CN204311959U - 多媒体教室光线控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多媒体教室光线控制系统，包括：电源模块，用于为系统提供工作过程所需要的电压；温度检测模块，用于测量多媒体教室内的温度；光敏模块，用于检测多媒体教室内、外的光线强度；窗帘位置检测模块，用于检测窗帘的打开位置；时钟模块，用于为系统提供时间，并具有定时功能；单片机模块，与多媒体开关电路连接，用于接收光敏模块、窗帘位置检测模块、时钟模块及多媒体开关电路的信息，并根据接收到的信息发出指令；电机驱动模块，根据单片机模块的指令驱动电机，进而调节窗帘位置；照明灯光控制模块，根据单片机模块的指令控制多媒体教室内灯光的打开或关闭；及显示模块，用于显示时间，多媒体教室内外光线强度和温度。

Description

多媒体教室光线控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种多媒体教室光线控制系统。

背景技术

随着信息技术的发展和科技的进步，很多学校都开始使用多媒体进行教学。在多媒体教室中，往往采用投影仪将文字、图形、图像、影像等多种媒体信息投射出来，这样使得教学过程更加丰富。但是使用多媒体教学过程中，有时光线太强会出现反光、不清晰的情况。目前多是通过手动调节窗帘和灯光来使教室达到适宜的光线强度。如果在讲授过程中涉及到多媒体放映设备的启用和关闭，手动控制的方式需要教师或学生去控制窗帘的上升或下降以及照明灯光的打开或关闭，会影响教学过程，降低教学效率。所以对于多媒体教室的光线强度实现智能化控制是十分有必要的。

目前，已有多种家用智能窗帘出现，它们主要是根据人们的作息习惯，依据时间和光照强度对窗帘进行开启和闭合的控制，在一定程度上改善了人们生活的舒适性。与家用自动窗帘不同，学校使用多媒体教室有可能是白天、也可能是晚上，所以简单地时间控制式家用智能窗帘并不适用于多媒体教室。在使用多媒体设备时，需要关闭屏幕附近照明设备以保证屏幕的清晰度，在不使用多媒体设备时，也需要根据光线强度对窗帘和照明设备进行控制。这些情况都决定了家用自动窗帘不能适用于多媒体教室，必须要根据多媒体教室的使用特点，设计适合的光线强度控制系统。

实用新型内容

本实用新型提供一种多媒体教室光线控制系统，以解决现有技术中多媒体教室内光线过强或过暗，导致学生看不清屏幕或黑板的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多媒体教室光线控制系统，包括：

