包括中枢控制器和降噪空气净化系统。
中枢控制器和降噪空气净化系统连接；降噪空气净化器内设置有空气检测模块和空气净化模块，空气净化模块安装在教室内的墙壁上，其数量为多个；空气检测模块用于对空气的有害成分的分布进行检测，空气净化模块吸入教室内的空气并经过HEPA净化后再吹入教室内；中枢控制器根据有害成分的分布调节不同空气净化模块的工作功率；
降噪空气净化系统还设置有净化器降噪模块，用于降低空气净化模块工作时产生的噪音。
所述空气检测模块包括一对用于检测空气中有害成分含量的红外激光传感器；红外激光传感器包括激光发射器和激光接收器；教室内两侧相对的墙面上均设置有导轨，激光发射器和激光接收器分别设置在教室内两侧相对的墙面上的一条导轨上，使得激光发射器和激光接收器可以沿着教室侧面的墙壁水平移动；
所述激光发射器和激光接收器始终相互对准；
检测时，主控制器控制激光发射器固定不动，激光接收器沿着墙壁水平移动，移动范围覆盖整个墙壁的长度，主控制器控制激光接收器每间隔一定的距离L进行位置和信号的记录；
待激光接收器从墙壁一端移动到另一端后，激光发射器移动距离L，激光接收器沿着墙壁水平移动回来，移动范围覆盖整个墙壁的长度，主控制器控制激光接收器每间隔一定的距离L进行位置和信号的记录；
当激光发射器从墙壁的一端移动到另一端后，激光接收器进行最后一次贯穿整个墙壁长度的移动后完成检测；
主控制器收集激光发射器和激光接收器位于不同位置时的检测信号，并将检测信号转换成不同有害成分的浓度，并将激光发射器和激光接收器的位置以及对应位置检测的有害成分的浓度Mn,Nn,Rn发送给中枢控制器，n表示激光发射器和激光接收器位于第n对检测位置；
其中，Mn为激光发射器距离墙壁讲台一端的距离，Nn为激光接收器距离墙壁讲台一端的距离，Mn、Nn均为L的整数倍，Rn为不同检测成分的浓度；所述检测成分为PM2.5、SO2、NO2、PM10；
中枢控制器在其内部的教室平面模拟空间中绘制检测成分的二维平面图，并将不同位置的激光发射器和激光接收器的连线表示在二维平面图内，并计算出不同连线的交点的坐标x，y，其中x的值和y的值由Mj,、Nj、Mk、Nk计算，而该点的检测成分的浓度指数为提供连线的两个Rj和Rk相乘得到，当某个点通过两个以上的连线时，取浓度最大的两个连线的相乘；其中j、k表示激光发射器和激光接收器位于第j和第k对检测位置；
中枢控制器根据检测结果，控制距离检测成分的浓度指数最大的位置最近的空气净化模块吸气功率最大，其他空气净化模块根据其与检测成分的浓度指数最大的位置的距离越远，其吸气功率越小。
不同位置的空气净化模块其内部风道连通，从而使得控制距离检测成分的浓度指数最大的位置最近的空气净化模块吹气功率最小，其他空气净化模块根据其与检测成分的浓度指数最大的位置的距离越远，其吹气功率越大，所有空气净化模块的吸气总量和吹气总量相等。
主控制器还连接第一麦克风、第二麦克风、第三麦克风；第一麦克风设置于教授中央的顶部，为电容式麦克风；第二麦克风设置于讲台上，对准教师的座位，为动圈麦克风；第三麦克风的数量与空气净化模块的数量相同，且设置在空气净化模块的内部；
第一麦克风收集第一声音信号，第二麦克风收集第二声音信号，第一声音信号和第二声音信号被发送给主控制器，主控制器将第一声音信号和第二声音信号进行音量标准化后进行差分，得到差分声音信号；然后主控制器将差分声音信号发送给环境降噪模块，环境降噪模块通过设置在空气净化模块外壳上的定向扬声器输出与差分声音信号反相的第一反噪声信号，达到环境降噪的目的；
