智能教室集控系统

智能教室集控系统（精选7篇）

智能教室集控系统 篇1

引言

在电力系统信息化发展的背景下, 大量科技创新成果也应用于电力安全生产管理方面, 使得安全管理在保持其严谨、严肃、刚性的同时更加信息化、智能化。阜阳供电公司近几年大力推进变电站综合自动化改造工作, 目前已经全面实现集控站管理模式, 110kV及以下变电站全部实现无人值班。这也对变电站安全防护提出了更高的要求, 集控站对子站的安全管理模式也亟待改进。从电力设施的安全防护和电网的安全生产角度看, 探索利用先进科技手段, 淘汰落后的机械门锁, 使用变电站智能门禁系统, 对于有效保障变电站内电力设施的安全, 为电力生产安全保证体系和安全监督体系提供技术支持, 建设数字化变电站和智能电网均具有重要意义。

1、设计方案

系统主要由防盗门、电锁、密码读卡器、门磁开关、出门按钮、专业门禁电源、门禁控制器、RS485通讯转换器、手动紧急报警按钮组成。

在本次门禁系统中, 根据设计, 在新阳集控站的8座无人值守变电站 (辛桥变、河西变、泉北变、颍西变、六里变、东平变、济河变、开发区变) 以及太和集控站的3座无人值守变电站 (细阳变、三堂变、五星变) (共11座变电站) 的大门、主控制楼、高压室、电容器室、安全工器具室等安装智能门禁系统, 在相应的两个集控站安装主站监控系统, 施行集中控制, 统一管理, 实行24小时出入监控, 提高变电站安全级别。

门禁管理中心主站位于太和变与邢集变, 所有门禁管理器基于TCP/IP协议通过以太网接入公司监控中心。后台数据库和数据发布系统, 用于数据的存储、分析、统计、发布。门禁控制器不停的采用相关前端数据, 并将数据传至后台服务器, 利用高效数据库系统存储数据。

安装方式所有引线采取走暗线的方式, 在门外、门内均看不到引线, 安全可靠。

根据变电站新旧设施的不同, 各门禁锁选型也不相同, 金属防盗门及木门采用磁力锁, 单门才用单门磁力锁, 双门采用双门磁力锁, 铝合金门和玻璃推拉门采用电插锁, 嵌入式安装。

2、关键技术

1) TCP/IP网络型管理软件

提供标准数据库程序与兼容

-最多可以由三台计算机同时执行程序来进行所有功能之实时监控

-可由无限台计算机执行Monitor程序来查询及修改数据库内所有的数据

-最多可以连接16台网络转换模组可扩充至99台

-支持窗口95/98/ME, Windows NT/2000/XP操作系统

-可供6000位持卡者使用

-最多可连接99台控制器, 396个门, 792卡片阅读机

-值班员可选择中文简体、中文繁体、英文及自订语言

-值班员可修改画面文字显示内容, 以符合不同之应用需求

-3阶层反潜回设定, 有效防止持卡人重复进出, 适合高安全性场合应用, 支持电子地图, 可实时显示门位状态与警报资料

-支援ACCESS/MS SQL/My SQL.....等不同数据库系统

2) 门禁控制主机

——硅胶防水型键盘, LCD背光显示屏, 可连接8台读卡机

——4个信号输入/输出, 使用扩充模组可扩充到128个点, 作报警监控信号控制使用

——通信接口:RS485×2、RS232×1, RS485通信格式, 1.2公里连线距离, 60组时区设定, 366天假日设定

——3阶层反潜回A N T I-P A S S B A C K功能, 有效防止持卡人员重复进出, 电路板采用SMD技术生产, 8位主控芯片, 稳定可靠

——可配合维根模组, 连接W26型或M I F A R E型读卡机

3) 详细的报表记录

集控站终端能够对门禁的开启关闭记录, 配合现有的视频图像捕捉设备, 可以实现视频联动功能, 条件具备的站点应能够进行相应的视频录像。

4) 报警功能

具备任意门禁的远程控制、远程巡视、多种报警时间功能, 如非正常开门告警、闯入报警、防撬报警等, 系统可驱动相关告警设施实现无人值守变电站现场警铃和远传集控中心值班人员。

5) 动态权限分配功能

针对特定人员, 如单位领导、安监人员、部门负责人、检修人员、变电站巡视人员等可以分别制定相应权限。

6) 较强的系统扩展功能能

系统要求满足100个变电站门禁站点, 且可以实现与其他系统对接, 将变电站现有的视频监控、厂区外围电子围栏、红外对射等防盗设施, 形成变电站立体防护体系。

3、门禁系统管理方法

(1) 集控站主站管理系统应具备电子钥匙权限分配功能, 具备远程开门及监控功能, 具备密码管理功能, 具备自动统计功能。

(2) 系统应提供多种门禁管理模式供用户进行选择和配置。包括电子钥匙集控站主站集中管理模式、单个用户按权限分散管理模式、单个用户持卡由集控站主站分配密码模式、紧急情况下应急开锁模式等。

