CN113692098A - 一种教室照明光环境模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种教室照明光环境模拟方法，包括控制中心模块、数据预设模块、光传感器、照度传感模块、亮度传感模块、数据传输模块、数据处理模块、光环境模拟模块、照明设备、智能开关模块、自动断电模块和红外感应模块。该教室照明光环境模拟方法，设置有光环境模拟系统，利用光传感器对教室实时光环境进行监测，并形成实时数据传递给控制中心模块，控制中心模块根据实时数据和模拟数据进行处理，作出光环境模拟结果，并操控系统内的照明设备进行光环境构建，改进后的教室照明可以进行光环境模拟，能够将教室保持在一个适宜的光环境中，不易出现光线过强或过弱的情况，在该环境中学习对学生的眼睛伤害较小，有利于学生的视力保护。
Description
技术领域
本发明涉及教室照明技术领域，具体为一种教室照明光环境模拟方法。
背景技术
教室是教师向学生传授课业的场所，它是一间由前面是讲台、后面是座位的大房间构成，并配有照明设备、多媒体等器械，方便学生上课，其中照明设备被用于控制室内的明亮程度，适宜的光线能够对学生的眼睛起到保护作用，使得学生可以在适宜的环境中学习，但现有的学校照明方法较为落后，照明设备无法进行光环境模拟，不能将教室保持在一个适宜的光环境中，光线过强或过弱的环境对学生的眼睛伤害极大，容易导致学生近视，不利于学生的视力保护，除此之外，现有的照明设备的节能效果较差，当教室内无人时，无法自动对照明设备进行关闭，容易出现无效照明，造成不必要的电力资源浪费，同时现有的照明设备布设不合理，均布设于教室天花板上，对黑板的照明效果较差，部分学生由于角度问题观看黑板会出现反光。
针对上述问题，急需在原有教室照明结构的基础上进行创新设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种教室照明光环境模拟方法，以解决上述背景技术中提出的无法进行光环境模拟，不能将教室保持在一个适宜的光环境中，光线过强或过弱的环境对学生的眼睛伤害极大，容易导致学生近视，照明设备的节能效果较差，当教室内无人时，无法自动对照明设备进行关闭，照明设备布设不合理，均布设于教室天花板上，对黑板的照明效果较差，部分学生由于角度限制观看黑板会出现反光的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种教室照明光环境模拟方法，包括：教室照明光环境模拟系统包含有控制中心模块、数据预设模块、光传感器、照度传感模块、亮度传感模块、数据传输模块、数据处理模块、光环境模拟模块、照明设备、智能开关模块、自动断电模块和红外感应模块，
所述控制中心模块对整体进行运算控制，从而来保证整体流程的正常进行，通过控制中心模块能够根据指令的功能，进而产生相应的操作控制信号，发给对应的部件，控制部件按照指令的要求进行工作；
所述数据预设模块将预估计的各项数据值输入控制中心模块内，为控制中心模块的后续实验模拟提供预估数据基础；
所述光传感器进行教室照明的检测，对教室内部的照明情况进行进一步的感知记录，形成数据并以电信号的形式传递；
所述照度传感模块为光传感器的下属部件之一，被用于感知教室内部照度情况，为光传感器提供感知信息；
所述亮度传感模块为光传感器的下属部件之一，被用于感知教室内部亮度情况，为光传感器提供感知信息；
所述数据传输模块将光传感器收集到的照度和亮度实时数据信息输入控制中心模块内，为控制中心模块的后续实验模拟提供实时数据基础；
所述数据处理模块对控制中心模块传输的预估数据和实时数据进行收集，再根据模块内部已经设定的计算规则对收到的指令数据进行分析处理，使原本毫无联系的数据，建立联系并得出分析结果；
所述光环境模拟模块接收数据处理模块传递的分析结果，产生构建指定光环境所需要的相应操作指令，并传递给参与构建光环境的部件，控制部件按照指令的要求进行工作，模拟出适宜的光环境；
