教室照明现状

教室照明现状（精选7篇）

教室照明现状 篇1

1相关标准

目前在上海地区对教室照明有相关要求的标准主要有四个,分别是国家标准GB50034-2013建筑照明设计标 准、GB50099-2011中小学校 设计规范、 GB7793-2010中小学校教室采光和照明卫生标准以及上海市地方标准DB31/539-2011中小学校及幼儿园教室照明设计规范。以上标准都对学校教室照明提出了具体的要求和限值。不同标准其侧重点不同,而且标准中所涉及的项目和限值也略有差异。以普通教室为例对四个标准进行比较,见表1,可以看出,上海市的地方标准DB31/539-2011中小学校及幼儿园教室照明设计规范是四个标准中相同项目限值要求最高的。

2教室照明现状

国内大部分地区学校使用的灯具现状是:教室灯大多采用简单的敞开式双端荧光灯支架灯具,而黑板照明则没有专用灯具,也是将双端荧光灯支架灯具安装在黑板前作为黑板灯具使用,甚至有些地区根本就

没有黑板照明。敞开式双端荧光灯支架灯具的光源直接暴露在灯具的外侧,没有任何防眩光的措施,会对坐在后排的学生造成很大的眩光影响。此外敞开式双端荧光灯支架灯具的灯具效率低,课桌面照度往往不能满足现行标准的要求。如图1、图2所示。

从2008年开始,上海市在全国率先开展了中小学校和幼儿园教室照明改造工程。至2014年底,随着浦东新区教室照明改造的完成,上海市的中小学校和幼儿园基本完成了教室照明的改造工作。本次中小学校教室照明改造工程所使用的教室灯具均为格栅灯具, 可以显著降低灯具本身所造成的眩光。黑板照明则采用专用的黑板灯具,其照明情况比改造前有了明显的提升。以最近改造完成的浦东新区为例,在完成改造的10 000多间教室中抽查了148间,采用上海市地方标准DB31/539-2011的限值进行考核,全部合格。除了上海以外,近几年四川省成都市、浙江省宁波市、 温州市等地区也都进行了部分教室的照明改造。总体来说,通过教室照明改造,极大地提高了学生在校学习过程中的照明舒适度,效果非常显著。

3教室照明的发展趋势

从目前的情况来看,简单的敞开式双端荧光灯支架灯具已经不能满足学校教学时所需的最低照明要求, 势必要被淘汰。要想符合前述的几个教室照明相关标准要求,新型的教室照明灯具应根据区域和功能分别单独设置。黑板灯具与教室灯具要分别独立设计,因为这两个类型的灯具服务的对象完全不同,所以从配光、结构等各方面的设计都应该满足实际的照明需要。 新型的教室灯具主要有以下几类:

(1) 格栅灯具。格栅灯具又有很多细分类:按格栅的尺寸可以分为大格栅和小格栅;按格栅表面喷涂的材料可以分为镀铬镜面格栅、铝亚光格栅和涂白格栅。不同种类的格栅灯具各有优势,大格栅灯具且使用铝亚光格栅和涂白格栅的,灯具效率相对较高,更加节能,但眩光控制相对较差。小格栅灯具且使用镀铬镜面格栅的灯具,灯具效率可能偏低,但是眩光控制更好。如图3、图4所示。

(2)新型线槽灯具。这种灯具就是在普通的线槽灯后面添加了一个长条状的衬板,挡住向后的光线, 如图5、图6所示。该类灯具的优点是设计上较为简单,对后排学生几乎不会产生眩光影响。但该类灯具考虑到实际照明的需要,不能在灯的前端也安装衬板, 这样一来就对老师产生较大的眩光影响。此外该类灯具本身的配光作用有限,无法有效提高桌面的照度均匀度。