4、应用效果

经过对无人值守变电站智能门禁系统的测试, 确定系统本身具有极高的稳定性和可靠性, 在系统的硬件连接中, 如果出现某个设备的故障, 不会影响系统中其他设备的正常工作, 中心会收到报警信息提示设备的损坏和网络连线的断路, 在电脑故障的情况下, 整个系统可以脱机运行, 正常纪录人员的进出信息和报警信息, 在系统和电脑重新连接以后, 信息会自动上传到电脑;系统在软件的使用中也充分考虑安全性, 系统的操作员可以分为多个级别, 级别低的操作员只能在授权的权限内进行操作, 如对信息进行监视, 而级别最高的操作员可以对系统内的任何权限进行修改。经过测试, 系统完全可以投入使用。

摘要：实施智能门禁系统可以有效解决无人值守变电站重要门禁安全防护需求, 给集控站主站值班员监控子站安全防护提供有效管理手段, 进一步加强了检修人员现场安全管控力度, 同时也给电力事故调查提供了更加丰富的技术支持。

关键词：智能门禁,无人值守变电站,安全防护

学校智能录播教室系统方案设计 篇2

学校智能录播教室系统要求建设一个实用的多媒体全自动智能录播教室, 并提供精品课件制作和多功能多媒体教学智能录播功能, 其目的是在学校现有规划多媒体教室基础上建立多功能多媒体全自动录播及教学技能实训中心, 它可方便地将本校各类教师在现有多媒体自然教室环境下授课现场的视频、音频、讲稿和授课者屏幕操作 (VGA) 等自动录制成一个完全同步、完整的多媒体课件。

多功能智能录播教室应具有全自动跟踪功能, 支持外接摄像机以方便专门人员采集高标准的录制效果, 在系统的安全性和稳定性确定的情况下必须具备以下几个功能:精品课程制作;观摩授课的自动录播;多媒体演/录播应用功能;网络广播和点播应用;网络数字化微格教室功能。

2 学校智能录播教室系统拓扑设计

学校智能录播教室系统不改变教师和学生的上课习惯, 系统通过录播主机将授课老师的讲稿 (包括文字、图片、动画、声音、板书) 与授课现场录下的影像, 实现自动实时和手动切换两种模式合成同步多画面多媒体课件制作功能;基于网络, 系统实现在校园网上的点播和同步直播, 可实时在线和网上点播时进行点评。系统拓扑设计如下:

3 系统设备功能及技术要求

3.1 信号实时采集

1) 多路视频信号的实时采集:包括一个录播教室同时安排3个全自动跟踪的固定安装的云台摄像机;3个对应兼容的手动控制的摄像机, 其它视频信号的采集 (DVD、电子白板等) 。

2) 高质量VGA信号传输:Powerpoint等电子讲义直接以纯硬件VGA画面实时采集压缩并获取, 图像分辨率 (640x480~800x600~1024x768分辨率/4FPS~25FPS帧率) 。

3) 声音的采集:为了保证录制课件的效果, 要保证录制声音清晰, 抑制回声啸叫, 有降噪处理, 只拾取有效的声音信号, 教室中其他的干扰噪音等都将被自动过滤, 从而有效的保证现场直播或后期回放的声音效果, 以保证录制课件的效果, 保证声音的完美采集。

3.2 多媒体教学实录

系统不仅可以按多媒体授课时实际发生的时间顺序, 真实记录全过程、全场景的课堂实况 (支持同时多屏录制的课件模式/选择单屏录制的电影模式) , 实时直播的内容包括教师场景、学生场景和课件场景等, 而且授课完毕后, 视频、音频、老师的讲稿和现场操作等自动录制成一个完全同步的、完整的多媒体课件, 整个过程必须在无人工干预的情况下自动进行。

系统配置1路VGA接口、4路视频复合接口, 实现单/二/三/四屏同步实时录播功能, 支持以下五种同步录制模式:

视频1+视频2+VGA三屏模式;

视频1+视频2+视频3三屏模式;

视频1/视频2/视频3+VGA切换二屏模式;

视频1+视频2+视频3+VGA四屏模式;

视频1/视频2/视频3/VGA切换单屏模式。

3.3 精品课程录播

主系统控制界面能同时预监至少3个摄像机视频 (演讲/板书视频、学生视频和全景视频) 、1路VGA视频, 以及2路静止画面, 同时还能监视到输出视频, 输出视频由系统智能选择, 输出并生成多画面和单画面选择的满足精品课程要求的视频流文件, 系统也支持手动多摄像机位同步切换。

系统在进行切换单流实时录播 (分辨率720x576@25fps) 过程中, 同时支持视频1+视频2+VGA三屏同步录制和直播输出, 分辨率满足视频 (720x576@25fps) /VGA (1024x768@25fps) , 生成3个独立的视频文件, 满足流媒体WMV标准格式, 作为原始素材保存, 为后期编辑提供素材。整个过程能够在网上进行直播, 或者录播, 并且所录制的“精品课件”可自动发布成WMV/VCD/DVD格式供直接播放。

系统除了支持全自动摄像机云台控制和场景切换工作模式之外, 在对精品课程有更高要求时, 还支持手动/半自动摄像机云台控制工作模式。根据教室的光线不同, 还要求支持手动方式的聚焦和曝光控制。

