CN115623643A - 一种教室智能照明控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种教室智能照明控制系统，包括光照数据采集模块、人数统计模块、控制模块和照明模块，光照数据采集模块、人数统计模块和照明模块均与控制模块电连接；其中，光照数据采集模块用于采集教室不同位置的光照数据，并将采集的光照数据发送至控制模块中，光照数据包括光照强度和眩光值；人数统计模块用于采集教室内的人员分布数据，并将采集的人员分布数据发送至控制模块中；控制模块用于根据光照数据和人员分布数据，控制照明模块的发光状态。教室智能照明控制系统能够依据室内光照强度、眩光值以及室内人员分布情况对教室内光照情况进行实时、动态的调整，既使得教室内的光照强度充足，又使得教室内亮度分布适宜，且能够减少电力浪费。

Description

一种教室智能照明控制系统
技术领域
本发明涉及智能教室技术领域，具体涉及一种教室智能照明控制系统。
背景技术
目前，教学环境不仅要有足够的工作照明，更需要舒适的视觉环境。照明已经成为直接影响师生学习和工作效率的主要因素，因此，已经引起人们的高度重视。做好照明设计，加强照明控制设计，已成为建设现代化学校的重要内容。
教室是为学生提供学习的地方，因此其灯光亮度就显得特别重要。目前，教室照明系统主要以全开和全关为主，经常会出现忘关灯，长明灯的现状；有时会见到某个空无一人的教室灯火通明，或者在白天室外阳光强烈，无需开灯的情况下，教室里的灯却开着，这些情况都造成了很大的浪费。并且，现有的教室照明系统也不能根据教室内人数和光照情况，自动按需控制照设备，存在照明设备滥用、教室光照亮度分布不均，造成学生容易视觉疲劳和存在电力浪费的现象。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种教室智能照明控制系统，以解决背景技术中所提出的技术问题。
一种教室智能照明控制系统，包括光照数据采集模块、人数统计模块、控制模块和照明模块，所述光照数据采集模块、人数统计模块和照明模块均与所述控制模块电连接；其中，
所述光照数据采集模块用于采集教室不同位置的光照数据，并将采集的光照数据发送至所述控制模块中，所述光照数据包括光照强度和眩光值；
所述人数统计模块用于采集教室内的人员分布数据，并将采集的人员分布数据发送至所述控制模块中；
所述控制模块用于根据所述光照数据和人员分布数据，控制所述照明模块的发光状态。
进一步，所述照明模块包括座位照明灯和黑板照明灯，多个所述座位照明灯分别设置在教室不同区域上方用于对对应的教室区域进行照明；多个所述黑板照明灯相对于黑板板面设置用于对黑板板面进行照明；
每片教室区域内和黑板板面上均设置有光照数据采集模块，所述光照数据采集模块包括光照强度采集元件和眩光值采集元件。
进一步，所述座位照明灯呈水平设置的长方体状，包括第一灯罩、设置在所述第一灯罩内的LED灯以及设置在所述第一灯罩底部的防眩光板，所述防眩光板底部贴合设置有透光率可调的透光件；
所述LED灯和透光件均与所述控制模块电连接；
所述第一灯罩通过拉杆安装在教室楼顶上。
进一步，所述黑板照明灯呈水平设置的长方体状，包括安装壳、安装在所述安装壳内的第二灯罩、设置在所述第二灯罩内的LED灯以及设置在所述第二灯罩底部的防眩光板，所述防眩光板底部贴合设置有透光率可调的透光件；
所述第二灯罩两端通过倾角调整机构与所述安装壳连接，所述倾角调整机构用于调整所述第二灯罩的倾斜角度；
所述LED灯、透光件和倾角调整机构均与所述控制模块电连接；
所述安装壳通过拉杆安装在教室楼顶上。
进一步，所述倾角调整机构包括电机、齿轮和呈扇形的齿轮盘，所述齿轮通过轮轴转动安装在所述安装壳端部的内壁上，所述齿轮盘固定安装在所述第二灯罩端部，所述齿轮盘与所述齿轮相互啮合，所述齿轮盘上设置有同心的连接轴，所述连接轴转动连接在所述安装壳端部；