所述照明设备由多个宽照明灯和子照明灯共同组建构成，接收到光环境模拟模块的指令后，按照指令要求进行环境构建；
所述智能开关模块是控制中心模块的控制端，可以操纵和决定控制中心模块输出使用者需要的指令，对整个光环境模拟系统具有绝对控制效果，可忽略数据处理模块的分析结果对系统运行直接进行控制；
所述红外感应模块依托于现有的人体红外感应技术，可对教室内的人体进行感应识别，并根据识别结果生成断电指令；
所述自动断电模块对红外感应模块的断电指令进行接收，从而对照明设备进行断电控制，可避免在无人状态下照明设备工作造成照明浪费。
优选的，所述数据预设模块分为离散光环境数据预设、照度传感模块数据预设和亮度传感模块数据预设三个部分，且离散光环境数据预设、照度传感模块数据预设和亮度传感模块数据预设所预设的数据均能传递到控制中心模块上。
优选的，所述数据预设模块预设的数据均为离散光环境数据预设、照度传感模块数据预设和亮度传感模块数据预设在理想状态的最佳数据，共同构建了在预设时间序列下最优光照环境数据。
优选的，所述智能开关模块包括有调节控制区域、环境切换区域和电源控制区域，且智能开关模块通过控制中心模块实现对照明设备的控制。
优选的，所述调节控制区域的功能是调节改变照明设备的照度和亮度，环境切换区域的功能是对光环境模拟的环境进行切换改变，电源控制区域的功能是连接或断开照明设备的电源。
优选的，所述数据处理模块是由实验数据收集、自定义函数计算、结果数值分析和模拟结果输出组成，且数据处理模块能够对接收的数据进行计算处理，并且能够将处理结果输出给指定对应的模块。
优选的，所述数据处理模块中自定义有光环境计算函数，且函数具体采用如下定义：
对于光环境，其计算函数为，
其中，Kp为实际光环境，由光传感器获取，Mi为照明设备环境，Ki为最优光照环境数据,aM、dM分别为预设光环境数据的最大值和最小值。
优选的，所述红外感应模块和自动断电模块之间还包括有一个教室无人判别，通过红外感应模块的人体红外感应技术可对教室内存在的人员进行感知，若红外感应模块感知教室内部为无人状态，则发送断电指令给自动断电模块，对所述照明设备执行断电关闭操作。
优选的，所述照明设备包括宽照明灯和子照明灯，且宽照明灯位于黑板顶部，且子照明灯呈点阵布设于教室顶部。
与现有技术相比，本发明提供了教室照明光环境模拟方法，具有以下优点：
1.设置有光环境模拟系统，利用光传感器对教室实时光环境进行监测，并形成实时数据传递给控制中心模块，控制中心模块根据实时数据和模拟数据进行处理，作出光环境模拟结果，并操控系统内的照明设备进行光环境构建，改进后的教室照明可以进行光环境模拟，能够将教室保持在一个适宜的光环境中，不易出现光线过强或过弱的情况，在该环境中学习对学生的眼睛伤害较小，不易导致学生近视，有利于学生的视力保护；
2.设置有红外感应模块和自动断电模块，利用红外感应模块对教室内部是否存在学生进行感应，当感应结果为无人状态时，发送断电指令给自动断电模块，自动断电模块根据指令控制照明设备进行断电操作，改进后的照明设备的节能效果较好，当教室内无人时，可以自动对照明设备进行关闭，不易出现无效照明，减少了不必要的电力资源浪费；
3.改进后的照明设备布设较为合理，不仅在教室天花板上布设有子照明灯，并且子照明灯呈现点阵排列，使得教室内部照明光线分布均匀，而且还在黑板顶部增设有宽照明灯，对黑板的照明效果较好，不会出现因为角度问题导致的观看黑板反光。
附图说明
图1为本发明整体流程步骤示意图；
图2为本发明数据预设模块示意图；
图3为本发明智能开关模块示意图；
图4为本发明红外感应模块工作流程示意图；
图5为本发明数据处理模块工作流程示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种教室照明光环境模拟方法，包括：控制中心模块、数据预设模块、光传感器、照度传感模块、亮度传感模块、数据传输模块、数据处理模块、光环境模拟模块、照明设备、智能开关模块、自动断电模块和红外感应模块，