3.4 演讲和板书自动跟踪拍摄和控制

该部分摄像机自动跟踪、录播录播教室上课情况, 自动跟踪教师板书的位置, 并且联动摄像机来清晰拍摄黑板的字迹, 当教师使用PC操作时, 教师在学生中演讲, 以及学生回答问题时, 系统能自动地控制切换拍摄。

3.5 课件后期编辑和精品制作

多媒体单画面视频流后期编辑工具软件, 可以把生成的多画面同步的单个多媒体流文件通过可视化界面主动选择, 最终生成单画面的视频流文件, 并可自动发布成WMV/VCD/DVD格式, 用于“精品课件”制作。

3.6 IP远程录播控制

当录播服务器工作时, 授课老师可以在远程网络中使用软件实现远程的录播控制, 支持录播信息输入、控制录制、直播、暂停和停止等。演讲完毕, 授课老师可以在不需要专业技术人员的帮助下即时远程浏览和复制所录制的多媒体课件。

3.7 多媒体视频资源在线存储和应用管理

系统提供配置一套多媒体视频资源综合应用管理和服务软件 (实现广播和点播功能) , 将录制好的多媒体会议视频资源, 通过该软件进行发布, 终端用户通过web页面访问所需的多媒体会议视频资源。系统平台支持B/S模式进行点播接收, 支持Web方式进行管理, 支持安全认证管理功能。功能实现模块化, 扩展性好。

4 智能录播教室系统主要设备清单及推荐品牌

参考文献

[1]邓文新.录播系统在精品课程教学录像制作中的应用研究.中国电化教育, 2008 (5) .

[2]张飞碧.全自动智能录播系统的架构分析.中国电化教育, 2008 (5) .

教室人数智能统计及播报系统设计 篇3

目前,高校教师因点名浪费大量上课时间,与此同时学生的代答到现象也大大影响了点名的效率。 为此,这里设计了一种教室人数统计播报系统,通过此系统教师能够准确获取学生人数,根据人数情况掌握学生动态信息,节省点名时间,提高点名效率。

1总体设计方案

整个教室人数统计播报系统主要由单片机主控模块、红外感应计数模块、语音播报模块、电源供电模块以及按键控制模块组成。系统结构如图1所示: 单片机STC89C52RC[1]作为系统的主控模块,由电源供电模块供电,系统通过红外感应计数模块统计教室中的学生人数[2],上课时教师可通过按键控制语音播报模块实时播报当前具体人数信息,通过实时人数信息了解学生的出勤、旷课和早退等。

2硬件设计

2.1单片机主控模块

该模块采用STC公司的STC89C52单片机作为主控制器。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器。单片机与外围电路构成的最小系统如图2所示。

( 1) 采用外部时钟,晶振频率为11. 0592MHz。

( 2 ) 采用按键复位 。

2.2红外感应计数模块

该计数模块[3]包含两个部分,每个部分均由红外发射电路和红外接收电路组成,具体的安装情况如图3所示。A、B两部分在教室前门安装时前后( 里外) 放置,前后距离L1应超过一个身位。A和B的红外发射电路和红外接收电路左右放置的顺序也不同: A的红外发射电路在左边,红外接收电路在右边,而B正好相反。且红外发射A与红外接收B之间以及红外接收A与红外发射B之间分别用挡板A、B隔开 ( 此处挡板的作用是避免不同组的红外发射和红外接收之间的干扰,如: 红外发射A对红外接收B的干扰) ,挡板A、B之间的距离L3应能保证学生轻松通过。红外发射电路和红外接收电路之间的距离L2应满足大于L3的同时确保感应灵敏度较高。

该红外计数模块的具体硬件电路如图4所示。 其中D0是红外发光二极管,发出一定频率的红外光; D1是红外接收管,是否接收到红外光决定其导通还是截止。具体工作过程如下: 当没有物体挡在D0和D1之间时,D1接收到D0发出的红外光而导通,此时C点呈低电平近0V,经过LM393比较以及非门电路后使得输出OUT为高电平近5V; 当有物体挡在D0和D1之间时,D1接收不到D0发出的红外光而截止, 此时C点呈高电平近5V,经过LM393比较以及非门电路后得到输出OUT为低电平近0V。此处的非门电路采用非门芯片74HC04N来完成,该芯片集成4个非门为一体。利用该芯片的优点在于能够将输出端OUT的高电平保持在近5V左右,保证单片机处理信号的准确性,避免错误判断。

红外感应模块A、B模块与单片机的连接图如图5所示。分别将A、B的OUT输出端接单片机的外部中断口INT0和INT1,并且均设置为下降沿有效,当OUT由高变低时,便进入相应的外部中断,执行对应的操作。由A与B感应的先后来判断是进教室还是出教室,进教室计数加一,出教室计数减一。当有学生位于A与B中间时或站在其中一个感应模块处较长时间不动时,可在程序中通过设置时间的长短来解决这些特殊情况。