所述电机固定安装在所述安装壳顶部，所述电机和轮轴上均设置有同步轮，两个所述同步轮之间通过同步带连接。
进一步，所述电机为伺服减速电机。
进一步，所述透光件与所述防眩光板之间通过呈U型的卡件固定连接，所述透光件与所述防眩光板插设在所述卡件内；
所述卡件的两侧顶部均向内弯折形成连接部，所述透光件和防眩光板上均开设有与所述连接部对应的沟槽，所述连接部穿设在所述沟槽内。
进一步，所述透光件为渐变雾化玻璃。
进一步，所述人数统计模块包括多个红外探测器，所述红外探测器与座椅一一对应设置。
进一步，所述控制模块包括单片机。
本发明的有益效果体现在：
本发明提供的教室智能照明控制系统能够依据室内光照强度、眩光值以及室内人员分布情况对教室内光照情况进行实时、动态的调整，既使得教室内的光照强度充足，又使得教室内亮度分布适宜，减少学生视觉疲劳，且能够减少电力浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例提供的一种教室智能照明控制系统的结构框图；
图2为本发明实施例提供的教室区域划分示意图；
图3为本发明实施例提供的座位照明灯的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的座位照明灯的爆炸图；
图5为本发明实施例提供的黑板照明灯的结构示意图一；
图6为本发明实施例提供的黑板照明灯的结构示意图二；
图7为本发明实施例提供的黑板照明灯的结构示意图三；
图8为本发明实施例提供的防眩光板和透光件的连接结构示意图一；
图9为本发明实施例提供的防眩光板和透光件的连接结构示意图二。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1所示，本发明实施例提供的一种教室智能照明控制系统，包括光照数据采集模块、人数统计模块、控制模块和照明模块，光照数据采集模块、人数统计模块和照明模块均与控制模块电连接。其中，光照数据采集模块用于采集教室不同位置的光照数据，并将采集的光照数据发送至控制模块中，光照数据包括光照强度和眩光值。人数统计模块用于采集教室内的人员分布数据，并将采集的人员分布数据发送至控制模块中。控制模块用于根据光照数据和人员分布数据，控制照明模块的发光状态。
本实施例中，为了实时釆集教室内部光照强度，按照距离窗口的远近把教室分为A-F共六个区域和黑板区域，如图2所示。照明模块包括座位照明灯和黑板照明灯，每个区域上方均设置有一个座位照明灯用于对对应的教室区域进行照明。黑板照明灯一般设置有两个，分别位于黑板板面前上方左右两侧设置，用于对黑板板面进行照明。
每片教室区域内和黑板区域内均设置有光照数据采集模块，光照数据采集模块包括光照强度采集元件和眩光值采集元件，用于采集每片教室区域内和黑板区域内的光照强度数值和眩光值，并将采集到的数据传递给控制模块进行后续处理。
具体的，如图3和图4所示，座位照明灯呈水平设置的长方体状，包括第一灯罩1、设置在第一灯罩1内的LED灯2以及设置在第一灯罩1底部的防眩光板3，防眩光板3底部贴合设置有透光率可调的透光件4。第一灯罩1通过拉杆5安装在教室楼顶上。
LED灯2和透光件4均与控制模块电连接。控制模块通过驱动电路分别控制LED灯2的发光功率和透光件4的透光率，从而调整座位照明灯对对应区域内的照明情况。
本实施例中，选择DRIVE-SW12的LED恒流驱动模块对LED灯进行驱动。该驱动模块可以将控制模块输出的调光控制信号，也即PWM占空比，转化为相应的电压值,从而达到调光所需的亮度值，从而实现调光的目的。
目前的灯光控制中，为了增加光照强度，一般是通过提高灯源的发光功率即亮度来进行调节，但是，灯源的发光功率提升之后，极容易造成眩光，眩光是引起视觉疲劳的重要原因之一。
