專利名稱：基于多傳感器架構(gòu)實(shí)現(xiàn)人體靜態(tài)檢測的教室節(jié)能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型專利涉及一種教室節(jié)能控制器，尤其是涉及一種高校自習(xí)教室、無管理人員的節(jié)能控制器。
背景技術(shù)：
高校的大功率動力和制冷設(shè)備比重較少，照明燈具則相對比重更多。而由于上課教室不固定，學(xué)生在離開教室時(shí)忽略關(guān)燈的現(xiàn)象普遍存在，造成了能源浪費(fèi)、縮短了燈具的使用壽命。因此，配備智能的控制系統(tǒng)，可節(jié)約能源，降低高校的運(yùn)行費(fèi)用，提高科學(xué)管理水平，具有極大的社會經(jīng)濟(jì)效益。目前，部分高校教室使用較多的日光燈節(jié)能控制器多采用較單一的傳感器檢測模塊，如具有光控功能的紅外感應(yīng)控制開關(guān)，當(dāng)白天自然光較強(qiáng)時(shí)燈不亮，晚上教室有人時(shí)燈亮，無人時(shí)燈滅，但當(dāng)學(xué)生自習(xí)較安靜且無人走動時(shí)，常常出現(xiàn)無人的誤判斷。部分節(jié)能器利用定時(shí)開關(guān)，根據(jù)作息時(shí)間開啟和關(guān)閉整個(gè)教學(xué)樓的照明系統(tǒng)，這種方法雖然能在一定程度上節(jié)約用電量，但不夠智能化，不能適應(yīng)教室使用情況的多樣性、不確定性。目前，教室日光燈節(jié)能控制器使用過程中存在以下顯著問題( 1)傳感器種類少，檢測方法較單一，難以適應(yīng)教室使用情況的多樣性，缺乏智能性；(2)該控制開關(guān)對可見光、聲強(qiáng)的檢測不夠精確，沒有顯示界面，缺乏人機(jī)交互功能，不便于根據(jù)不同環(huán)境情況設(shè)定光強(qiáng)、聲強(qiáng)閾值，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照度；(3)晚上教室自習(xí)時(shí)，由于環(huán)境較安靜，走動學(xué)生較少，熱釋電紅外探頭不能探測到靜止的人體，而常常關(guān)閉燈具，造成誤操作。中國專利20092(^98674. 9公開了一種教室節(jié)能自動控制器，包括單片機(jī)、與單片機(jī)相接的電源模塊、輸出顯示模塊、參數(shù)檢測模塊和驅(qū)動控制模塊，參數(shù)檢測模塊包括溫度檢測電路、光強(qiáng)檢測電路；驅(qū)動控制模塊包括風(fēng)扇控制電路和燈光控制電路，溫度檢測電路采集環(huán)境溫度信號，并將溫度信號傳送至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)溫度信號發(fā)出指令驅(qū)動風(fēng)扇控制電路；光強(qiáng)檢測電路采集環(huán)境光強(qiáng)信號，并將光強(qiáng)信號傳送至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)光強(qiáng)信號發(fā)出指令驅(qū)動燈光控制電路。本實(shí)用新型使用單一控制器，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一節(jié)能控制，同時(shí)引入了夜間防盜功能，能對財(cái)產(chǎn)起到安全防盜的作用，既實(shí)現(xiàn)了對照明設(shè)備的智能分組控制， 又實(shí)現(xiàn)了對風(fēng)扇的智能分組調(diào)速控制。最新相關(guān)論文中提出根據(jù)教室內(nèi)的人員情況進(jìn)行照明控制，在教室出入口安裝人數(shù)流量計(jì)，對室內(nèi)的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)有人時(shí)開燈，沒人時(shí)關(guān)燈。但一般教室都有前后兩門，兩門上的流量計(jì)還需要聯(lián)機(jī)統(tǒng)計(jì)出入人數(shù)，并且兩人結(jié)伴出入時(shí)，會出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤。因此，采用光強(qiáng)、聲強(qiáng)、人體的多種探測技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)探測，可使節(jié)能器適應(yīng)教室多樣化的使用情況，實(shí)現(xiàn)智能化控制。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型克服現(xiàn)有教室節(jié)能控制器存在的由于探測模塊少、不能檢測靜態(tài)人體所帶來的誤操作、智能化程度不高、不能適應(yīng)教室多樣化應(yīng)用場合等缺點(diǎn)。該控制器采用光、 聲、紅外三種互補(bǔ)探測方式，特別是適時(shí)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)帶動熱釋電探頭實(shí)現(xiàn)了對安靜的教室中靜止人體的判別，根據(jù)各種探測數(shù)據(jù)，作出準(zhǔn)確的判斷，以決定燈的開啟與關(guān)閉。而且，可通過矩陣鍵盤和液晶設(shè)定不同場合燈開啟或關(guān)閉的光強(qiáng)、聲強(qiáng)閾值，實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制的智能化。