2.3语音播报模块

本系统的语音播报模块采用XF - S4240[4]中文语音合成模块。该模块是安徽中科大讯飞信息科技有限公司( 科大讯飞) 设计的一款具有合成任意中文文本的能力及英文字母合成的语音合成模块,控制接口 简单方便。 该模块工 作电压DC3. 3 V( 范围: 3 . 0 V ~ 3 . 6 V ) ,可以通过异步串口( UART) 、SPI接口及I2C总线三种方式接收待合成的文本,直接合成为语音输出,功能强大。本系统采用SPI接口[5]方式,其中SPI通讯时序图如图6所示。

XF - S4240与MCU的连接[6]如图7所示。由于单片机自身并没有SPI接口,所以用单片机的I/O口来模拟SPI接口。为了保持电路的一致性,在单片机的P1口上扩展了SPI接口。各接口功能如表1所示。

2.4电源供电模块

在该系统中XF - S4240模块采用3. 3V供电,其余大部分硬件均采用5V供电,因此决定采用如图8所示的电源电路产生5V供电: 220V交流电经过合适的变压器降压至12V,12V电压经过桥式整流电路整流、电容C1滤波变换成14V左右的直流电,此后再经过三端稳压集成电路LM7805稳压,形成5V直流电,5V直流电经过AMS1117 - 3. 3V稳压电路形成稳定的3. 3V,从而给系统稳定供电。

3系统软件设计

图9所示是红外计数程序的流程,假设以变量num来代表学生数量。程序中通过单片机的外部中断功能和设置标志位flag1、flag2的方法来实现对模块先后感应顺序的识别,从而进行计数。此方法具有较高的灵敏度和准确度。

4样机展示

图10给出了CPU、语音模块、供电模块及按键模块的部分工作图。

1. 语音模块; 2. 供电模块; 3. 按键模块; 4. 单片机主控模块

5结束语

设计了一套基于单片机的教室人数统计播报系统,通过红外感应技术统计教室实际学生人数,很好地帮助了教师对学生出勤情况的考察以及对学生起到积极、良好的督促作用。该系统的研究和实际应用也将在其他需要统计实际人数的场合起到积极的导向作用。

摘要：现今高校教师大多以口头点名的方式来考察学生的上课出勤情况。但是点名过程繁琐,浪费宝贵的上课时间。系统采用单片机STC89C52为核心部件,运用红外感应技术来统计教室中的实际人数并通过液晶屏显示以及语音播出。帮助教师准确掌握上课学生人数,节省点名时间,有利于教师教学工作的开展。

多媒体教室的智能照明控制系统 篇4

1 系统设计

该系统主要由探测器和控制电路两大部分组成, 系统设计如图1所示。

探测系统由主动、被动热释电红外探测器和光亮度探测器组成。光亮度探测器由光敏电阻及放大器组成, 在控制盒内。被动探测器装在门口上, 主动探测器前部与透镜连接, 后部与电动机相连装在顶部不同区域, 探头要背光、避开暖气。控制系统由单片机、人机交互平台和继电器组成。图中不同继电器控制不同区域。

2 工作原理

为了系统的可靠性我们将此系统分成3种状态:首先, 教室没有人时断电所有的灯均熄灭;其次, 有人进入教室时, 根据照明度的不同又可分为三种:第一种, 照明度X≤X1时灯全部亮;第二种, 照明度X1≤X≤X2时每一组开一盏灯;第三种, 照明度X≥X2时灯全灭。其中照明度X1、X2可根据下式计算:

式中E为平均照度, Φ为光源的光通量, N为灯具数, U为灯具的利用系数, K为维护系数, A为室内面积, 单位m2。

系统工作时首先设定光亮度阈值, 使用光线亮度外探测器检测室内亮度并与阈值进行比较, 如果低于阈值, 那么静态红外探测器就开始工作, 来检测是否有人进入, 如果探测器给出探测信号有人, 那么控制器的到有效信号后就会做出相应的反应 (使灯亮或者灭) , 并作出相应的延迟T为动态探测器争取有效的时间, 动态探测器自动扫描, 其扫面周期小于T。也就是说在T时间间隔内如果动态探测器探测到人体信号则会一直触发延时输出, 使得有人的区域常亮, 如果在T时间间隔内没有检测到人的存在那么就会取消触发, 该区域灭灯。

3 硬件电路设计

多媒体教室的智能化照明控制系统采用模块化结构设计, 包括光亮度探测、人体探测、控制机制和编程模块等, 各个模块都独立于自己的功能, 互不干扰。

(1) 根据光亮度:系统工作时首先设定光亮度阈值, 使用光线亮度外探测器检测室内亮度并与阈值进行比较, 如果低于阈值, 那么静态红外探测器就开始工作, 来检测是否有人进入, 如果探测器给出探测信号有人, 那么控制器的到有效信号后就会做出相应的反应 (使灯亮或者灭) , 并作出相应的延迟T。

(2) 根据室内人员分布状态控制:采用主动、被动式热释电传感器对人体信号进行检测, 如果在T时间内分析出某区域的人体信号, 并将该信号输送到单片机, 控制器将作出延时的反应, 使得该区域继续保持, 而检测不到人体信号的区域继电器断开, 该区域灯灭。