(3)黑板灯具。现行有效标准中对黑板照明的要求较高,是教室照明中较难满足的一项。很多企业采取单灯具双光源,并排安装三盏黑板灯具的办法,以满足标准中照度和均匀度的高要求,如图7所示。这样确实能满足照明的需要,但如果仅仅靠堆砌灯具数量来满足标准要求也面临一些实际的问题。有些黑板灯具的配光设计不合理,设计安装高度过低,使黑板灯具出射光直接照射在老师面部,严重影响老师的教学工作。除此之外,现在很多学校都装有投影仪或电子白板等辅助教学设备,这些设备的安装位置或工作位置会和黑板灯具有冲突,仅靠黑板灯具本身的设计或调整安装位置仍然很难满足标准要求。这就需要在设计安装这些设备之初就统筹考虑。

4教室照明设计的注意事项

教室照明的设计重点不在灯具设计本身,而是在灯具的选择。教室的环境比较特殊而且要求比较高, 所以在选择灯具时就要考虑到使用环境的限制,选择合理的灯具搭配。需要注意事项有以下几点:

(1)比较窄小的教室。一般若教室宽度≤6m、长度≤8m,则垂直于黑板方向的教室灯只需要两列,一共有4-6个教室灯具就能满足照度要求。这样的教室灯具选择余地比较大,普通的格栅灯具就能满足要求。

(2)比较宽大的教室。比如垂直于黑板方向的教室灯具必须安装三列以上的、或者灯具安装数量≥8个的,这样的教室必须使用带镜面格栅的小格栅灯具。 根据计算教室眩光UGR公式来看,教室中线上的灯具的位置系数最大,同时在中线上的灯具一般灯具表面亮度值也是最大的,所以要在设计中尽量减少在中线上安装的灯具数量。

(3)选用专用黑板灯具。根据相关的标准要求, 黑板灯具在工作时不能对讲台上的教师产生眩光影响。 一般认为教师在讲课时,视线向上45°内不能安装黑板灯具。这就对黑板灯具的安装高度提出了要求,例如黑板灯具的安装位置距离黑板安装面是0.8m,教师的身高1.7m,在此条件下黑板灯具安装的高度距地面要≥2.5m。同时考虑到与其他教学设备可能会产生的位置冲突,黑板灯具最好设计为可升降式的。

(4)灯具的安装位置要按照教室的功能区进行划分。教室主要分为两部分,讲台区和学生课桌区。讲台区主要是教师工作区域,如果黑板的照明满足标准的要求,该区域一般不用再增加独立照明设备,仅依靠黑板灯具及反射光就可以满足照明要求。学生课桌区,该区域按照GB50099-2011中小学校设计规范的规定,在普通教室中一般从距黑板2.5m处开始至距教室后墙0.6m处结束。该区域必须要完全满足标准中相关要求。教室灯具的安装位置也应主要针对这一区域, 而不是从讲台开始。

(5)特殊教室的要求。学校中大部分教室是普通教室,除此之外还有实验室、美术室、计算机室、体操房、录播教室等专用教室。有些教室也有些特殊要求,在设计阶段就要考虑到。例如,美术教室照度要求比普通教室高200lx,且光源的显色指数Ra≥90; 专用实验室(物理实验室、化学实验室等)一般会使用深色橡胶桌垫,课桌面的反射率会下降,学生有时会站立进行实验操作,又会出现挡光的情况,所以必要时应配备局部照明设备;计算机房应根据电脑的位置设计灯具位置,避免在电脑屏幕上产生眩光;体操房和录播教室等应在老师上课位置增加垂直照明设备, 让学生能看清老师的面部表情,同时在验收时应增加半柱面照度的检测项目。

(6)其他要求:现在教室中引入了很多多媒体教学设备,如黑板上的投影仪、电视机等等。就照度而言,这些设备工作时与平时上课时,差异很大,所以需要黑板灯具和教室灯具尽可能做到独立控制开关, 以满足不同的场景需求。