电源模块，用于为系统提供工作过程所需要的电压；

温度检测模块，用于测量多媒体教室内的温度；

光敏模块，用于检测多媒体教室内、外的光线强度；

窗帘位置检测模块，用于检测窗帘的打开位置；

时钟模块，用于为系统提供时间，并具有定时功能；

单片机模块，与多媒体开关电路连接，用于接收光敏模块、窗帘位置检测模块、时钟模块以及多媒体开关电路的信息，并根据接收到的信息发出指令；

电机驱动模块，根据单片机模块的指令驱动电机，进而调节窗帘位置；

照明灯光控制模块，根据单片机模块的指令控制多媒体教室内的多个灯光打开或关闭；

以及显示模块，用于显示时间，多媒体教室内、外的光线强度和温度。

作为优选，所述电源模块采用干电池、带有稳压芯片的锂电池和三相交流电源中的一种或两种。

作为优选，所述单片机模块采取单片机最小系统，包括：型号为STC89C52的微控制器、复位电路和时钟震荡电路。

作为优选，所述光敏模块采用光照度传感器；所述电机驱动模块采用型号为L298的电机驱动芯片；所述电机采用步进电机或直流减速电机。

作为优选，所述窗帘位置检测模块采用两组非接触式开关，分别对窗帘进行上、下限位。

一种多媒体教室光线控制方法，包括以下步骤：步骤1：系统初始化后，检测多媒体教室内的温度，教室内、外光强，并读取时间数值；步骤2：判断多媒体教室内的投影仪是否启用，若投影仪已经启用，进入步骤3A，若投影仪未启用则进入步骤3B；步骤3A：单片机模块根据接收到的信息判断室内的光线强度，并向电机驱动模块、照明灯光控制模块以及显示模块发送指令；步骤3B：单片机模块根据接收到的信息判断室外的光线强度，并向电机驱动模块、照明灯光控制模块以及显示模块发送指令；步骤4：电机驱动模块和照明灯光控制模块根据单片机模块的指令，调节窗帘和灯光；所述显示模块显示时间、多媒体教室内的光线强度和温度。

作为优选，在所述的多媒体教室光线控制方法中，若步骤3A中的室内光线强度小于设定值，则步骤4中电机不动，关闭多媒体教室内与投影仪屏幕对应的前排灯，打开后排灯；若步骤3A中的室内光线强度在设定值内或大于设定值时，则步骤4中电机驱动模块驱动电机关闭窗帘，关闭多媒体教室内与投影仪屏幕对应的前排灯，打开后排灯。

作为优选，在所述的多媒体教室光线控制方法中，步骤3B包括：单片机模块根据接收到的信息判断室外的光线强度；若室外光线强度小于设定值，则单片机模块发送指令，使窗帘不动灯光全开；若室外灯光强度在设定值内，则单片机模块进一步判断室内的光线强度，并向电机驱动模块、照明灯光控制模块以及显示模块发送指令；若室外灯光强度大于预设值，单片机模块进一步判断室内的光线强度，并向电机驱动模块、照明灯光控制模块以及显示模块发送指令。

作为优选，在所述的多媒体教室光线控制方法中，步骤3B中，室外灯光强度在设定值内时，

若单片机模块判断的室内光线强度小于设定值，则单片机模块发送指令打开窗帘，灯光全部关闭；

若室内光线强度在设定值范围内，则单片机模块发送指令使窗帘不动，灯光全部关闭。

作为优选，在所述的多媒体教室光线控制方法中，步骤3B中，室外灯光强度大于设定值时，

若单片机模块判断的室内光线强度小于设定值，则单片机模块发送指令打开窗帘，灯全关；

若单片机模块判断的室内光线强度在设定值内时，则单片机模块发送指令使窗帘不动，灯光全部关闭；

若单片机模块判断的室内光线强度大于设定值时，则单片机模块发送指令关闭窗帘，灯光全部关闭。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：多媒体教室光线控制系统能够根据显示设备使用情况对教室内光线进行自动调节，同时还将时间信息、温度以及光照数值通过显示模块显示出来。当使用投影设备时，能很好地解决光线太强导致多媒体放映反光、不清晰的问题，降低了手动控制方式下，需要教师或学生去控制窗帘的上升或下降以及照明灯光的打开或关闭所带来的影响，很好的提高了教学效率；当不使用显示设备时，能根据光线强度数值对照明设备和窗帘进行控制，不仅让教学过程有良好的环境，还有着节能环保的效果。

附图说明

图1为本实用新型一具体实施方式中多媒体教室光线控制系统的结构简图；

图2为本实用新型一具体实施方式中多媒体教室光线控制系统的电路原理图；

图3a至图3k分别为图2的局部放大图；

图4a至图4d为本实用新型一具体实施方式中多媒体教室光线控制系统的应用示意图；

图5a至图5d为本实用新型一具体实施方式中多媒体教室光线控制系统中各模块的工作流程示意图；

图6为本实用新型一具体实施方式中多媒体教室光线控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本实用新型附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

