CN201957306U

CN201957306U - 基于多传感器架构实现人体静态检测的教室节能控制器

Info

Publication number: CN201957306U
Application number: CN2011200250899U
Authority: CN
Inventors: 徐伟; 行鸿彦; 刘杨斌; 刘其峰; 洪峰
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-01-25

Abstract

本实用新型公布了一种基于多传感器架构实现人体静态检测的教室节能控制器，其特征在于：包括主控制模块、可见光检测模块、声音检测模块、热释电红外探测模块、驱动控制模块、信息显示及控制面板；所述主控制模块和可见光检测模块、声音检测模块之间采用IIC总线连接方式；所述热释电红外探测模块、驱动控制模块、控制面板与主控制模块的单片机通过IO口直接相连；所述主控制模块和信息显示模块采用并行连接方式。本实用新型将三种探测方式相结合，尤其是适时旋转热释电探头以产生与人体的相对运动实现静态检测，可实现教室日光灯的合理、人性化的开关控制，解决目前市场上同类产品由于使用环境的多样性、复杂性、不确定性而存在探测盲区或误判断的问题。

Description

基于多传感器架构实现人体静态检测的教室节能控制器

技术领域

本实用新型专利涉及一种教室节能控制器，尤其是涉及一种高校自习教室、无管理人员的节能控制器。

背景技术

高校的大功率动力和制冷设备比重较少，照明灯具则相对比重更多。而由于上课教室不固定，学生在离开教室时忽略关灯的现象普遍存在，造成了能源浪费、缩短了灯具的使用寿命。因此，配备智能的控制系统，可节约能源，降低高校的运行费用，提高科学管理水平，具有极大的社会经济效益。

目前，部分高校教室使用较多的日光灯节能控制器多采用较单一的传感器检测模块，如具有光控功能的红外感应控制开关，当白天自然光较强时灯不亮，晚上教室有人时灯亮，无人时灯灭，但当学生自习较安静且无人走动时，常常出现无人的误判断。部分节能器利用定时开关，根据作息时间开启和关闭整个教学楼的照明系统，这种方法虽然能在一定程度上节约用电量，但不够智能化，不能适应教室使用情况的多样性、不确定性。目前，教室日光灯节能控制器使用过程中存在以下显著问题：

（1）传感器种类少，检测方法较单一，难以适应教室使用情况的多样性，缺乏智能性；

（2）该控制开关对可见光、声强的检测不够精确，没有显示界面，缺乏人机交互功能，不便于根据不同环境情况设定光强、声强阈值，实现标准照度；

（3）晚上教室自习时，由于环境较安静，走动学生较少，热释电红外探头不能探测到静止的人体，而常常关闭灯具，造成误操作。

中国专利200920298674.9公开了一种教室节能自动控制器，包括单片机、与单片机相接的电源模块、输出显示模块、参数检测模块和驱动控制模块，参数检测模块包括温度检测电路、光强检测电路；驱动控制模块包括风扇控制电路和灯光控制电路，温度检测电路采集环境温度信号，并将温度信号传送至单片机，单片机根据温度信号发出指令驱动风扇控制电路；光强检测电路采集环境光强信号，并将光强信号传送至单片机，单片机根据光强信号发出指令驱动灯光控制电路。本实用新型使用单一控制器，实现统一节能控制，同时引入了夜间防盗功能，能对财产起到安全防盗的作用，既实现了对照明设备的智能分组控制，又实现了对风扇的智能分组调速控制。

最新相关论文中提出根据教室内的人员情况进行照明控制，在教室出入口安装人数流量计, 对室内的人数进行统计, 当有人时开灯, 没人时关灯。但一般教室都有前后两门，两门上的流量计还需要联机统计出入人数，并且两人结伴出入时，会出现统计错误。

因此，采用光强、声强、人体的多种探测技术相结合，实现互补探测，可使节能器适应教室多样化的使用情况，实现智能化控制。

发明内容

本实用新型克服现有教室节能控制器存在的由于探测模块少、不能检测静态人体所带来的误操作、智能化程度不高、不能适应教室多样化应用场合等缺点。该控制器采用光、声、红外三种互补探测方式，特别是适时旋转步进电机带动热释电探头实现了对安静的教室中静止人体的判别，根据各种探测数据，作出准确的判断，以决定灯的开启与关闭。而且，可通过矩阵键盘和液晶设定不同场合灯开启或关闭的光强、声强阈值，实现节能控制的智能化。

本实用新型解决其技术问题所采用的方案如下：

基于多传感器架构实现人体静态检测的教室节能控制器，包括主控制模块、可见光检测模块、声音检测模块、热释电红外探测模块、驱动控制模块、信息显示及控制面板；所述主控制模块和可见光检测模块、声音检测模块之间采用IIC总线连接方式；所述热释电红外探测模块、驱动控制模块、控制面板与主控制模块的单片机通过IO口直接相连；所述主控制模块和信息显示模块采用并行连接方式。

根据权利要求1所述的基于多传感器架构实现人体静态检测的教室节能控制器，所述热释电红外探测模块通过步进电机驱动360度旋转，产生与静态人体的相对运动，实现安静环境中的人体信号检测。