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的方案如下基于多傳感器架構(gòu)實(shí)現(xiàn)人體靜態(tài)檢測的教室節(jié)能控制器，包括主控制模塊、可見光檢測模塊、聲音檢測模塊、熱釋電紅外探測模塊、驅(qū)動控制模塊、信息顯示及控制面板；所述主控制模塊和可見光檢測模塊、聲音檢測模塊之間采用IIC總線連接方式；所述熱釋電紅外探測模塊、驅(qū)動控制模塊、控制面板與主控制模塊的單片機(jī)通過IO 口直接相連；所述主控制模塊和信息顯示模塊采用并行連接方式。根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器架構(gòu)實(shí)現(xiàn)人體靜態(tài)檢測的教室節(jié)能控制器， 所述熱釋電紅外探測模塊通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動360度旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生與靜態(tài)人體的相對運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)安靜環(huán)境中的人體信號檢測。分別利用可見光傳感器、聲音探測器對教室的光強(qiáng)、聲強(qiáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，傳感器所測的模擬量經(jīng)過具有Iic總線的多路A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，通過總線與單機(jī)相連。兩種傳感器對環(huán)境的變化十分敏感，實(shí)現(xiàn)對光強(qiáng)和聲強(qiáng)的準(zhǔn)確測量。測量實(shí)時(shí)數(shù)值經(jīng)過單片機(jī)處理后，通過液晶進(jìn)行顯示。獨(dú)立鍵盤上設(shè)有數(shù)字鍵和控制鍵，根據(jù)不同的應(yīng)用場合，通過按鍵和液晶設(shè)定節(jié)能控制器的工作時(shí)間、教室燈具開啟或關(guān)閉的光強(qiáng)、聲強(qiáng)上下限值等。 程序根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)值和設(shè)定值作出判斷，啟動或關(guān)閉繼電器驅(qū)動模塊。在安靜的自習(xí)教室，所探測的聲音值較小時(shí)，智能探制器啟動步進(jìn)電機(jī)，正反轉(zhuǎn)幾周，通過電機(jī)上的紅外熱釋電探頭判斷是否有人存在，再根據(jù)光強(qiáng)值來決定燈具是否開啟。利用繼電器實(shí)現(xiàn)燈具線路的斷開與閉合，利用就近的交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后為系統(tǒng)各單元模塊提供工作電源。本實(shí)用新型的有益效果是采用多種傳感器互補(bǔ)的探測的方式，利用各物理量的檢測數(shù)值，對教室的環(huán)境情況包括光強(qiáng)、聲強(qiáng)、有無人等作出準(zhǔn)確的判斷，特別是彌補(bǔ)了一般熱釋電紅外探頭不能檢測靜止人體的不足。所設(shè)計(jì)的節(jié)能控制器具有接線簡單、功能可靠、方便操作的特點(diǎn)，為高校的校園節(jié)約化建設(shè)提供有力的保障。

[0017]圖1本實(shí)用新型的系統(tǒng)原理圖；[0018]圖2本實(shí)用新型的電路總體框圖；[0019]圖3自然光、聲音強(qiáng)度檢測模塊電路原理圖；[0020]圖4繼電器及旋轉(zhuǎn)熱釋電紅外探測模塊電路原理圖[0021]圖5主控、信息提示及矩陣鍵盤模塊電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型所述的多傳感器架構(gòu)、可實(shí)現(xiàn)人體靜態(tài)檢測的教室節(jié)能控制器進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1為實(shí)用新型的系統(tǒng)原理圖。節(jié)能控制器內(nèi)部為主控模塊，光傳感器置于外殼上部中間凸出的平臺上。旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)位于控制器中部，轉(zhuǎn)軸伸出殼體，熱釋電探頭固定于轉(zhuǎn)軸上?？刂破饔蚁虏啃】诪槁曇籼綔y模塊。左右兩側(cè)為接線柱，內(nèi)部走線經(jīng)過主控制模塊控制的繼電器，通過繼電器實(shí)現(xiàn)左右兩側(cè)走線的斷開與閉合，從而控制日光燈的開啟與熄滅。圖2為本實(shí)用新型的電路總體框圖。單片機(jī)作為主控，繼電器、熱釋電、步進(jìn)電機(jī)、 信息顯示、矩陣鍵盤等模塊通過IO 口與單片機(jī)相連。聲強(qiáng)、光強(qiáng)信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，通過 IIC總線與單片機(jī)相連。圖3為自然光、聲音強(qiáng)度檢測模塊電路原理圖。通過價(jià)格低廉的拾音頭將教室的聲音信號轉(zhuǎn)化為交流電信號，信號幅度較小。為了克服電信號波形的參數(shù)及失真對測量值的影響，采用真有效值轉(zhuǎn)換技術(shù)來精密測量電信號有效值。本模塊電路中采用的AD736 具有準(zhǔn)確性高、測量速度快、頻率特性好、靈敏度高、輸入阻抗高、輸出阻抗抵、功耗低的特點(diǎn)，因此，利用該芯片測量聲強(qiáng)信號的有效值，經(jīng)放大后送至A/D轉(zhuǎn)換芯片PCF8591。利用 LX1970傳感器實(shí)現(xiàn)自然光強(qiáng)度的檢測。