控制中心模块对整体进行运算控制，从而来保证整体流程的正常进行，通过控制中心模块能够根据指令的功能，进而产生相应的操作控制信号，发给对应的部件，控制部件按照指令的要求进行工作；
数据预设模块将预估计的各项数据值输入控制中心模块内，为控制中心模块的后续实验模拟提供预估数据基础；
光传感器进行教室照明的检测，对教室内部的照明情况进行进一步的感知记录，形成数据并以电信号的形式传递；
照度传感模块为光传感器的下属部件之一，被用于感知教室内部照度情况，为光传感器提供感知信息；
亮度传感模块为光传感器的下属部件之一，被用于感知教室内部亮度情况，为光传感器提供感知信息；
数据传输模块将光传感器收集到的照度和亮度实时数据信息输入控制中心模块内，为控制中心模块的后续实验模拟提供实时数据基础；
数据处理模块对控制中心模块传输的预估数据和实时数据进行收集，再根据模块内部已经设定的计算规则对收到的指令数据进行分析处理，使原本毫无联系的数据，建立联系并得出分析结果；
光环境模拟模块接收数据处理模块传递的分析结果，产生构建指定光环境所需要的相应操作指令，并传递给参与构建光环境的部件，控制部件按照指令的要求进行工作，模拟出适宜的光环境；
照明设备由多个宽照明灯和子照明灯共同组建构成，接收到光环境模拟模块的指令后，按照指令要求进行环境构建；
智能开关模块是控制中心模块的控制端，可以操纵和决定控制中心模块输出使用者需要的指令，对整个光环境模拟系统具有绝对控制效果，可忽略数据处理模块的分析结果对系统运行直接进行控制；
红外感应模块依托于现有的人体红外感应技术，可对教室内的人体进行感应识别，并根据识别结果生成断电指令；
自动断电模块对红外感应模块的断电指令进行接收，从而对照明设备进行断电控制，可避免在无人状态下照明设备工作造成照明浪费。
具体的如图1和图2所示，数据预设模块分为离散光环境数据预设、照度传感模块数据预设和亮度传感模块数据预设三个部分，且离散光环境数据预设、照度传感模块数据预设和亮度传感模块数据预设所预设的数据均能传递到控制中心模块上，通过设置的数据预设模块，可用于预设离散光环境数据、照度传感模块数据和亮度传感模块数据，为数据处理模块的函数计算提供实验所需的各项预设数据；
具体的如图2所示，数据预设模块预设的数据均为离散光环境数据预设、照度传感模块数据预设和亮度传感模块数据预设在理想状态的最佳数据，共同构建了在预设时间序列下最优光照环境数据，离散光环境数据预设、照度传感模块数据预设和亮度传感模块数据预设三种数据预设按照时间序列进行，可得到不同时间段的最优光照环境；
具体的如图1和3所示，智能开关模块包括有调节控制区域、环境切换区域和电源控制区域，且智能开关模块通过控制中心模块实现对照明设备的控制，通过设置的智能开关模块，可根据人的主观感受对教室内部的光环境进行调节，避免了由于光传感器故障或数据处理模块处理故障等原因，导致的照明设备不正常运作，也可以让该装置的适宜性更强，可以根据学生和教师的主观感受进行微调，使得系统模拟出的光环境更能贴合不同使用者的使用喜好；
具体的如图3所示，调节控制区域的功能是调节改变照明设备的照度和亮度，环境切换区域的功能是对光环境模拟的环境进行切换改变，电源控制区域的功能是连接或断开照明设备的电源，将智能开关模块进行多个功能区域划分，方便了学生和教师的操作使用，尤其是电源控制区域可进行紧急断电，若遇到紧急特殊情况，可直接切断电源对全体照明设备进行断电保护；
具体的如图1和图5所示，数据处理模块是由实验数据收集、自定义函数计算、结果数值分析和模拟结果输出组成，且数据处理模块能够对接收的数据进行计算处理，并且能够将处理结果输出给指定对应的模块，通过设置的数据处理模块，可根据其内部设定的算法对收集来的实时数据、预设的理想数据进行计算，并通过计算得出适宜的照明光环境，利用算法计算代替人的主观感觉，使得装置的智能化程度更高、光环境模拟的准确性更高；
具体的如图5所示，数据处理模块中自定义有光环境计算函数，且函数具体采用如下定义：
对于光环境，其计算函数为，
其中，Kp为实际光环境，由光传感器获取，Mi为照明设备环境，Ki为最优光照环境数据,aM、dM分别为预设光环境数据的最大值和最小值；