因此，本申请的座位照明灯上还设置有防眩光板3和透光件4，防眩光板3能在LED灯2发光功率一段区间范围内防止眩光。例如，在白天外界自然光线较暗时，光照强度采集元件采集的光照强度数据低于阈值，需要补充光照，此时控制模块可以上调LED灯2发光功率补充光照，在白天补充光照时，LED灯2发光功率较低，此时防眩光板3能够防止此发光功率下的LED灯2发出的光产生眩光。此种状态下，透光件4的透光率为100％。此时，LED灯2不需要全功率工作，既能保证教室光照条件，又能节约电能。
在夜间时，需要大幅度提高LED灯2发光功率用于照明，此时LED灯2发光功率会超出防眩光板3的调节范围，教室内的光线亮度分布不均，产生眩光。此时，需要降低透光件4的透光率，使LED灯2发出的光线穿过防眩光板3和透光件4后发生散射，使教室室内的光线分布更加均匀，避免眩光。
眩光值采集元件采集每个区域内的眩光值，对控制模块形成反馈，控制模块根据眩光值控制每个座位照明灯的透光件4的透光率，透光件4的透光率越低，光线散射效果越强，为保证散射光线的光照强度达到阈值，控制模块还需要控制LED灯2增大发光功率，以补充由于透光件4的透光率降低造成的光强损失。
控制模块需要根据光照强度采集元件和眩光值采集元件采集的数据对每个座位照明灯的LED灯2的发光功率和透光件4的透光率进行动态调节，直至光照强度和眩光值均达到预设要求。
具体的，如图5、图6和图7所示，黑板照明灯呈水平设置的长方体状，包括安装壳6、安装在安装壳6内的第二灯罩7、设置在第二灯罩7内的LED灯2以及设置在第二灯罩7底部的防眩光板3，防眩光板3底部贴合设置有透光率可调的透光件4。第二灯罩7两端通过倾角调整机构与安装壳6连接，倾角调整机构用于调整第二灯罩7的倾斜角度。安装壳6通过拉杆5安装在教室楼顶上。LED灯2、透光件4和倾角调整机构均与控制模块电连接。
黑板照明灯的LED灯2发光功率控制和透光件4的透光率控制参考前述座位照明灯的控制过程，在此不再赘述。由于教室内的自然光线在一天中的不同时段照射强度和照射方向均不相同，例如在早上、中午以及下午时段各不相同，因此黑板板面所反射的光线强度和光线方向也不相同，容易形成眩光，因此需要根据外界自然光在黑板上的反射情况对黑板照明灯的照射角度进行调节，使黑板板面反射的光线能够均匀分布在教室内，从而不影响坐在教室不同区域的学生观看黑板，均能清楚的看清黑板上的文字。
本实施例中，倾角调整机构包括电机8、齿轮9和呈扇形的齿轮盘10，齿轮9通过轮轴转动安装在安装壳6端部的内壁上，齿轮盘10固定安装在第二灯罩7端部，齿轮盘10与齿轮9相互啮合，齿轮盘10上设置有同心的连接轴11，连接轴11转动连接在安装壳6端部。电机8固定安装在安装壳6顶部，电机8和轮轴上均设置有同步轮12，两个同步轮12之间通过同步带13连接。
为实现对翻转角度的准确控制，本实施例中，电机8可以采用伺服减速电机。控制模块通过控制伺服减速电机正向或反向旋转，从而调整第二灯罩7的翻转角度，调整黑板照明灯的照射角度。
如图8和图9所示，透光件4与防眩光板3之间通过呈U型的卡件14固定连接，透光件4与防眩光板3插设在卡件14内。卡件14的两侧顶部均向内弯折形成连接部15，透光件4和防眩光板3上均开设有与连接部15对应的沟槽16，连接部15穿设在沟槽16内。
透光件4与防眩光板3通过卡件14安装成一个整体后，使透光件4与防眩光板3底面能够紧密贴合，减少光强损失，并方便安装，在安装时可以直接将透光件4与防眩光板3作为整体安装在第一灯罩1或者第二灯罩7底部。
本实施例中，透光件4采用渐变雾化玻璃。控制模块通过控制渐变雾化玻璃上的变压器输出电压的大小，控制渐变雾化玻璃的透光率。
本实施例中，人数统计模块包括多个红外探测器，红外探测器与座椅一一对应设置。当有人坐在座位上时，红外探测器发出信号，并传输给控制模块。控制模块可以依据每个座位釆集到的信息，判断该座位上是否有人，实现实时的、准确的获取人员在教室内的分布情况。控制模块控制有人坐的区域的座位照明灯通电照明，而没有人坐的区域的座位照明灯断电，从而节约用电。采用此种方式统计人数，准确率高，红外传感器价格低廉，信号处理简单，系统稳定性强。
