CN111586948A - 教室照度自动监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种教室照度自动监控方法，通过教室照度自动监控系统实现，教室照度自动监控系统包括中央处理器、多个照度传感器、多个控制面板和多个灯组，教室照度自动监控方法包括以下步骤：录入所有教室或所有教室内对应局部区域的修正照度值U 0 ，设定对应局部区域的标准照度值y（t）；照度传感器采集对应局部区域的实际照度模拟值；中央处理器接计算照度值差值的绝对值e（t）；比较e（t）与U 0 的大小，确定是否改变控制面板的输出信号；完成所有局部区域的监控流程。本发明实现了对教室内不同区域照度精确控制的目的，从本质上解决了因教室内照度不能自动、精确地控制导致的学生弱视、浪费电能的问题。

Description

教室照度自动监控方法
技术领域
本发明涉及一种室内灯光照度监控方法，尤其涉及一种教室照度自动监控方法。
背景技术
依据调查研究表明，随着中、小学学生的近视眼呈现逐年上升趋势，其中的一个原因就是教室内难以兼顾节约用电和确保足够照度引起的，目前主要的灯光控制方法还是根据人为判断教室内光线强弱并以此为依据人工开关灯，一方面造成很多时候照度非明显不足时将就不开灯使用的现象，另一方面教室内不同区域获得自然光不同导致各区域的照度不同，这些现象都会造成某些时段内教室全部或局部照度不能达到国标标准，所以会导致学生视力弱化。
为了解决上述问题，包括申请号为“201811189299.4”、专利名称为“教室灯光控制方法与系统”的发明专利申请在内的多个专利申请进行了一些教室照度自动监控的技术创新，但是，这些专利申请基本都只公开了较为简单的灯光控制装置和控制方法，远不能实现根据教室内不同区域的实际照度监测来实现对不同区域照度的精确控制目的，所以难以解决本质问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够根据教室内不同区域的实际照度监测来实现对不同区域照度精确控制目的的教室照度自动监控方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种教室照度自动监控方法，通过教室照度自动监控系统实现，所述教室照度自动监控系统包括中央处理器、多个照度传感器、多个控制面板和多个灯组，多个所述照度传感器和多个所述灯组分别安装于教室内的多个局部区域内，多个所述照度传感器、多个所述控制面板、多个所述灯组和教室内的多个局部区域之间一一对应，多个所述照度传感器的信号输出端分别与所述中央处理器的照度信号输入端对应连接，所述中央处理器与多个所述控制面板之间对应双向连接，多个所述控制面板的信号输出端与多个所述灯组的输入端对应连接；所述教室照度自动监控方法包括以下步骤：
步骤1、教室照度自动监控系统上电初始化后，录入所有教室或所有教室内对应局部区域的修正照度值U 0 ，U 0 根据对应空间内的光照均匀度确定，光照均匀度越好，U 0 越小，反之越大；同时在中央处理器内设定对应局部区域的标准照度值y（t）；
步骤2、教室照度自动监控系统正常运行，照度传感器采集对应局部区域的实际照度模拟值并将此信息发送给中央处理器；
步骤3、中央处理器接收到实际照度模拟值信息后将其转换为数字信号的实际照度值r （t），按下述公式计算照度值差值的绝对值e（t）：
e（t）=∣r（t）- y（t）∣；
步骤4、中央处理器比较e（t）与U 0 的大小，如果e（t）小于U 0 ，则完成对应局部区域的本次照度自动监控流程并转至步骤7；如果e（t）大于或等于U 0 ，则转至步骤5；
步骤5、中央处理器按下述公式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，u（t）为需要增加或减少的照度变量，K p 是比例系数，T I 是积分时间常数，T d 是微分时间常数，d是微分运算；如果r（t）大于 y（t），则u（t）为需要减少的照度变量，如果r（t）小于 y（t），则u（t）为需要增加的照度变量；
步骤6、中央处理器根据u（t）按现有技术计算出对应灯组需要增加或减少的功率，并按现有技术计算转换为指令信号发送给对应的控制面板，该控制面板输出对应信号给对应灯组；如果中央处理器通过无线通信模块与云服务器连接，则将上述数据发送给云服务器；完成对应局部区域的本次照度自动监控流程；
步骤7、对于下一个局部区域，重复步骤2-步骤6，直到完成所有局部区域的本次照度自动监控流程；
步骤8、重复步骤2-步骤7，完成下一次照度自动监控流程；如果需要重新设定U 0 和/或y （t），则重复步骤1-步骤7。