每个第三麦克风采集净化声音信号，并将净化声音信号发送给主控制器，然后主控制器将净化声音信号发送给净化器降噪模块，净化器降噪模块通过设置在与第三麦克风对应的空气净化模块外壳上的定向扬声器输出与净化声音信号反相的第二反噪声信号，达到净化器降噪的目的。
定向扬声器由设置在空气净化模块外壳上的朝向多个方向设置的多个小扬声单元组成。
本发明的有益效果为：本发明将空气净化和降噪相结合，在空气净化时，采用可以移动的多位置的空气检测器，可以生成室内待测成分的分布图，从而根据分布图可以有效的调节不同位置的空气净化器的功率，一方面节省电力，另一方面降低噪音；
此外将净化降噪模块设置在净化模块的外壳上，净化模块产生的噪音在源头直接被降噪模块抵消，加强了降噪的针对性和降噪效果；此外使用电容麦收集环境噪音，使用动圈麦收集教师声音，从而更有效的为环境降噪提供噪声信号，避免教师说话声音对于降噪效果的影响。
附图说明
被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。
图1为本发明中枢控制器和降噪空气净化系统连接方式示意图；
图2为降噪空气净化系统内部连接方式示意图；
图3为本发明空气净化模块的分布示意图；
图4为空气检测模块的位置示意图以及其移动时相互位置关系；
图5为本发明降噪的工作原理示意图。
具体实施方式
本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。
实施例：
提供一种教室环境控制系统，包括中枢控制器和降噪空气净化系统。
中枢控制器和降噪空气净化系统连接；降噪空气净化器内设置有空气检测模块和空气净化模块1，空气净化模块1安装在教室内的墙壁上，其数量为多个；空气检测模块用于对空气的有害成分的分布进行检测，空气净化模块1吸入教室内的空气并经过HEPA净化后再吹入教室内；中枢控制器根据有害成分的分布调节不同空气净化模块1的工作功率；
降噪空气净化系统还设置有净化器降噪模块，用于降低空气净化模块1工作时产生的噪音。
所述空气检测模块包括一对用于检测空气中有害成分含量的红外激光传感器；红外激光传感器包括激光发射器2和激光接收器3；教室内两侧相对的墙面上均设置有导轨4，激光发射器2和激光接收器3分别设置在教室内两侧相对的墙面上的一条导轨4上，使得激光发射器2和激光接收器3可以沿着教室侧面的墙壁水平移动；
所述激光发射器2和激光接收器3始终相互对准；
检测时，主控制器控制激光发射器2固定不动，激光接收器3沿着墙壁水平移动，移动范围覆盖整个墙壁的长度，主控制器控制激光接收器3每间隔一定的距离L进行位置和信号的记录；
待激光接收器3从墙壁一端移动到另一端后，激光发射器2移动距离L，激光接收器3沿着墙壁水平移动回来，移动范围覆盖整个墙壁的长度，主控制器控制激光接收器3每间隔一定的距离L进行位置和信号的记录；
当激光发射器2从墙壁的一端移动到另一端后，激光接收器3进行最后一次贯穿整个墙壁长度的移动后完成检测；
主控制器收集激光发射器2和激光接收器3位于不同位置时的检测信号，并将检测信号转换成不同有害成分的浓度，并将激光发射器2和激光接收器3的位置Mn、Nn以及对应位置检测的有害成分的浓度Rn发送给中枢控制器，n表示激光发射器2和激光接收器3位于第n对检测位置；
其中，Mn为激光发射器2距离墙壁讲台一端的距离，Nn为激光接收器3距离墙壁讲台一端的距离，Mn、Nn均为L的整数倍，Rn为不同检测成分的浓度；所述检测成分为PM2.5、SO2、NO2、PM10；