如图1和图2所示，本实用新型提供的多媒体教室的光线控制系统，包括：

电源模块1，用于为系统提供工作过程所需要的电压；

温度检测模块2，用于测量多媒体教室内的温度；

光敏模块3，用于检测多媒体教室内、外的光线强度；

窗帘位置检测模块4，用于检测窗帘的打开位置；

时钟模块5，用于为系统提供时间，并具有定时功能；

单片机模块10，与多媒体开关电路6连接，用于接收光敏模块3、窗帘位置检测模块4、时钟模块5以及多媒体开关电路6的信息，并根据接收到的信息发出指令；

电机驱动模块7，根据单片机模块10的指令驱动电机M，进而调节窗帘位置；

照明灯光控制模块8，根据单片机模块10的指令控制多媒体教室内的多个灯光打开或关闭；

以及

显示模块9，用于显示时间，多媒体教室内、外的光线强度和温度。

本实用新型采用上述系统来实现对多媒体教室窗帘和照明灯光进行自动控制，其主要控制方式为：

(1)当启动投影仪情况下：

如果室内、室外光线过强，窗帘关闭，前排灯光关闭，后排灯光打开；如果室内光线适中，窗帘关闭，前排灯光关闭，后排灯光打开；如果室内光线过暗，窗帘保持不动，前排灯光关闭，后排灯光打开。

(2)当未使用投影仪或者关闭投影仪情况下：

当室外光线过强时，如果室内光线过亮，窗帘调整到适当位置，灯光为关闭状态；如果室内光线适中，窗帘不动，所有灯光关闭；如果室内光线过暗，窗帘上升到适当位置，所有灯光关闭。当室外光线适中时，如果室内光线适中，窗帘不动，所有灯光关闭；如果室内光线过暗，窗帘上升到适当位置，所有灯光关闭。当室外光线过暗时，窗帘保持不动，所有灯光打开。

通过上述方式，不仅可以解决多媒体教学过程中屏幕反光、不清晰的缺点，更好的展示多媒体带来的效果，还可以在不使用多媒体的时候对教室内光线进行控制，让学生有更好的学习环境。

如图2、图3a～图3k所示，所述电源模块1可以采用干电池、加稳压芯片的锂电池和三相交流电源中一种或两种。其中，若采用干电池供电，可以保证电源的直流特性，纹波比较小；若采用加稳压芯片的锂电池供电，其体积轻巧，安装方便；若采用三相交流电源即多媒体教室内的220V稳压电源，可以通过电源适配器将交流电源转换来提供12V、5V等电压，此方案使用方便，占用体积小，受外界影响较小，且正常情况下可以持续供电。

作为优选，本实用新型优选方案为：采用三相交流电源作为电源模块1，采用带有稳压芯片的锂电池作为备用电源。该优选方案具有良好的持续能力，多媒体教室内的220V稳压电源具有稳定性，避免了电池电压不稳定现象。而在停电时，可以把锂电池作为本系统的备用电池，持续为本系统供电，进一步确保了系统的供电稳定性。

请重点参照图3b，所述电源模块1中，220V稳压电源J1通过电源适配器直接得到+12V直流电压，再经过稳压器U5(型号为7805)稳压后，得到+5V电压给系统供电，包括电机M、显示模块9和单片机模块10。为防止多媒体教室电源停电导致本系统停止工作给用户带来不便，使用备用锂电池(+5V)，可以在停电时继续为系统持续供电。

请重点参照图3a，单片机模块10采用单片机最小系统，其包括：型号为STC89C52的微控制器U1、复位电路101和时钟震荡电路102。STC89C52为低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash的性能，因此微控制器U1能够为系统提供高灵活、超有效的解决方案。

请重点参照图3c，所述温度检测模块2采用支持一线总线的温度传感器U4，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号单片机模块10处理。继续参照图3c，所述温度传感器U4的引脚描述为：GND接地，DQ为数据输入/输出引脚，接微控制器U1的引脚P1.2，VDD接+5V电源。请参照图5b，所述温度传感器U4用于采集当前实时温度，其具体工作流程为：初始化、写数据、读数据、温度转换和显示温度。