5教室照明的检测方法

关于教室照明的检测方法在GB5700-2008照明测量方法中规定的非常简单,即在0.75m的高度,按照2m×2m间隔进行测量。但是在实际检测过程中这个方法并不“实用”,教室检测区域及间隔应该明确地划分。教室黑板常用的标准尺寸是4m×1.2m,标准里也没有明确的测试间隔要求,应该按照0.4m×0.4m的间隔划分为30个小区域进行测试比较合理。

一般标准 教室尺寸 是8m×6m左右。按GB50099-2011中小学校设计规范的规定,实际学生课桌摆放的区域只有5m×6m左右,该区域即为检测时课桌面照度项目的测试区域。这块区域如果采用2m×2m的间隔,最多也最只能测6-9个点,测试点数太少,从“应对”检测的角度,有些设计完全可以在这些点对应的位置安装灯具,从而变相“提高”整个教室的平均照度值。为了避免这种检测结果与真值偏差过大的情况,应该采用更小的测试间隔,如1m×1m, 这样测试结果才会更接近教室平均照度的真值。

6新型光源的应用

近年来LED产品发展突飞猛进,有全面取代传统光源的趋势。有人提出能否在教室照明中用LED光源代替传统的双端荧光灯。LED的优势很多,如高光效、 长寿命、维护成本低等,本文不再列举,但是使用LED光源代替双端荧光灯还存在一些问题需要解决。

(1)我们现在使用的LED光源大部分都是基于蓝光激发黄色荧光粉的原理。相比于双端荧光灯,LED光源的蓝光成分偏多。双端荧光灯的应用时间很长, 长期以来人眼更习惯于双端荧光灯的照明效果,所以如果选择产品质量较差,色温偏高,显色性(尤其是R9)较低,人眼不能适应这种LED照明效果,在这种环境下作业更容易产生视觉疲劳。另外,有些LED光源直接裸露的LED产品可能产生蓝光危害,目前还没有长时间的临床医学观察结果来印证它的危害程度, 而中小学生眼睛还处在发育过程中,长时间处在这种环境里可能对视力发育产生影响。所以目前不建议学校内使用LED光源的产品用于教室照明。如果一定要使用也应限制LED的色温。依据GB 50034-2013规定,光源色温不宜高于4000K。

使用双端荧光灯作为光源的灯具则没有这方面的问题,双端荧光灯作为光源的灯具应用时间更长,相关的资料也证明双端荧光灯中的紫外线及汞在正常使用中对人体基本无影响。

(2)采用双端LED灯直接替换双端荧光灯的支架灯具,不能解决支架灯具本身固有的眩光过大的问题。

(3)采用双端LED灯直接替换格栅灯具中双端荧光灯,因为两种光源的配光完全不一样,反射器起不到对光分布进行再分配的作用,替换后可能会导致课桌面的照度均匀度不合格,如图9所示。另外光通量的差异也比较大,1.2m的36W双端荧光灯光通量一般在3 000 lm左右,而1.2m的替换型双端LED灯管光通量一般在2 000 lm左右。差距非常明显,简单替换而不增加灯具数量可能导致平均照度不达标。

(4)LED灯具很少针对黑板照明要求进行单独配光设计。标准规范中黑板的照明要求要比教室工作面要求更高,平均照度需要达到500lx,均匀度要0.7以上。在通常的安装位置上一般只够安装两到三个灯具, 而且空间上还要受投影仪、风扇吊装安装位置的影响。 这些都对黑板灯具的配光设计提出了高要求。而LED灯具光效虽高,但是功率偏低导致总光通量偏低,在黑板前受空间限制又无法增加灯具数量,导致平均照度无法提升;替换型LED灯管又无法配合灯具反射器进行合理配光,严重影响照度均匀度。目前LED灯具暂时无法替代传统灯具作为黑板灯使用。

综上所述,教室照明目前应该还是以传统光源为主。如果一定要用LED光源必须使用低色温产品,并且是光源和灯具一起更换,最好是有针对黑板照明要求专门设计的黑板灯具,而不是简单的替换光源。