LX1970是一款采用新技術(shù)的人眼感光效應(yīng)傳感器， 其SRC引腳輸出與光強(qiáng)成正比的電流，精密電阻R7上得到變化的電壓，送至A/D轉(zhuǎn)換芯片 PCF8591。PCF8591為具有IIC總線接口的多路A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有占用單片機(jī)IO 口少的顯著優(yōu)點(diǎn)。AOUT為D/A輸出端，Vref為A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓，IIC總線通過上拉電阻R5和R6 接電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號變低。利用該芯片將光強(qiáng)、聲強(qiáng)模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并通過IIC總線送給主控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩物理量的實(shí)時(shí)監(jiān)測。圖4為繼電器及旋轉(zhuǎn)熱釋電紅外探測模塊電路原理圖。通過單片機(jī)的P30 口控制繼電器的通與斷，從而控制教室燈的開與閉。ULN2003為大電流驅(qū)動芯片，驅(qū)動四相小型步進(jìn)電機(jī)。將集成的熱釋電紅外探頭模塊置于步進(jìn)電機(jī)上，單片機(jī)可實(shí)時(shí)啟動步進(jìn)電機(jī)正反旋轉(zhuǎn)，探頭在360度范圍的旋轉(zhuǎn)過程中檢測到人體信號時(shí)，會產(chǎn)生電平變化，送至主控單片機(jī)的中斷口。圖5為主控、信息提示及矩陣鍵盤模塊電路原理圖。采用AT89S51單片機(jī)作為主控，1觀*64的IXD作為信息顯示，4*4的矩陣鍵盤作為輸入?yún)?shù)設(shè)置。單片機(jī)的Pl 口擴(kuò)展矩陣鍵盤，Pi. (ΓΡ1.3為行線，Ρ1.4>ι. 7為列線，列線和行線的交叉點(diǎn)接按鍵，采用反轉(zhuǎn)法實(shí)現(xiàn)按鍵的識別。單片機(jī)的PO 口作為LCD的數(shù)據(jù)線/地址線，部分Ρ2 口作為其讀寫、使能等控制線。單片機(jī)的P26、P27模擬IIC總線時(shí)序，與AD轉(zhuǎn)換器件的SDA和SCL相連。聲強(qiáng)和光強(qiáng)信號的數(shù)字量通過IIC總線送至單片機(jī)進(jìn)行處理與判斷。單片機(jī)的P32 口用作外部中斷口，與熱釋電紅外傳感器模塊的輸出信號相連，P30 口用來控制繼電器的通與斷，P31、 P33、P34、P35與小型步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動芯片ULN2003相連，提供步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖。
權(quán)利要求1.一種基于多傳感器架構(gòu)實(shí)現(xiàn)人體靜態(tài)檢測的教室節(jié)能控制器，其特征在于包括主控制模塊、可見光檢測模塊、聲音檢測模塊、熱釋電紅外探測模塊、驅(qū)動控制模塊、信息顯示及控制面板；所述主控制模塊和可見光檢測模塊、聲音檢測模塊之間采用Iic總線連接方式；所述熱釋電紅外探測模塊、驅(qū)動控制模塊、控制面板與主控制模塊的單片機(jī)通過IO 口直接相連；所述主控制模塊和信息顯示模塊采用并行連接方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器架構(gòu)實(shí)現(xiàn)人體靜態(tài)檢測的教室節(jié)能控制器，其特征在于所述熱釋電紅外探測模塊通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動360度旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生與靜態(tài)人體的相對運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)安靜環(huán)境中的人體信號檢測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器架構(gòu)實(shí)現(xiàn)人體靜態(tài)檢測的教室節(jié)能控制器，其特征在于采用多傳感器架構(gòu)，分別檢測光強(qiáng)、聲強(qiáng)、人體。
專利摘要本實(shí)用新型公布了一種基于多傳感器架構(gòu)實(shí)現(xiàn)人體靜態(tài)檢測的教室節(jié)能控制器，其特征在于包括主控制模塊、可見光檢測模塊、聲音檢測模塊、熱釋電紅外探測模塊、驅(qū)動控制模塊、信息顯示及控制面板；所述主控制模塊和可見光檢測模塊、聲音檢測模塊之間采用IIC總線連接方式；所述熱釋電紅外探測模塊、驅(qū)動控制模塊、控制面板與主控制模塊的單片機(jī)通過IO口直接相連；所述主控制模塊和信息顯示模塊采用并行連接方式。本實(shí)用新型將三種探測方式相結(jié)合，尤其是適時(shí)旋轉(zhuǎn)熱釋電探頭以產(chǎn)生與人體的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)靜態(tài)檢測，可實(shí)現(xiàn)教室日光燈的合理、人性化的開關(guān)控制，解決目前市場上同類產(chǎn)品由于使用環(huán)境的多樣性、復(fù)雜性、不確定性而存在探測盲區(qū)或誤判斷的問題。
文檔編號H05B37/02GK201957306SQ201120025089
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者劉其峰, 劉楊斌, 徐偉, 洪峰, 行鴻彥 申請人:南京信息工程大學(xué)