作为优选，所述步骤1中，U 0 为10-50 lux。Lux即勒克斯，是照明单位。
作为优选，为了减小灯光变化调节的视觉影响，所述步骤6中，控制面板的信号输出方式采用PWM逐次变化的实方式，其变化步进对应的照度值不大于2lux。
作为优选，为了适应讲台和其它位置的不同照度标准并提高学习区域的均匀度，一个所述教室内安装有三个所述照度传感器、三个所述控制面板和三个所述灯组，三个所述局部区域中的一个设于教室内的讲台位置，设教室内讲台到后墙之间的中点为A点，三个所述局部区域中的另外两个分别设于A点与讲台之间的中点位置、A点与后墙之间的中点位置。
本发明的有益效果在于：
本发明通过在教室内不同区域安装对应的照度传感器和灯组，并利用对应的控制面板为对应灯组提供控制信号，实现对教室内不同区域的实际照度的精确监测，并通过中央处理器比较实际照度值和标准照度值，同时引入修正照度值以避免灯光的高频变化，最终实现了对教室内不同区域照度精确控制的目的，使教室内任何时候都能够自动精确地控制照度，避免因照度过高导致的刺眼、费电问题以及因照度过低导致学生弱视的问题，从本质上解决了因教室内照度不能自动、精确地控制导致的学生弱视、浪费电能的问题。
附图说明
图1是本发明所述教室照度自动监控系统的电路框图；
图2是本发明所述教室照度自动监控方法采用闭环控制示意框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明所述教室照度自动监控方法，通过教室照度自动监控系统实现，所述教室照度自动监控系统包括中央处理器、多个照度传感器、多个控制面板和多个灯组，多个所述照度传感器和多个所述灯组分别安装于教室内的多个局部区域内，多个所述照度传感器、多个所述控制面板、多个所述灯组和教室内的多个局部区域之间一一对应，多个所述照度传感器的信号输出端分别与所述中央处理器的照度信号输入端对应连接，所述中央处理器与多个所述控制面板之间对应双向连接，多个所述控制面板的信号输出端与多个所述灯组的输入端对应连接，所述中央处理器的通信端与无线通信模块的本地通信端连接，所述无线通信模块的远程通信端与云服务器之间无线通信连接；作为优选，一个所述教室内安装有三个所述照度传感器、三个所述控制面板和三个所述灯组，三个所述局部区域中的一个设于教室内的讲台位置，设教室内讲台到后墙之间的中点为A点，三个所述局部区域中的另外两个分别设于A点与讲台之间的中点位置、A点与后墙之间的中点位置；所述照度传感器安装在对应局部区域的天花板上，并采用吸顶式安装，向下采集照度信号，不受灯光直射影响且均匀度较好。
结合图1和图2，本发明所述教室照度自动监控方法包括以下步骤：
步骤1、教室照度自动监控系统上电初始化后，录入所有教室或所有教室内对应局部区域的修正照度值U 0 ，U 0 根据对应空间内的光照均匀度确定，光照均匀度越好，U 0 越小，反之越大，U 0 为10-50 lux；同时在中央处理器内设定对应局部区域的标准照度值y（t）；
步骤2、教室照度自动监控系统正常运行，照度传感器采集对应局部区域的实际照度模拟值并将此信息发送给中央处理器；
步骤3、中央处理器接收到实际照度模拟值信息后将其转换为数字信号的实际照度值r （t），按下述公式计算照度值差值的绝对值e（t）：
e（t）=∣r（t）- y（t）∣；
步骤4、中央处理器比较e（t）与U 0 的大小，如果e（t）小于U 0 ，则完成对应局部区域的本次照度自动监控流程并转至步骤7；如果e（t）大于或等于U 0 ，则转至步骤5；
步骤5、中央处理器按下述公式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
其中，u（t）为需要增加或减少的照度变量，K p 是比例系数，T I 是积分时间常数，T d 是微分时间常数，d是微分运算；如果r（t）大于 y（t），则u（t）为需要减少的照度变量，如果r（t）小于 y（t），则u（t）为需要增加的照度变量；
步骤6、中央处理器根据u（t）按现有技术计算出对应灯组需要增加或减少的功率，并按现有技术计算转换为指令信号发送给对应的控制面板，该控制面板输出对应信号给对应灯组，控制面板的信号输出方式采用PWM逐次变化的实方式，其变化步进对应的照度值不大于2lux；如果中央处理器通过无线通信模块与云服务器连接，则将上述数据发送给云服务器，否则无需发送；完成对应局部区域的本次照度自动监控流程；
步骤7、对于下一个局部区域，重复步骤2-步骤6，直到完成所有局部区域的本次照度自动监控流程；