7总结

随着国家标准和地方规范对教室照明要求日益提高,学校对照明质量也日渐重视起来,教室照明改造也将逐渐推进。在改造过程中,应该注意以标准和规范为要求,以实际照明效果为目标,科学设计改造方法,选取合适的光源及灯具,为学生营造更为舒适和健康的学习环境。

教室照明现状 篇2

1 对象与方法

1.1 对象

在广州市越秀区、荔湾区和海珠区3个城区中抽取10所中学和10所小学, 其中省一级中学6所 (含示范性高中1所) , 省一级小学5所。在各校分别从不同教学楼、不同楼层、不同朝向、不同位置抽取教室进行测量。每校抽取测量的教室不少于6间, 共测量教室126间。

1.2 方法

测量时间控制在9:00-11:00, 14:30-16:00, 上午和下午测量的教室数目均等。测量仪器采用ST-92型照度计。对每间教室的黑板和课桌面进行照明状况的测量。在测量黑板照度时采用6个测量点测量;在测量课桌面照度时, 采用按灯交叉布点进行测量, 测量点不少于9个。

2 结果

2.1 教室朝向

根据广州市的地理位置, 教学建筑的朝向以南偏东22°30′或南偏西5°为宜[1]。在被调查的126间教室当中, 有100间教室的朝向大致符合这一标准, 合格率为79.4%。

2.2 教室自然采光情况

被调查的126间教室中, 自然采光的平均照度>150 lx的教室有99间, 达标率为78.6%。采光系数>1.5%的教室仅有41间, 达标率为32.5% (表1) 。从总体上来看, 被调查的教室自然采光条件不良, 主要原因是教室朝向以及教学楼与邻近建筑之间的距离不符合学校建筑卫生学要求。

2.3 教室人工照明情况

2.3.1 课桌面的人工照明

被调查的126间教室内均安装了6支以上40 W的日光灯;灯管悬挂高度符合标准;灯管符合纵向排列且其长轴垂直于黑板面要求的学校有19所, 合格率为95.0%;教室使用控照式灯具的学校有11所, 合格率为55.0%。

桌面平均照度达到现行教室照明标准的占97.6%, 桌面平均照度>300 lx的教室有77.0%。照度均匀度>0.7的教室仅有5间, 达标率为4%, 教室桌面照度均匀度最低的仅有0.2;桌面平均照度和照度均匀度均符合现行卫生标准的仅有4间, 达标率为3.2%。见表2。提示被调查教室的照度大多数不均匀, 而且差距甚大。在同一间教室内, 照度最低点与最高点之间的差距最大达34.8倍。

2.3.2 教室黑板照明情况

黑板平均照度>200 lx的教室仅有48.4%, 照度均匀度﹥0.7的教室仅有35.7%。黑板平均照度和均匀度都符合现行卫生标准的教室仅有25间, 达标率为19.8%。黑板合格率如此之低, 主要原因是安装在黑板前的灯具角度不好, 不能充分发挥灯具的照明作用, 导致投射在黑板上的光线不均匀;个别教室的黑板前仅安装1支灯管, 甚至有个别教室的黑板前无任何照明设备, 黑板的平均照度仅有66 lx。见表3。

2.4 教室现有照明设施状况

调查20所学校均采用普通日光灯作为教室照明灯具, 其中有1所小学于近期进行了教室照明无频闪化改造。但灯具缺乏维护, 没有定期更换灯管, 直到灯管烧坏不能使用才更换。因此, 灯管普遍老化, 发光效率降低, 光源质量下降。此外, 日光灯还存在频闪现象。这些都是对学生视力具有损害作用的因素。