请重点参照图3d，所述光敏模块3采用型号为po188的光照度传感器，其为光电集成传感器，可见光范围内高度敏感，输出电流随照度呈线性变化而且稳定性好。为了比较室内外的光线强度，进行实时窗帘和灯光调节。结合图4a，本实施例采用了两个光照度传感器U6和U7，分别按照在窗帘20的内外两侧，一个用于测量室外光照强度，另一个用于测量室内光照强度，两个光照度传感器U6、U7的模拟输出值都由型号为PCF8591的转换芯片U8进行AD转换，进一步的，该转换芯片U8为串口输出，节约了端口资源。需要说明的是，由于本实施例将光线强度分为三段：过亮、适中和过暗，其中每段对应的光照度传感器U6、U7电压值为：1.745V～2.5V、0.745V～1.744V、0～0.744V。

请参照图5c，由于所述光敏模块3是通过光照在光照度传感器U6、U7上照射的强度来改变电路输出电压的变化。本实施例设计两个光照数值、一个是室外光线强度，一个是室内光线强度，二者均通过同一个转换芯片U8进行AD转换，分别对应通道0(AIN0)和通道1(AIN1)。所述转换芯片U8对两通道轮流处理，具体工作流程为：AD通道0选择，处理和转化室外光强数值；AD通道1选择，处理和转化室内光强数值；重复上述步骤。

本实用新型的窗帘位置检测模块40采用上、下非接触式开关41、42，分别对窗帘进行上、下限位。具体地，如图3e所示，本实用新型的上非接触式开关41使用金属接近开关，优选沪工LJ18A3-8-Z/BX M18电感式接近开关JJKG1。请结合图4a，应用时，在窗帘20下方安放两根左右对称的金属条21，用于接近开关JJKG1的检测以及减少窗帘20的晃动程度，在打开窗帘20的过程中，当达到极限位置时，窗帘20上的金属条21靠近接近开关JJKG1，接近开关JJKG1输出信号通过光耦U10输出低电平至微控制器U1，微控制器U1检测到信号后使电机M断电，停止旋转，窗帘20停止打开。

如图3f所示，所述下非接触式开关42采用红外对管检测电路，优选RPR220型光电对管U11。请结合图4c和4d，本实施例中，窗帘20为卷帘式，其上端与上滚轴201连接，下端与下滚轴202连接，马达M安装在上滚轴201上，用于驱动上滚轴201转动。在窗帘20上方靠近光电对管U11一侧的白宽带23上贴一宽条黑色带22，当窗帘20下降到最下端时，黑色带22吸收红外光，使光电对管U11的接收管不导通，比较器LM339负端为低电平，输出引脚P25输出高电平。当窗帘20未达到最下端时，接收管导通，比较器LM339负端为高电平，输出引脚P25输出低电平。所以在打开窗帘20的过程中，当到达下端的极限位置时P25输出高电平，微控制器U1检测到信号后对电机M断电，停止旋转，窗帘20停止下降运动。

如图3g所示，所述时钟模块5采用型号为DS1302的时钟芯片U3来控制系统的时间。进一步的，该时钟模块5由时钟芯片U3、晶振X2和两个电容C11、BT1组成。其输出端(引脚SCLK、I/O、)接入微控制器U1，微控制器U1可以通过软件调取其内部数据，并对其进行控制，实现对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能。如图5a所示，所述时钟芯片U3的工作过程为：初始化，向时钟芯片U3写入地址指令，从时钟芯片U3中读取字节数据，字节数加1，地址数加1，判断读取数据是否结束，若是，则结束，若否，返回重复上述步骤，直至数据读取结束。

如图3h所示，所述多媒体开关电路6采用按键开关SW-PB，接入微控制器U1。

如图3i所示，所述电机驱动模块7采用型号为L298的电机驱动芯片U9，其可由PWM信号控制电机M调速，其具有体积小、可靠性高、安全性高、抗干扰能力强、外围电路简单、驱动能力较大或者可直接驱动电机M工作。

如图5d所示，电机驱动模块7的具体工作原理为电机驱动芯片U9受微控制器U1控制，电机驱动芯片U9的IN1驱动输入引脚(Motor1)接微控制器U1的P2.6口(Motor1)，IN2驱动输入引脚(Motor2)接微控制器U1的P2.7口(Motor2)；