中枢控制器在其内部的教室平面模拟空间中绘制检测成分的二维平面图，并将不同位置的激光发射器2和激光接收器3的连线表示在二维平面图内，并计算出不同连线的交点的坐标x，y，其中x的值和y的值由Mj,、Nj、Mk、Nk计算，利用三角函数和解析几何方式即可实现，而该点的检测成分的浓度指数为提供连线的两个Rj和Rk相乘得到，当某个点通过两个以上的连线时，取浓度最大的两个连线的相乘；其中j、k表示激光发射器2和激光接收器3位于第j和第k对检测位置；
中枢控制器根据检测结果，控制距离检测成分的浓度指数最大的位置最近的空气净化模块1吸气功率最大，其他空气净化模块1根据其与检测成分的浓度指数最大的位置的距离越远，其吸气功率越小。
不同位置的空气净化模块1其内部风道连通，从而使得控制距离检测成分的浓度指数最大的位置最近的空气净化模块1吹气功率最小，其他空气净化模块1根据其与检测成分的浓度指数最大的位置的距离越远，其吹气功率越大，所有空气净化模块1的吸气总量和吹气总量相等。
主控制器还连接第一麦克风、第二麦克风、第三麦克风；第一麦克风设置于教授中央的顶部，为电容式麦克风；第二麦克风设置于讲台上，对准教师的座位，为动圈麦克风；第三麦克风的数量与空气净化模块1的数量相同，且设置在空气净化模块1的内部；
第一麦克风收集第一声音信号，第二麦克风收集第二声音信号，第一声音信号和第二声音信号被发送给主控制器，主控制器将第一声音信号和第二声音信号进行音量标准化后进行差分，得到差分声音信号；然后主控制器将差分声音信号发送给环境降噪模块，环境降噪模块通过设置在空气净化模块1外壳上的定向扬声器输出与差分声音信号反相的第一反噪声信号，达到环境降噪的目的；
每个第三麦克风采集净化声音信号，并将净化声音信号发送给主控制器，然后主控制器将净化声音信号发送给净化器降噪模块，净化器降噪模块通过设置在与第三麦克风对应的空气净化模块1外壳上的定向扬声器输出与净化声音信号反相的第二反噪声信号，达到净化器降噪的目的。
定向扬声器由设置在空气净化模块1外壳上的朝向多个方向设置的多个小扬声单元组成。
主控制器内部预存有激光接收器接收的信号强度与不同检测成分的对应模型，激光发射器可以发射多个波长的激光，每个激光波长对应一种检测成分的特征吸收波长，每个检测成分可以利用多个检测波长同时进行检测。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种教室环境控制系统，包括中枢控制器和降噪空气净化系统，其特征在于：
中枢控制器和降噪空气净化系统连接；降噪空气净化器内设置有空气检测模块和空气净化模块(1)，空气净化模块(1)安装在教室内的墙壁上，其数量为多个；空气检测模块用于对空气的有害成分的分布进行检测，空气净化模块(1)吸入教室内的空气并经过HEPA净化后再吹入教室内；中枢控制器根据有害成分的分布调节不同空气净化模块(1)的工作功率；
降噪空气净化系统还设置有净化器降噪模块，用于降低空气净化模块(1)工作时产生的噪音。
2.根据权利要求1所述的一种教室环境控制系统，其特征在于：
所述空气检测模块包括一对用于检测空气中有害成分含量的红外激光传感器；红外激光传感器包括激光发射器(2)和激光接收器(3)；教室内两侧相对的墙面上均设置有导轨(4)，激光发射器(2)和激光接收器(3)分别设置在教室内两侧相对的墙面上的一条导轨(4)上，使得激光发射器(2)和激光接收器(3)可以沿着教室侧面的墙壁水平移动。
3.根据权利要求2所述的一种教室环境控制系统，其特征在于：
所述激光发射器(2)和激光接收器(3)始终相互对准；