3 讨论

教室是学生在学校进行学习和各种活动的主要场所, 教室应有良好的朝向和适宜的光照条件, 这是对教室的卫生学基本要求之一。此次调查的学校主要分布于广州市老城区内, 教室的朝向和自然采光条件存在较大的缺陷, 因此, 教室的人工照明就显得十分重要。调查结果显示, 在被调查的教室中, 其采光照明存在着如下的问题: (1) 教室照明均匀度低, 导致教室照明合格率严重低下。按照现行的《中小学校教室采光和照明卫生标准 (GB 7793-87) 》, 被调查的126间教室中, 有123间教室的课桌面平均照度>150 lx , 合格率达97.6%。但是照度均匀度>0.7的教室仅有5间, 达标率仅为4%。造成教室照度均匀度低的原因除了灯管安装支数不足, 导致教室课桌面照明不均匀之外, 与教室的朝向不良、单侧采光以及日光直接照射到学生的课桌面上有关。特别是单侧采光的教室, 靠窗边的座位照度较高, 而另一侧的照度较低, 从而在同一教室内形成较大的亮度差。当视线由亮度较高的区域移到另一个亮度较低的区域时, 需要一段调整时间以适应新的亮度水平, 亮度差太大时更容易引起学生视疲劳。此外, 在光线太强的环境下读书写字, 也会损害学生的视力。 (2) 教室黑板的平均照度和均匀度均比较低, 合格率不到20%。本次调查发现, 教室照明存在另一个严重的卫生学问题, 就是黑板的照度和均匀度合格率低, 特别是黑板的平均照度普遍低于教室课桌面的平均照度, 造成学生要在散射光的照射下注视黑板, 增大了学生自身视力的调节度, 令学生更容易出现视疲劳。近几年来, 广州市大多数学校的教室都采用了多媒体教学设备, 从而忽视了对黑板的关注。虽然本次调查没有使用多媒体教学设备方面的内容, 但从调查现场情况来看, 多媒体设备同样存在屏幕亮度低于学习面上的亮度, 从而增加了学生调节视力的负荷。 (3) 光源质量较低, 也是影响学生视力的因素。在教室照明中, 采用日光灯取代白炽灯显然是一大进步。但随着时间的推移, 日光灯的弱点也逐渐显露出来。教室灯具疏于管理, 灯管老化, 发光效率降低, 从而造成教室的照度衰减;由于传统的日光灯存在频闪现象, 导致学生容易产生视疲劳[2]。

4 建议

针对调查发现的问题, 对教室采光照明提出如下改进建议: (1) 在进行学校硬件建设时, 学校应重视教室的卫生学要求, 使教室具有良好的采光条件和合理的照明设施。 (2) 现行的教室照明标准要求较低, 主要是受当时我国经济条件的制约。针对教室照度均匀度低的情况, 建议将教室平均照度提高至300 lx[3], 桌面最低照度不应低于200 lx;在自然光线较强的教室, 应安装窗帘, 减低散射光以及教室内的亮度差;应重视黑板表面的照明, 建议黑板面的平均照度应达到300 lx以上, 在黑板前应安装带遮光罩的灯具照明。 (3) 有条件的学校应改善照明灯具的光源质量, 采用三基色荧光灯以及无频闪装置, 减低频闪效应对视力的影响[4]。

摘要：目的了解广州市中小学教室采光照明现状, 为开展近视眼预防工作提供科学依据。方法采用ST-92型照度计对城区10所中学和10所小学的教室进行测量。结果教室朝向合格率为79.4%, 有78.6%的教室自然采光的平均照度>150lx, 仅有32.5%的教室采光系数>1.5%;有97.6%的教室人工照明的平均照度>150lx, 但仅有4%的教室照度均匀度>0.7, 仅有3.2%的教室桌面平均照度和照度均匀度2项指标均符合现行卫生标准, 仅有19.8%的教室黑板平均照度和均匀度均符合现行卫生标准。教室普遍存在照度均匀度低、亮度差大、光源质量低下的状况。结论广州市中小学校教室采光照明仍存在较多的问题, 需采取措施加以改进。

关键词：采光,环境卫生,学生保健服务

参考文献

[1]叶广俊.现代儿童少年卫生学.北京:人民卫生出版社, 1999:345.