通过在数据处理模块中设定自定义函数，辅助数据处理模块进行数据处理工作，并能够根据函数计算的结果得出照明设备的环境；
具体的如图1和图4所示，红外感应模块和自动断电模块之间还包括有一个教室无人判别，通过红外感应模块的人体红外感应技术可对教室内存在的人员进行感知，若红外感应模块感知教室内部为无人状态，则发送断电指令给自动断电模块，对照明设备执行断电关闭操作，通过设置的红外感应模块，可对教室内的学生和教师进行感知，用以识别教室内部是否有人，为自动断电提供了断电依据，避免了在无人状态下开启照明设备，造成电力资源浪费；
具体的如图1所示，照明设备包括宽照明灯和子照明灯，且宽照明灯位于黑板顶部，且子照明灯呈点阵布设于教室顶部，黑板顶部设置的宽照明灯，可针对黑板区域进行照明，避免出现反光等问题，又通过点阵布设的子照明灯，使得教室内部照明光线分布均匀。
工作原理：在使用该教室照明光环境模拟方法时，根据图1、图2、图3 和图4，在教室内部安装多个光传感器，光传感器通过照度传感模块和照度传感模块对教室内部的光环境的照度和亮度进行感知记录，并形成数值数据，通过数据传输模块传递给控制中心模块，数据预设模块事先向控制中心模块内输入预设数据，即按照时间序列进行的离散光环境数据预设、照度传感模块数据预设和亮度传感模块数据预设，控制中心模块对数据传输模块传递的实时数据、数据预设模块传递的预设数据进行整合，并传递给数据处理模块，数据处理模块依次经过实验数据收集、自定义函数计算、结果数值分析和模拟结果输出四步，对接收到的数据进行分析处理，使原本毫无联系的数据，建立联系并得出分析结果，并将结果传递给光环境模拟模块，光环境模拟模块接收数据处理模块传递的分析结果，产生构建指定光环境所需要的相应操作指令，并传递给构建光环境的照明设备，照明设备下属的宽照明灯和子照明灯接到指令后，模拟出适宜的光环境，光传感器对该光环境进行感知，形成新的数据反馈给控制中心模块，系统还设置有智能开关模块，智能开关模块包括有调节控制区域(功能为调节改变照明设备的照度和亮度)、环境切换区域(功能为对光环境模拟的环境进行切换改变)和电源控制区域(功能为连接或断开照明设备的电源)，智能开关模块通过控制中心模块实现对照明设备的控制，通过设置的智能开关模块，可根据人的主观感受对教室内部的光环境进行调节；
上述提及的自定义函数为
其中，Kp为实际光环境，由光传感器获取，Mi为照明设备环境，Ki为最优光照环境数据,aM、dM分别为预设光环境数据的最大值和最小值；
根据图1和图4，教室内设有红外感应模块，通过红外感应模块的人体红外感应技术可对教室内存在的人员进行感知，并进行无人判别，若无人判别的结果为是，则发送断电指令给自动断电模块，对照明设备执行断电关闭操作，若无人判别的结果为否，则再次回到红外感应模块；
根据图1，照明设备分为宽照明灯和子照明灯两部分，将子照明灯呈现点阵排列布设在天花板上，使教室内部照明光线分布均匀，宽照明灯则安装在黑板顶部，不针对黑板区域进行照明，避免出现反光等问题。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种教室照明光环境模拟方法，其特征在于：所述教室照明光环境模拟系统包含有控制中心模块、数据预设模块、光传感器、照度传感模块、亮度传感模块、数据传输模块、数据处理模块、光环境模拟模块、照明设备、智能开关模块、自动断电模块和红外感应模块，
所述控制中心模块对整体进行运算控制，从而来保证整体流程的正常进行，通过控制中心模块能够根据指令的功能，进而产生相应的操作控制信号，发给对应的部件，控制部件按照指令的要求进行工作；
所述数据预设模块将预估计的各项数据值输入控制中心模块内，为控制中心模块的后续实验模拟提供预估数据基础；
所述光传感器进行教室照明的检测，对教室内部的照明情况进行进一步的感知记录，形成数据并以电信号的形式传递；
所述照度传感模块为光传感器的下属部件之一，被用于感知教室内部照度情况，为光传感器提供感知信息；