分别利用可见光传感器、声音探测器对教室的光强、声强进行实时监测，传感器所测的模拟量经过具有IIC总线的多路A/D转换器转换为数字量后，通过总线与单机相连。两种传感器对环境的变化十分敏感，实现对光强和声强的准确测量。测量实时数值经过单片机处理后，通过液晶进行显示。独立键盘上设有数字键和控制键，根据不同的应用场合，通过按键和液晶设定节能控制器的工作时间、教室灯具开启或关闭的光强、声强上下限值等。程序根据实时监测的数值和设定值作出判断，启动或关闭继电器驱动模块。在安静的自习教室，所探测的声音值较小时，智能探制器启动步进电机，正反转几周，通过电机上的红外热释电探头判断是否有人存在，再根据光强值来决定灯具是否开启。

利用继电器实现灯具线路的断开与闭合，利用就近的交流电经过变压、整流、滤波、稳压后为系统各单元模块提供工作电源。

本实用新型的有益效果是：采用多种传感器互补的探测的方式，利用各物理量的检测数值，对教室的环境情况包括光强、声强、有无人等作出准确的判断，特别是弥补了一般热释电红外探头不能检测静止人体的不足。所设计的节能控制器具有接线简单、功能可靠、方便操作的特点，为高校的校园节约化建设提供有力的保障。

附图说明

图1：本实用新型的系统原理图；

图2：本实用新型的电路总体框图；

图3：自然光、声音强度检测模块电路原理图；

图4：继电器及旋转热释电红外探测模块电路原理图；

图5：主控、信息提示及矩阵键盘模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型所述的多传感器架构、可实现人体静态检测的教室节能控制器进行详细描述。

图1为实用新型的系统原理图。节能控制器内部为主控模块，光传感器置于外壳上部中间凸出的平台上。旋转步进电机位于控制器中部，转轴伸出壳体，热释电探头固定于转轴上。控制器右下部小孔为声音探测模块。左右两侧为接线柱，内部走线经过主控制模块控制的继电器，通过继电器实现左右两侧走线的断开与闭合，从而控制日光灯的开启与熄灭。

图2为本实用新型的电路总体框图。单片机作为主控，继电器、热释电、步进电机、信息显示、矩阵键盘等模块通过IO口与单片机相连。声强、光强信号经A/D转换后，通过IIC总线与单片机相连。

图3为自然光、声音强度检测模块电路原理图。通过价格低廉的拾音头将教室的声音信号转化为交流电信号，信号幅度较小。为了克服电信号波形的参数及失真对测量值的影响，采用真有效值转换技术来精密测量电信号有效值。本模块电路中采用的AD736具有准确性高、测量速度快、频率特性好、灵敏度高、输入阻抗高、输出阻抗抵、功耗低的特点，因此，利用该芯片测量声强信号的有效值，经放大后送至A/D转换芯片PCF8591。利用LX1970传感器实现自然光强度的检测。LX1970是一款采用新技术的人眼感光效应传感器，其SRC引脚输出与光强成正比的电流，精密电阻R7上得到变化的电压，送至A/D转换芯片PCF8591。PCF8591为具有IIC总线接口的多路A/D转换芯片，具有占用单片机IO口少的显著优点。AOUT为D/A输出端，Vref为A/D转换的参考电压，IIC总线通过上拉电阻R5和R6接电源。当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低。利用该芯片将光强、声强模拟电压信号转化为数字信号并通过IIC总线送给主控系统，实现两物理量的实时监测。

图4为继电器及旋转热释电红外探测模块电路原理图。通过单片机的P30口控制继电器的通与断，从而控制教室灯的开与闭。ULN2003为大电流驱动芯片，驱动四相小型步进电机。将集成的热释电红外探头模块置于步进电机上，单片机可实时启动步进电机正反旋转，探头在360度范围的旋转过程中检测到人体信号时，会产生电平变化，送至主控单片机的中断口。

图5为主控、信息提示及矩阵键盘模块电路原理图。采用AT89S51单片机作为主控，128*64的LCD作为信息显示，4*4的矩阵键盘作为输入参数设置。单片机的P1口扩展矩阵键盘，P1.0~P1.3为行线，P1.4~P1.7为列线，列线和行线的交叉点接按键，采用反转法实现按键的识别。单片机的P0口作为LCD的数据线/地址线，部分P2口作为其读写、使能等控制线。单片机的P26、P27模拟IIC总线时序，与AD转换器件的SDA和SCL相连。声强和光强信号的数字量通过IIC总线送至单片机进行处理与判断。单片机的P32口用作外部中断口，与热释电红外传感器模块的输出信号相连，P30口用来控制继电器的通与断，P31、P33、P34、P35与小型步进电机的驱动芯片ULN2003相连，提供步进电机的控制脉冲。

Claims

1.一种基于多传感器架构实现人体静态检测的教室节能控制器，其特征在于：包括主控制模块、可见光检测模块、声音检测模块、热释电红外探测模块、驱动控制模块、信息显示及控制面板；所述主控制模块和可见光检测模块、声音检测模块之间采用IIC总线连接方式；所述热释电红外探测模块、驱动控制模块、控制面板与主控制模块的单片机通过IO口直接相连；所述主控制模块和信息显示模块采用并行连接方式。

2.根据权利要求1所述的基于多传感器架构实现人体静态检测的教室节能控制器，其特征在于：所述热释电红外探测模块通过步进电机驱动360度旋转，产生与静态人体的相对运动，实现安静环境中的人体信号检测。

3.根据权利要求1所述的基于多传感器架构实现人体静态检测的教室节能控制器，其特征在于：采用多传感器架构，分别检测光强、声强、人体。