[2]董中旭, 梅建, 王兵, 等.无频闪光源对学生视觉功能保护作用的评价.中国学校卫生, 2002, 23 (4) :310-311.

[3]张绍纲.关于修订学校教室照明卫生标准的建议.中国学校卫生, 2001, 22 (4) :289-290.

高校教室节能照明系统 篇3

目前国内大多数学校教室的照明灯具控制一般都采用普通开关, 需要专门的人员进行照明管理, 这样检查和控制的时间及工作量很大, 而且要额外支付聘请费用。现有的声控灯的控制需要一定分贝的声音来触发灯的控制部分使灯点亮, 这样产生的噪声会影响室内学生的正常学习。

1 系统设计方案

1.1 AT89S52单片机简介

AT89S52是一种高性价比的单片机, 它具有8KB的片内ROM和256字节RAM使其应用灵活有效[1]。

它的指令可以兼容80C51单片机的大部分产品。其片内程序存储器在线编程较灵活且可以重复编程, 其功能相当于高效的微型计算机且使用范围广, 性价比高。

1.2 光照强度信号采集部分

不同的地方对光强的要求有不同的标准:

客房、卧室、走廊等简单视觉工作场所需要的照度为30LX~75LX;办公室、教室、商场等连续视觉工作场所需要的照度为200LX~500LX;营业厅、阅览室、绘图室等需集中注意力的视觉工作场所需300LX~750LX[2]。 (附:是指单位面积上所照射的光通量, 照度单位为lux, 符号为lx。)

光敏电阻是利用光电导效应制作的元件, 其工作原理是内光电效应。当光照强度变强, 其电阻值就变小。光敏电阻是没有极性的纯电阻器件, 在两端施加电压后, 会由于自然光强度的变化, 电阻两端的电流也随之变化, 继而实现光电转换。基于以上的优点本系统选用光敏电阻实现对教室光照强度的采集和处理。

1.3 红外信号检测部分

红外信号检测部分主要由传感器及检测模块组成。系统采用光电传感器。其原理是将光信号转换成为电信号, 再将检测到的变化量转换成电信号的变化量, 以便于使用电子技术实现控制和检测。其工作原理是:直射式光电传感器是将传感器的发射源与接收端部位对直, 如果接收端应接收的红外信号被人进门途中挡住, 即削减了光通量, 继而将相应的脉冲信号施加给外电路, 最后通过放大器放大使计数器记下削减的次数[3]。

2 系统电路图

3 软件设计

3.1 光照强度采集模块设计

该模块主要在于通过光敏电阻对教室内的自然光照度进行采集, 进而运用采集电路动态分析, 传送信号至单片机进行处理。其步骤如图4所示。

3.2 人数检测模块软件设计

采用光电传感器测量教室内的实时学生学习人数, 不仅具有成本低、电路结构清晰简单等特点;光电传感器价格低廉, 采用非接触式测量, 稳定性较强, 寿命相对较长。将检测电路与单片机相连, 在门的里外两边各安装一个光电传感器, 在两个传感器发射出红外光被遮挡的先后顺序中, 如果是进入教室则门里面的传感器先发出脉冲信号, 显示人数-1, 反之人数显示+1。光通量变化被检测到后再通过单片机的加减运算得到教室里的总人数。

3.3 人数检测及光照强度采集模块软件设计

将计数电路部分与红外信号检测部分配合使用, 其具体软件流程如图5所示。

4 结论

本设计对教室照明的控制部分进行了研究。以自然光照度、人数等外界条件为控制器的输入参数, 比传统的人工管理更方便, 并且节约了电能, 降低了教室灯光的资源浪费, 同时还加入了人数检测技术, 使教师能更快捷方便地了解出勤人数。该系统设计对于各类学校的教室照明控制具有重要的意义, 便于推广应用。

摘要：本系统综合教室人数及自然光照度等因素, 以达到对教室节能照明的控制。将光照强度采集模块、红外信号检测和计数模块作为系统的信号检测, 对89S52单片机程序编程使其输出信号驱动继电器, 从而实现对照明灯的节能控制。现如今学校对用电的管理模式不够科学规范, 这种浪费现象就数见不鲜了。所以, 我们考虑有必要在以保证用电质量为前提, 最大幅度地降低用电的浪费, 从而使电能得到充分的利用。

关键词：教室节能照明,单片机,传感器,人数检测模块

参考文献

[1]高惠芳.单片机原理与应用技术[M].北京:科学出版社, 2010.