所述亮度传感模块为光传感器的下属部件之一，被用于感知教室内部亮度情况，为光传感器提供感知信息；
所述数据传输模块将光传感器收集到的照度和亮度实时数据信息输入控制中心模块内，为控制中心模块的后续实验模拟提供实时数据基础；
所述数据处理模块对控制中心模块传输的预估数据和实时数据进行收集，再根据模块内部已经设定的计算规则对收到的指令数据进行分析处理，使原本毫无联系的数据，建立联系并得出分析结果；
所述光环境模拟模块接收数据处理模块传递的分析结果，产生构建指定光环境所需要的相应操作指令，并传递给参与构建光环境的部件，控制部件按照指令的要求进行工作，模拟出适宜的光环境；
所述照明设备由多个宽照明灯和子照明灯共同组建构成，接收到光环境模拟模块的指令后，按照指令要求进行环境构建；
所述智能开关模块是控制中心模块的控制端，可以操纵和决定控制中心模块输出使用者需要的指令，对整个光环境模拟系统具有绝对控制效果，可忽略数据处理模块的分析结果对系统运行直接进行控制；
所述红外感应模块依托于现有的人体红外感应技术，可对教室内的人体进行感应识别，并根据识别结果生成断电指令；
所述自动断电模块对红外感应模块的断电指令进行接收，从而对照明设备进行断电控制，可避免在无人状态下照明设备工作造成照明浪费。
2.根据权利要求1所述的一种教室照明光环境模拟方法，其特征在于：所述数据预设模块分为离散光环境数据预设、照度传感模块数据预设和亮度传感模块数据预设三个部分，且离散光环境数据预设、照度传感模块数据预设和亮度传感模块数据预设所预设的数据均能传递到控制中心模块上。
3.根据权利要求2所述的一种教室照明光环境模拟方法，其特征在于：所述数据预设模块预设的数据均为离散光环境数据预设、照度传感模块数据预设和亮度传感模块数据预设在理想状态的最佳数据，共同构建了在预设时间序列下最优光照环境数据。
4.根据权利要求1所述的一种教室照明光环境模拟方法，其特征在于：所述智能开关模块包括有调节控制区域、环境切换区域和电源控制区域，且智能开关模块通过控制中心模块实现对照明设备的控制。
5.根据权利要求4所述的一种教室照明光环境模拟方法，其特征在于：所述调节控制区域的功能是调节改变照明设备的照度和亮度，环境切换区域的功能是对光环境模拟的环境进行切换改变，电源控制区域的功能是连接或断开照明设备的电源。
6.根据权利要求1所述的一种教室照明光环境模拟方法，其特征在于：所述数据处理模块是由实验数据收集、自定义函数计算、结果数值分析和模拟结果输出组成，且数据处理模块能够对接收的数据进行计算处理，并且能够将处理结果输出给指定对应的模块。
7.根据权利要求6所述的一种教室照明光环境模拟方法，其特征在于：所述数据处理模块中自定义有光环境计算函数，且函数具体采用如下定义：
对于光环境，其计算函数为，
其中，Kp为实际光环境，由光传感器获取，Mi为照明设备环境，Ki为最优光照环境数据,aM、dM分别为预设光环境数据的最大值和最小值。
8.根据权利要求1所述的一种教室照明光环境模拟方法，其特征在于：所述红外感应模块和自动断电模块之间还包括有一个教室无人判别，通过红外感应模块的人体红外感应技术可对教室内存在的人员进行感知，若红外感应模块感知教室内部为无人状态，则发送断电指令给自动断电模块，对所述照明设备执行断电关闭操作。
9.根据权利要求1所述的一种教室照明光环境模拟方法，其特征在于：所述照明设备包括宽照明灯和子照明灯，且宽照明灯位于黑板顶部，且子照明灯呈点阵布设于教室顶部。
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-
2021
- 2021-07-26 CN CN202110841455.6A patent/CN113692098B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113692098B (zh) | 2023-10-24 |
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