检测时，主控制器控制激光发射器(2)固定不动，激光接收器(3)沿着墙壁水平移动，移动范围覆盖整个墙壁的长度，主控制器控制激光接收器(3)每间隔一定的距离L进行位置和信号的记录；
待激光接收器(3)从墙壁一端移动到另一端后，激光发射器(2)移动距离L，激光接收器(3)沿着墙壁水平移动回来，移动范围覆盖整个墙壁的长度，主控制器控制激光接收器(3)每间隔一定的距离L进行位置和信号的记录；
当激光发射器(2)从墙壁的一端移动到另一端后，激光接收器(3)进行最后一次贯穿整个墙壁长度的移动后完成检测；
主控制器收集激光发射器(2)和激光接收器(3)位于不同位置时的检测信号，并将检测信号转换成不同有害成分的浓度，并将激光发射器(2)和激光接收器(3)的位置以及对应位置检测的有害成分的浓度(Mn,Nn,Rn)发送给中枢控制器，n表示激光发射器(2)和激光接收器(3)位于第n对检测位置；
其中，Mn为激光发射器(2)距离墙壁讲台一端的距离，Nn为激光接收器(3)距离墙壁讲台一端的距离，Mn、Nn均为L的整数倍，Rn为不同检测成分的浓度；所述检测成分为PM2.5、SO2、NO2、PM10；
中枢控制器在其内部的教室平面模拟空间中绘制检测成分的二维平面图，并将不同位置的激光发射器(2)和激光接收器(3)的连线表示在二维平面图内，并计算出不同连线的交点的坐标(x，y)，其中x的值和y的值由Mj,、Nj、Mk、Nk计算，而该点的检测成分的浓度指数为提供连线的两个Rj和Rk相乘得到，当某个点通过两个以上的连线时，取浓度最大的两个连线的相乘；其中j、k表示激光发射器(2)和激光接收器(3)位于第j和第k对检测位置；中枢控制器根据检测结果，控制距离检测成分的浓度指数最大的位置最近的空气净化模块(1)吸气功率最大，其他空气净化模块(1)根据其与检测成分的浓度指数最大的位置的距离越远，其吸气功率越小。
4.根据权利要求3所述的一种教室环境控制系统，其特征在于：
不同位置的空气净化模块(1)其内部风道连通，从而使得控制距离检测成分的浓度指数最大的位置最近的空气净化模块(1)吹气功率最小，其他空气净化模块(1)根据其与检测成分的浓度指数最大的位置的距离越远，其吹气功率越大，所有空气净化模块(1)的吸气总量和吹气总量相等。
5.根据权利要求4所述的一种教室环境控制系统，其特征在于：
主控制器还连接第一麦克风、第二麦克风、第三麦克风；第一麦克风设置于教授中央的顶部，为电容式麦克风；第二麦克风设置于讲台上，对准教师的座位，为动圈麦克风；第三麦克风的数量与空气净化模块(1)的数量相同，且设置在空气净化模块(1)的内部；
第一麦克风收集第一声音信号，第二麦克风收集第二声音信号，第一声音信号和第二声音信号被发送给主控制器，主控制器将第一声音信号和第二声音信号进行音量标准化后进行差分，得到差分声音信号；然后主控制器将差分声音信号发送给环境降噪模块，环境降噪模块通过设置在空气净化模块(1)外壳上的定向扬声器输出与差分声音信号反相的第一反噪声信号，达到环境降噪的目的；
每个第三麦克风采集净化声音信号，并将净化声音信号发送给主控制器，然后主控制器将净化声音信号发送给净化器降噪模块，净化器降噪模块通过设置在与第三麦克风对应的空气净化模块(1)外壳上的定向扬声器输出与净化声音信号反相的第二反噪声信号，达到净化器降噪的目的。
6.根据权利要求5所述的一种教室环境控制系统，其特征在于：
定向扬声器由设置在空气净化模块(1)外壳上的朝向多个方向设置的多个小扬声单元组成。
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