(3) 根据多媒体屏幕控制:对于多媒体屏幕下放后前排灯灭的问题, 采用开关管控制。

(4) 语音提示:主要由时钟、语音电路、整形和播放器等组成。工作时, 首先在时钟上设定闹钟, 时间到时钟就会触发脉冲来驱动语音、音乐芯片来播放语音及音乐。

3.1 单片机的主要连接线路

本系统主要以ATmega16为主控制器, 如图2所示接线图, 图3为晶振电路, 为了提高时钟频率的稳定性, 我们选用了11.0592MHz的石英晶体, 电容选用了30pF。红外信号经放大后由光电二极管显示其信号接收, 再把放大的脉冲信号经单片机转换成连续电压信号送入光电耦合器模块进行对继电器的控制, 从而实现对照明灯的控制。P A口为数据输出输入总线, PA0~PA3实行对按键操作, PA4~PA7接发光二极管, 用来显示按键的输入信号。PB接光电耦合器PC847作为数据输出。PC接光电二极管作为输出, 但PC6作为喇叭输出接口。PD0和PD1即RXD和TXD预留为主控计算机串行口接口。RESET作为光电二极管和按键的复位电路接口。RXAL1和RXAL2外接石英晶体。

3.2 光敏信号放大和显示电路

光信号的放大主要是依靠光敏电阻来接收, 如有信号就对信号进行放大, 从而断开红外探测器电源;反之则起动红外探测系统。ULN2803A反向驱动放大器接发光二极管阴极, 发光二极管阳极通过限流电阻接+5V电源 (限流电阻的大小应满足发光二极管亮度要求, 电流小, 亮度不够;电流大, 耗电, 二极管寿命短。一般二极管电流为15m A左右) 。要使二极管发光, ULN2803A必须输出低电平, 所以探头就必须得有信号即输出。当有信号输出为“1”时, ULN2803A输出为“0”, 则LED亮;当无信号输出时即低电平时, 则LED不亮。

3.3 控制继电器的模块电路

该模块的主要功能就是使用继电器来控制信号的进入, 由耦合器 (PC847) 、集成块以及继电器等, 放大后的信号经单片机转换, 将高低电平信号转换成电压信号送入PC847中, 经过PC847稳压后送入集成芯片ULN2803A中实现对继电器的控制。

3.4 电源电路

电源电路和探测器电源电路相同, 都是将220V交流电经变压、滤波、整流后输出5V的稳定电压。只是为了抵消接线较长时的电感效应, 防止产生振荡, 探测器电源电路中稳压片的输入端电容 (1000μF) 要比电源电路 (470μF) 的大。

3.5 RS485通信接口电路

系统通过RS485协议, 使单片机与PC机通信。单片机的PD4通过光电耦合器连接485接口的DE端和RE端, 以控制发送器和接收器使能。RXD和TXD引脚则分别连接RO脚和DI脚, 以进行数据交换。A和B端为485网络差分信号的输入/输出端, 二者之间应该串接一个100Ω的电阻, 如图4所示是RS485通信接口电路, 4位一体的光电耦合器TLP521让单片机与485之间完全没有了电的联系, 提高了工作的可靠性。图4所示电路的基本工作原理为:当单片机PD4=0时光电耦合器的发光二极管发光, 光敏三极管导通, 输出高电压 (+5V) , 选中MAX485接口芯片的DE端, 允许发送。当单片机的PD4=1时, 光电耦合器的发光二极管不发光, 光敏三极管不导通, 输出低电压 (0V) , 选中MAX485接口芯片的 端, 允许接收。

4 结语

多媒体教室的智能化照明控制系统采用模块化结构设计, 由感光模块、开关模块、控制面板、智能传感器、编程插口、时钟管理器等, 系统中每个功能都独立储存于相应的功能模块中, 每个模块相互独立、互不影响。并且采用网络监控能够及时发现并维修故障, 管理人员的劳动强度明显减少, 手动/自动在计算机控制画面上简单易行。并且系统性能稳定, 易于扩展。因此具有广阔的推广应用前景。

摘要：多媒体教室灯光智能控制系统采用ATMEGA16单片机作为核心控制器, 对教室内人体检测采用主动、被动式热释电相结合的方法, 提高了对人体信息探测的准确度, 并采用总线方式, 实现了各教室照明系统的计算机网络化监控。大大降低了管理人员的劳动强度, 提高了资源利用率, 功率接口采用固态继电器, 电路和程序调整灵活, 可实现照明系统的定时控制、环境亮度控制、人体红外检测和手动控制等功能, 使灯光只在需要的时间和地点才点亮, 实现了节能降耗的目的。

关键词：单片机,照明,控制系统

参考文献

[1]陈勇.基于单片机RS-485的通讯设计[J].计算机光盘软件与应用, 2011 (7) .