当IN1＝1、IN2＝0时，电机驱动芯片U9接收到MOTOR1＝1、MOTOR2＝0，电机M开始正转；

当IN1＝0、IN2＝1时，电机驱动芯片U9接收到MOTOR1＝0、MOTOR2＝1，电机M开始反转；

当IN1＝0、IN2＝0时，电机驱动芯片U9接收到MOTOR1＝0、MOTOR2＝0，电机停止转动。

如图3j所示，照明灯光控制模块8分成两部分，一部分用于控制教室内的前排灯，另一部分用于控制教室内的其余灯，所述两部分均与微控制器U1连接。

如图3k所示，所述显示模块9采用型号为LCD1602的液晶显示器U2，其与微控制器U1连接时，中间使用排阻RP1，所述液晶显示器U2用于显示实时的温度、光照强度和时间，让人很容易了解教室内的环境情况。本实用新型的液晶显示器U2具有体积小、功耗低和显示操作简单的特点。液晶显示器U2共有16个引脚，其功能分别为：1脚(Vss)：5V电源/地；2脚(VDD)：正极；3脚(VEE)：液晶显示偏压信号；4脚(RS)：数据/命令选择端；5脚(R/W)：读/写选择端；6脚(E)：使能端；7～14脚(D0～D7)：数据端口0～7；15脚A：背光源正极；16脚K：背光源负极。

如图6所示，本实用新型还提供一种多媒体教室光线控制方法，当启动投影仪情况下，如果室外光线过强，窗帘关闭，前排灯光关闭，后排灯光打开；如果室外光线适中，窗帘关闭，前排灯光关闭；如果室外光线过暗，窗帘保持不动，前排灯光关闭，后排灯光打开。当未使用投影仪或者关闭投影仪情况下：如果室外光线过强，窗帘调整到适当位置；如果室外光线适中，窗帘保持不动，所有灯光关闭；如果室外光线过暗，窗帘保持不动，所有灯光打开。

本实用新型中的光线适中是指光线强度在设定值范围内，而过亮是指光线强度大于设定值，过暗则是指光线强度低于设定值。所述设定值可以根据实际情况设定，以能清晰看到黑板且黑板不反光、不刺眼为前提。

所述多媒体教室光线控制方法，包括：

步骤1：系统初始化后，检测多媒体教室内的温度，教室内、外光强，并读取时间数值；

步骤2：判断多媒体教室内的投影仪是否启用，若投影仪已经启用，进入步骤3A，若投影仪未启用则进入步骤3B；

步骤3A：单片机模块根据接收到的信息判断室内的光线强度，并向电机驱动模块、照明灯光控制模块以及显示模块发送指令；

步骤3B：单片机模块根据接收到的信息判断室外的光线强度，并向电机驱动模块、照明灯光控制模块以及显示模块发送指令；

步骤4：电机驱动模块和照明灯光控制模块根据单片机模块的指令，调节窗帘和灯光；所述显示模块显示时间、多媒体教室内的光线强度和温度。

具体地，若步骤3A中的室内光线强度小于设定值，则步骤4中电机M不动，关闭多媒体教室内与投影仪屏幕对应的前排灯，打开后排灯；

若步骤3A中的室内光线强度在设定值内或大于设定值时，则步骤4中电机驱动模块驱动电机M关闭窗帘，关闭多媒体教室内与投影仪屏幕对应的前排灯，打开后排灯。

请继续参照图6，所述步骤3B包括：单片机模块根据接收到的信息判断室外的光线强度；若室外光线强度小于设定值，则单片机模块发送指令，使窗帘不动灯光全开；

若室外灯光强度在设定值内，则单片机模块进一步判断室内的光线强度，并向电机驱动模块、照明灯光控制模块以及显示模块发送指令；若单片机模块判断的室内光线强度小于设定值，则单片机模块发送指令打开窗帘，灯光全部关闭；若室内光线强度在设定值范围内，则单片机模块发送指令使窗帘不动，灯光全部关闭。