本实施例中控制模块主要采用单片机，成本较低。本系统釆用了STM32作为控制的核心芯片，该芯片能够输出多路PWM信号而且功耗较低，普通教室按照图2划分为6个不同的照明区域加2个黑板照明区域，因此需要控制模块能够同时连接8个驱动模块，并能够输出8路调光信号，分别控制教室内每个区域的照明设备的亮度，同时还要控制伺服减速电机。
综上所述，本发明提供的教室智能照明控制系统能够依据室内光照强度、眩光值以及室内人员分布情况对教室内光照情况进行实时、动态的调整，既使得教室内的光照强度充足，又使得教室内亮度分布适宜，减少学生视觉疲劳，且能够减少电力浪费。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种教室智能照明控制系统，其特征在于，包括光照数据采集模块、人数统计模块、控制模块和照明模块，所述光照数据采集模块、人数统计模块和照明模块均与所述控制模块电连接；其中，
所述光照数据采集模块用于采集教室不同位置的光照数据，并将采集的光照数据发送至所述控制模块中，所述光照数据包括光照强度和眩光值；
所述人数统计模块用于采集教室内的人员分布数据，并将采集的人员分布数据发送至所述控制模块中；
所述控制模块用于根据所述光照数据和人员分布数据，控制所述照明模块的发光状态。
2.如权利要求1所述的一种教室智能照明控制系统，其特征在于，所述照明模块包括座位照明灯和黑板照明灯，多个所述座位照明灯分别设置在教室不同区域上方用于对对应的教室区域进行照明；多个所述黑板照明灯相对于黑板板面设置用于对黑板板面进行照明；
每片教室区域内和黑板板面上均设置有光照数据采集模块，所述光照数据采集模块包括光照强度采集元件和眩光值采集元件。
3.如权利要求2所述的一种教室智能照明控制系统，其特征在于，所述座位照明灯呈水平设置的长方体状，包括第一灯罩、设置在所述第一灯罩内的LED灯以及设置在所述第一灯罩底部的防眩光板，所述防眩光板底部贴合设置有透光率可调的透光件；
所述LED灯和透光件均与所述控制模块电连接；
所述第一灯罩通过拉杆安装在教室楼顶上。
4.如权利要求2所述的一种教室智能照明控制系统，其特征在于，所述黑板照明灯呈水平设置的长方体状，包括安装壳、安装在所述安装壳内的第二灯罩、设置在所述第二灯罩内的LED灯以及设置在所述第二灯罩底部的防眩光板，所述防眩光板底部贴合设置有透光率可调的透光件；
所述第二灯罩两端通过倾角调整机构与所述安装壳连接，所述倾角调整机构用于调整所述第二灯罩的倾斜角度；
所述LED灯、透光件和倾角调整机构均与所述控制模块电连接；
所述安装壳通过拉杆安装在教室楼顶上。
5.如权利要求4所述的一种教室智能照明控制系统，其特征在于，所述倾角调整机构包括电机、齿轮和呈扇形的齿轮盘，所述齿轮通过轮轴转动安装在所述安装壳端部的内壁上，所述齿轮盘固定安装在所述第二灯罩端部，所述齿轮盘与所述齿轮相互啮合，所述齿轮盘上设置有同心的连接轴，所述连接轴转动连接在所述安装壳端部；
所述电机固定安装在所述安装壳顶部，所述电机和轮轴上均设置有同步轮，两个所述同步轮之间通过同步带连接。
6.如权利要求5所述的一种教室智能照明控制系统，其特征在于，所述电机为伺服减速电机。
7.如权利要求3至6任一项所述的一种教室智能照明控制系统，其特征在于，所述透光件与所述防眩光板之间通过呈U型的卡件固定连接，所述透光件与所述防眩光板插设在所述卡件内；
所述卡件的两侧顶部均向内弯折形成连接部，所述透光件和防眩光板上均开设有与所述连接部对应的沟槽，所述连接部穿设在所述沟槽内。
8.如权利要求3至6任一项所述的一种教室智能照明控制系统，其特征在于，所述透光件为渐变雾化玻璃。
9.如权利要求1所述的一种教室智能照明控制系统，其特征在于，所述人数统计模块包括多个红外探测器，所述红外探测器与座椅一一对应设置。
10.如权利要求1所述的一种教室智能照明控制系统，其特征在于，所述控制模块包括单片机。
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