智能教室集控系统 篇5

1 系统原理

系统原理框图如图1.1所示, 由教室节能控制器和监控器两部分组成, 通过电力载波通信实现各教室节能控制器与监控器的网络连接。教室节能控制器自动对室内人数进行统计, 同时对自然光光照度和室内温度进行检测, 综合室内人数和自然光光照度自动适时开启适当数量的灯具, 综合室内人数和室内温度控制风扇电源 (风扇最终是否开启及风速由室内人员手动控制, 以满足不同的个性需求) ;监控室监控器可实时查询和手动控制各个教室灯具及风扇的供电情况。

1.1 教室节能控制器

教室节能控制器以AT89S52单片机为核心, 包括光照度检测模块、温度检测模块、教室内人数统计模块、数据存储模块、电力线载波通信模块、4~8个灯 (扇) 驱动执行模块及电源模块等。

人数检测模块准确检测教室内人数是节能控制的关键, 但因教室存在多门、上下课时学生涌入涌出和紧急情况下要求快速安全撤离等情况, 不能将教室门按图书馆或检票口那样做狭小化处理, 所以该模块是本系统设计的重点和难点。这里以2个教室门, 门宽可供2人并排进出为例, 在每个门的上方间隔60cm安装2个双元型热释电红外传感器[1], 该传感器能根据人员进出方向输出正负不同开始的正弦波。将传感器输出的正弦波信号经带通滤波、放大和比较后送入单片机, 单片机根据此信号对室内人数进行加减处理, 统计室内人数。

光照度检测模块根据硫化镉光敏电阻照度特性[2], 通过光敏电阻对教室自然光照度进行测量。当自然光光照度达到教室标准光照度时, 关闭灯具电源;反之, 由教室人数等因素决定。温度检测模块根据负温度系数热敏电阻特性对教室温度进行测量。当温度低于设计标准温度时, 关闭风扇电源;反之, 开启风扇电源。控制系统只对风扇电源控制, 风扇是否开启及风速由风扇调速器手动控制, 以满足个性需要。单片机定时将教室人数等信息数据存储模块, 以防突然短时停电后数据丢失而失控。

1.2 监控器

教室照明控制系统监控器由时钟监控电路、LED显示电路、键盘矩阵电路、出错警报电路等组成。以AT89C52单片机为核心, 利用低压电力载波线进行通信, 读取教室里的人数、光照度和实际开启的灯具等信息, 并可供管理员实时查询。在特殊情况下, 若自动控制的结果不能满足需要时, 管理员可通过控制器上的键盘写入强制开关灯等信息, 并经低压电力载波通信系统传输到教室节能控制器实现强制开关灯。

教室节能控制器和监控器通过低压电力线载波通信组成网络, 不需要线路投资, 费用低廉、安装方便[3]。

2 系统程序设计

2.1 教室节能控制器系统程序设计

程序所要完成的功能是根据光照度、温度和人数的多少, 自动开启所需的照明灯和风扇电源。并在监控器发出监控中断请求时返回查询数据及接收控制数据。这里只给出教室节能控制器软件系统主流程图, 如图2.1所示。鉴于篇幅, 略去了人数统计、温度处理、光照度处理和网络监控中断等子程序流程图。

2.2 监控器系统程序设计

程序所要完成的功能是实现监控器 (主机) 对各教室供

电信息实时检测, 根据需要控制教室 (从机) 的供电数据, 并在系统出错时能够进行自动报警, 主程序流程图如图2.2所示。

3 结束语

该网络型教室智能节能供电系统在学校试验运行中, 较好的实现了设计目标, 提高了资源利用率, 减少了电能的浪费。

参考文献

[1]胡耀斌, 蒋彦, 等.室内大面积照明的节能控制研究[J].电气应用, 2008, 27 (7) :43-46.

[2]彭勇, 鲍宏志, 等.光敏电阻特性测定及其在自动照明灯中的应用[J].大学物理实验, 2002, 15 (4) :26-27.

智能教室集控系统 篇6

目前,国内学校教室的灯光控制大多采用手动开关,普遍存在无人亮灯、灯多人少、白天亮灯现象,不仅大量浪费了电能而且缩短了灯具的使用寿命[1]。本文设计一套基于教室内人数的实用智能节能控制系统,能够根据教室内光照条件和人数开关灯具,有效节约了电能,延长了灯具使用寿命,利于建设节约型校园。

1 系统总体设计

本系统采用MCS51单片机为控制核心,也可选用其他单片机,有较大可应用性。2路教室感光模块感知教室不同区域的光照强度,光照充足时,不允许开灯;光照不足时,允许开灯,从而避免教室光照充足而日光灯打开的现象。

安装于教室前后门的4路红外测量人数模块,动态统计教室内的实际人数。人数显示模块能够直观地显示教室内的实际人数,便于老师考勤。日光灯驱动模块把教室日光灯分成8个控制区域,使不同区域的灯具随着教室内人数的增加或减少依次开通或关断,从而避免人少多开灯、无人也开灯的情况。系统结构如图1所示。

各模块分布格局如图2所示,系统包含自动控制和手动控制两种模式。手动控制模式便于特殊情况实现人性化控制[2]。

2 系统硬件设计

2.1 系统电源转换模块

对于教室的220V交流市电,供电电路采用15V变压器TR1降压处理,然后通过全波整流桥BR1得到直流电,并通过三端稳压器件7812得到+12V直流电压,供电磁继电器使用,如图3中A点;又通过三端稳压器件7805得到+5V直流电源供单片机系统使用,如图3中B点。电源转换电路如图3所示。