步骤8、重复步骤2-步骤7，完成下一次照度自动监控流程；如果需要重新设定U 0 和/或y （t），则重复步骤1-步骤7。
上述监控方法形成由局部区域采集照度信号到控制该局部区域的照度的自动闭环控制，完全自动化且控制精确。
上述方法中，步骤2中照度传感器采集对应局部区域的实际照度模拟值的方法如下：
首先在照度测量区域将测量区划分为矩形网格阵列，网格宜为正方形，应在正方形网格中心点测量照度，该布点方法适用于水平照度、垂直照度或者摄像机方向的垂直照度的测量，垂直照度应标明照度的测量面的法线方向；
实际照度模拟值采用平均照度值，其计算公式如下：
Figure RE-809109DEST_PATH_IMAGE001
其中，E av 为平均照度值，E i 为在第i个测点上的照度值，M为纵向测点数，N为横向测点数。
上述方法中，如果中央处理器和控制面板响应过快，容易造成系统调整稳定性变差，容易造成整个系统振荡，显示出来的就是灯光闪烁，因此为了避免这个情况的出现，设定了一个修正照度值U 0 ，在实际照度值r（t）和标准照度值y（t）之间的差值小于U 0 时，不改变灯组的亮度，从而避免了控制面板输出信号高频变化导致的灯光闪烁问题。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (4)

1.一种教室照度自动监控方法，通过教室照度自动监控系统实现，所述教室照度自动监控系统包括中央处理器、多个照度传感器、多个控制面板和多个灯组，多个所述照度传感器和多个所述灯组分别安装于教室内的多个局部区域内，多个所述照度传感器、多个所述控制面板、多个所述灯组和教室内的多个局部区域之间一一对应，多个所述照度传感器的信号输出端分别与所述中央处理器的照度信号输入端对应连接，所述中央处理器与多个所述控制面板之间对应双向连接，多个所述控制面板的信号输出端与多个所述灯组的输入端对应连接；其特征在于：所述教室照度自动监控方法包括以下步骤：
步骤1、教室照度自动监控系统上电初始化后，录入所有教室或所有教室内对应局部区域的修正照度值U 0 ，U 0 根据对应空间内的光照均匀度确定，光照均匀度越好，U 0 越小，反之越大；同时在中央处理器内设定对应局部区域的标准照度值y（t）；
步骤2、教室照度自动监控系统正常运行，照度传感器采集对应局部区域的实际照度模拟值并将此信息发送给中央处理器；
步骤3、中央处理器接收到实际照度模拟值信息后将其转换为数字信号的实际照度值r （t），按下述公式计算照度值差值的绝对值e（t）：
e（t）=∣r（t）- y（t）∣；
步骤4、中央处理器比较e（t）与U 0 的大小，如果e（t）小于U 0 ，则完成对应局部区域的本次照度自动监控流程并转至步骤7；如果e（t）大于或等于U 0 ，则转至步骤5；
步骤5、中央处理器按下述公式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，u（t）为需要增加或减少的照度变量，K p 是比例系数，T I 是积分时间常数，T d 是微分时间常数，d是微分运算；如果r（t）大于 y（t），则u（t）为需要减少的照度变量，如果r（t）小于 y（t），则u（t）为需要增加的照度变量；
步骤6、中央处理器根据u（t）按现有技术计算出对应灯组需要增加或减少的功率，并按现有技术计算转换为指令信号发送给对应的控制面板，该控制面板输出对应信号给对应灯组；如果中央处理器通过无线通信模块与云服务器连接，则将上述数据发送给云服务器；完成对应局部区域的本次照度自动监控流程；
步骤7、对于下一个局部区域，重复步骤2-步骤6，直到完成所有局部区域的本次照度自动监控流程；
步骤8、重复步骤2-步骤7，完成下一次照度自动监控流程；如果需要重新设定U 0 和/或y （t），则重复步骤1-步骤7。
2.根据权利要求1所述的教室照度自动监控方法，其特征在于：所述步骤1中，U 0 为10-50lux。
3.根据权利要求1所述的教室照度自动监控方法，其特征在于：所述步骤6中，控制面板的信号输出方式采用PWM逐次变化的实方式，其变化步进对应的照度值不大于2lux。
4.根据权利要求1、2或3所述的教室照度自动监控方法，其特征在于：一个所述教室内安装有三个所述照度传感器、三个所述控制面板和三个所述灯组，三个所述局部区域中的一个设于教室内的讲台位置，设教室内讲台到后墙之间的中点为A点，三个所述局部区域中的另外两个分别设于A点与讲台之间的中点位置、A点与后墙之间的中点位置。
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