若室外灯光强度大于预设值，单片机模块进一步判断室内的光线强度，并向电机驱动模块、照明灯光控制模块以及显示模块发送指令，若单片机模块判断的室内光线强度小于设定值，则单片机模块发送指令打开窗帘，灯全关；若单片机模块判断的室内光线强度在设定值内时，则单片机模块发送指令使窗帘不动，灯光全部关闭；若单片机模块判断的室内光线强度大于设定值时，则单片机模块发送指令关闭窗帘，灯光全部关闭。

本实用新型是在分析现有多媒体教室的使用特点的基础上进行设计的，考虑到显示设备、窗帘以及照明设备的综合使用，对三者进行联合控制，不仅给教学过程提供良好的环境，还有着节能环保的效果。与现有家用智能窗帘不同，本实用新型使用了室内、室外两个光线强度传感器，能更好地进行光强比较，作出最佳操作，更能节能环保。针对目前多数智能窗帘仅依靠位置开关对窗帘位置进行控制的情况，本实用新型结合上、下两个位置开关和AD实时检测，不仅可以减少位置开关的使用，还可以实时调整窗帘在适当位置，不仅仅局限在完全打开、完全关闭、打开一半等有限位置。因此，多媒体教室光线控制系统能够根据显示设备使用情况对教室内光线进行自动调节，同时还将时间信息、温度以及光照数值通过显示模块显示出来。当使用投影设备时，能很好地解决光线太强导致多媒体放映反光、不清晰的问题，降低了手动控制方式下，需要教师或学生去控制窗帘的上升或下降以及照明灯光的打开或关闭所带来的影响，很好的提高了教学效率；当不使用显示设备时，能根据光线强度数值对照明设备和窗帘进行控制，不仅让教学过程有良好的环境，还有着节能环保的效果。

需要说明的是，本申请的附图中的部分元器件及其连接关系为常规设置，此处不予赘述。本申请中各元器件的连接关系不限于附图中所示，能够达到本申请目的的元器件及其连接关系均在本申请的保护范围之内。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种多媒体教室光线控制系统，其特征在于，包括：

电源模块，用于为系统提供工作过程所需要的电压；

温度检测模块，用于测量多媒体教室内的温度；

光敏模块，用于检测多媒体教室内、外的光线强度；

窗帘位置检测模块，用于检测窗帘的打开位置；

时钟模块，用于为系统提供时间，并具有定时功能；

单片机模块，与多媒体开关电路连接，用于接收光敏模块、窗帘位置检测模块、时钟模块以及多媒体开关电路的信息，并根据接收到的信息发出指令；

电机驱动模块，根据单片机模块的指令驱动电机，进而调节窗帘位置；

照明灯光控制模块，根据单片机模块的指令控制多媒体教室内的多个灯光打开或关闭；

以及

显示模块，用于显示时间，多媒体教室内、外的光线强度和温度。

2.如权利要求1所述的多媒体教室光线控制系统，其特征在于，所述电源模块采用干电池、带有稳压芯片的锂电池和三相交流电源中的一种或两种。

3.如权利要求2所述的多媒体教室光线控制系统，其特征在于，采用三相交流电源作为电源模块，采用带有稳压芯片的锂电池作为备用电源。

4.如权利要求1所述的多媒体教室光线控制系统，其特征在于，所述单片机模块采取单片机最小系统，包括：型号为STC89C52的微控制器、复位电路和时钟震荡电路。

5.如权利要求1所述的多媒体教室光线控制系统，其特征在于，所述光敏模块采用光照度传感器。

6.如权利要求1所述的多媒体教室光线控制系统，其特征在于，所述窗帘位置检测模块采用两组非接触式开关，分别对窗帘进行上、下限位。

7.如权利要求1所述的多媒体教室光线控制系统，其特征在于，所述电机驱动模块采用型号为L298的电机驱动芯片。

8.如权利要求1所述的多媒体教室光线控制系统，其特征在于，所述电机采用步进电机或直流减速电机。

9.如权利要求1所述的多媒体教室光线控制系统，其特征在于，所述显示模块采用液晶显示器。