2.2 教室光照度感应模块设计

系统采用两路感光传感电路,分别安置于教室的两侧,如图2所示,感测不同区域的光照度。光敏电阻是一种常用的光电传感器,它的管脚间的电阻与照射到器件表面的光强有关,光强越小,光敏电阻的阻值越大,反之亦然。电路通过给光敏电阻添加一个比较器,构成一个简单实用的光控开关,比较器的输出为低电平时,系统允许开灯。如图4所示,比较器的输出Vout1与Vout2通过74LS08与门接到单片机的P3.2口,从而实现检测到两个位置的其中一个位置光线不足时就允许开灯。

图4中,LDR1为光敏电阻,其输出电压Vin1与电位器RV1给比较器LP339提供的参考电压Vp通过比较得到输出Vout1。当光敏电阻的输出电压Vin1比参考电压Vp低时(Vin1Vp),比较器输出高电平(Vout1=1),即光线较强时输出为1,参考电压的值可通过电位器RV1设定[3]。

2.3 红外测量人数模块

红外测量人数模块主要基于TSAL6200红外发射二极管和TSOP1838红外接收器设计。图5中,红外发射电路通过NE555芯片作为振荡器产生脉冲信号,并由三极管Q9驱动红外发光二极管TSAL6200,通过调节变阻器RV3产生系统所需的38k Hz频率的红外光[4]。红外接收电路通过TSOP1838接收器及相应的调理电路,经非门74LS04输入单片机的P1口。TSOP1838没有接收到红外光时输出为高电平,经过非门后变为低电平,系统通过检测单片机相应引脚判断人是进入教室还是出去。本系统采用四路检测电路,输出信号分别接入单片机的P1.0,P1.1,P1.2,P1.3引脚。如图2所示,输出信号输入P1.0、P1.1引脚的两路红外传感置于教室的前门,输出信号输入P1.2、P1.3引脚的两路红外传感置于教室的后门。分别通过检测前门和后门的传感信号来实现教室内人数的动态统计。

2.4 人数显示模块

人数显示模块可以直观显示教室内的人数,方便老师统计出勤率。图6电路采用两个74LS74译码器,通过14个220Ω的限流电阻与两个共阳极数码管相接。其中,两个译码器的数据输入口与单片机的P0口相接,作为人数信号的输入端。

2.5 灯光驱动模块

灯光驱动模块共8路,控制教室内8个区域灯光的亮灭,如图2所示。单片机的控制信号通过P2口,经过限流电阻接至三极管驱动电磁继电器,以开启或关断日光灯,如图7所示。P2口的输出为低电平时,电磁继电器动作,电磁继电器使用+12V直流电源。系统运行中,依据教室内实际人数的增加依次点亮1~8区域的灯,随着人数的减少依次关闭8~1区域的灯,实现动态节能控制。

3 系统软件设计

控制系统工作后,通过红外测量人数模块,不断检测前门和后门的红外传感器输出信号,实时统计教室内人数。同时检测教室内光照度测量模块的输出信号,当P3.2引脚为高电平时,表示教室内光照充足不需要开灯;当P3.2引脚为低电平时,表示教室内光照欠佳,根据教室内实际人数N开启或关断相应区域的日光灯。例如,可设置软件当1≤N≤10时,仅开启区域1;当11≤N≤20时,开启区域2,如此各区域依次开启。相反,人数减少时,当N≤70时,关断区域8;当N≤60时,关断区域7,如此各区域依次关断。当教室内最后一个人离开时,区域1的灯光延时3秒后关断。系统的程序流程图如图8所示。

4 结论

通过Proteus软件对系统仿真和单片机焊接成的实际电路的测试,表明系统能较好地完成预期功能,准确地控制灯具的开启与关断,有效节约了电能,延长了灯具的使用寿命。同时该系统通过简单调整可以广泛用于图书馆、大型超市、公共卫生间等场所,具有很高的实用价值,能带来可观的经济效益和环保效益。

参考文献

[1]李世振,李浙昆,张文斌.智能型教室灯光控制系统研究与实现[J].微计算机信息,2011(4):30-32.

[2]莫海军.课室用电智能控制系统[P].中国专利:200920263565.3,2010.10.27.

[3]杨欣,张延强,张铠麟.实例解读51单片机完全学习与应用[M].北京:电子工业出版社,2011.

智能教室集控系统 篇7

目前, 照明自动控制系统在一些地区已开始应用在日常生活中。虽然这类装置具有热释红外探测, 声音探测, 光线探测等, 但是这些检测方法只能简单的控制灯的开关, 并不能具有智能的调光技术。所以, 本来针对该类照明系统的缺点提出了一种可行的解决方案。本文是基于电力电子技术为基础, 融合单片机技术, 设计了一套能具有自动调光, 自动开关的智能教室照明系统。

1、系统介绍

智能教室照明系统主要有两部分组成。一部分是光明电阻, 双向晶闸管构成的智能调光部分;另一部分是热释电红外传感器, 单片机以及输出控制回路组成的智能开关控制部分。智能调光部分, 首先必须用光敏三极管、光敏二极管或光敏电阻灯等光敏元件作为传感器检测出日光照射强度;再通过信号鉴幅, 取得上限和下限门坎值, 得到最终的控制信号。照明灯亮度的控制驱动采用双向晶闸管, 双向触发管控制:用RC电路充放电时间不同, 通过触发管控制晶闸管的延迟触发角以控制亮度。智能开关部分, 是用红外传感器检测教室中是否有人, 如果没人, 电灯总开关关, 不论光线亮或暗灯都不亮;如果有人, 在比较光照强度信号 (若光照强度低) , 则此时通过单片机控制回路导通。

该系统只有在教室有人, 同时光线较暗的情况下才自动启动照明系统, 当教室内灯光比较亮, 或者教室内无人时, 关闭照明系统。并且该系统由于加入晶闸管控其触发角, 可以实现根据教室光照调节照明灯亮度的过程, 极大程度的节约了电能。智能教室照明系统的原理框图如图1所示。

2、智能调光部分

智能调光电路是利用双向可控硅 (双向晶闸管) 的特性控制灯泡的亮灭以及亮度的调节, 从而达到智能调光的目的。

双向晶闸管是由N-P-N-P-N五层半导体材料制成的, 对外引出三个电极。双向晶闸管与单向晶闸管一样, 也具有触发控制特性。不过, 它的触发控制特性与单向晶闸管有很大的不同, 这就是无论在阳极和阴极间接入何种极性的电压, 只要在它的控制极上加上一个触发脉冲, 也不管这个脉冲是什么极性的, 都可以使双向晶闸管导通。

由于双向晶闸管具有可控性, 为了使照明灯亮度能随室内光照强度的变化而自动调节。我们可以加入光明电阻和一些简单的电路, 对晶闸管的触发角进行控制, 对其可控整流, 从而到达智能调光的目的。该部分的原理图如图2所示。

电路中用红外触点Key-B代替热释电红外传感器经单片机发出的控制信号, 用滑动变阻器R5代替光敏电阻, 科学合理, 利于电路仿真。电路中还设置了手动总开关Key-A, 便于电路的进一步管理。

由R4, R1和C1组成的组容移相电路决定可控硅的导通角。当C1两端电压经R2, R5, 充电上升到双向触发管的导通电压时, 双向可控硅VS被触发导通, 当交流电过零时, 双向可控硅自动判断, 调节RP1可改变C1的充电时间, 从而改变双向可控硅在交流电正负半周内的导通角, 以便得到需要的亮度。

3、智能开关部分

智能开关部分是利用热释电红外线传感器进行检测。当传感器检测到教室内有人时, 其内部BISS0001信号处理芯片将信号传达给单片机:同时, 还应将光敏传感器当前检测到的教室光照强度通过ADC0832转换给单片机, 以判断光照强度的强弱, 假如光照强度低于初始设定值, 并且热释电红外线传感器检测到教室有人存在, 则通过单片机发出相关控制信号, 打开教室照明灯。

(1) 热释电传感器模块。热释电传感器是利用热释电效应, 是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成, 元件两个表面做成电极, 当传感器监测范围内温度有ΔT的变化时, 热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔQ, 即在两电极之间产生一个微弱电压ΔV。由于它的输出阻抗极高, 所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。人体主要的辐射波长为9um-10um的红外线, 通过对人体自身辐射红外能量便能准确的测定人体表面温度, 由于该波长范围内的光线不被空气所吸收, 因而也可利用人体辐射的红外能量精确地测量人体表面温度。当热释电红外线传感器感应到教室内有人时, 该传感器将信号通过内部BISS0001芯片处理后, 再传送给单片机进行储存与处理。

(2) 单片机控制模块。选用STC89C52型单片机对A/D转换芯片进行初始化设置。当光敏传感器检测到光照强大到达预定值时, 通过A/D转换芯片将相关信息传递给单片机。单片机记录该信息;同时单片机接受热释红外传感器检测到是否有人的信号。如果这两个信号同时满足单片机预设值时, 单片机进行中断响应, 打开照明灯。

(3) 光敏传感器模块。光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强, 电阻减小, 入射光弱, 电阻增大。本系统光敏电阻随光照强度的不同而发生变化, 将变化的电压信号, 通过模数转换芯片ADC0832将信息传递给单片机, 使得单片机能随时判断光想强弱程度。

4、结语

随着国家的可持续发展战略的实施, 节能减排也不断受到大家的重视。智能照明技术是一项推动可持续发展的重要技术, 其意义重大而深远, 并且该技术有着广阔的发展前景。本设计是基于单片机与晶闸管的智能教室照明控制系统, 她融合了其他照明系统的优点, 改善了其缺点, 使得该产品更加的节能与人性化。对于智能教室照明系统不仅可以应用于教室, 还可以应用在很多领域, 比如政府办公室, 公共场合等。相信在不久的将来, 这一套系统必定在很多场合具有更广阔的应用。

参考文献

[1]王兆安, 刘进军.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社 (第5版) , 2011.

[2]邸伟亚.照明用电节能技术研究[D].天津:天津理工大学, 2009.

[3]袁佑新.智能路灯节能控制器研究[D].武汉:武汉理工大学, 2008.

[4]王立红.基于单片机的智能路灯控制系统[J].网络财富, 2010, 6:131.