[2]JGJ 16-2008, 民用建筑电气设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[3]江晓军.光电传感与检测技术[M].北京:机械工业出版社, 2011.

教室照明节能控制系统 篇4

单片机以其低廉的价格和可靠的运行,取代计算机而成为了新一代的自动控制核心[1]。该系统就是以单片机作为主控核心,应用热释电红外传感器、光电检测模块和计数模块作为前端信号采集,经过单片机的逻辑判断进而输出信号驱动继电器实现对日光灯的控制。

1 系统总体设计

该系统由7个部分组成。光强检测模块、热释电红外传感器和人数检测模块作为前端信号采集单元,将信号输入到单片机内部,经过单片机的逻辑判断输出信号控制继电器,进而控制日光灯的亮暗。如果在紧急的情况下,需要将所有的灯都熄灭或者是点亮,可以按下强制按钮令所有灯全亮或者全灭。并且该强制按钮不会影响到系统的正常运行。系统总体框图如图1所示。

1.1 光强检测电路

光敏电阻是一种随着外部光照强度的改变其阻值也发生相应变化的一种元器件。光照增强,阻值减小,反之将会增大[2]。光强检测电路就是利用光敏电阻的这一特性设计而成。光照亮时,三极管导通,输出低电平,反之输出高电平。光照检测电路如图2所示。

1.2 红外信号检测电路

热释电红外传感器作为该系统的人员位置信号检测器,采用了热释电红外处理芯片BISS0001[3]。该芯片具有较高性能的传感信号集成处理能力。配以热释电红外传感器和少量元器件构成被动式的热释电红外测模块。加上菲涅尔透镜后,能够探测150度的圆锥范围,直线探测距离是5米左右。

1.3 计数电路

为了判断学生是进入教室还是走出教室,该计数电路采用了两套信号模块。一个装在门外墙壁上,一个安装在门内墙壁上。安装方向和墙面平行。这样只要检测哪一个传感器先发出信号,再去检测另外一个传感器有无信号,就可实现计数。如果是门外的先有信号,门内的后来信号,则说明有人进入到教室;反之说明有人走出教室。记得的人数寄存在单片机内部待用。

该电路采用一个激光头和一套光强检测电路搭配组成计数模块,让激光头发出的光直射在光强检测电路的光敏电阻上。如果有人通过门的话,就会遮挡激光头发出的激光,使光敏电阻上的光照强度发生改变,从而产生信号供给单片机。原理示意图如图3所示。

1.4 输出驱动电路

要控制交流220 V的日光灯,必须利用继电器将强弱电隔离开,以确保安全。继电器的工作电压是直流12 V。为了防止驱动部分工作时对单片机系统产生的干扰,在输出缓冲单元74HC244后加光电隔离[5]。继电器工作线圈在断电时会产生反电动势,需加续流二极管防止有可能对系统造成的干扰。

1.5 电源模块

该系统的电源电路由于技术比较成熟,所以只做简要介绍。交流电220 V通过变压器降至交流15 V和6 V,然后经过整流桥变成直流,再通过电容滤波和LM317稳压到直流5 V和直流12 V供单片机和继电器使用。

2 硬件总体电路

系统总体硬件电路主要包括以下几个部分:光强检测、计数、红外信号检测、光电隔离部分、输出驱动部分、显示输出部分。总体电路如图4所示。

单片机的选择要根据所控制的对象来进行,由于控制日光灯不会占用太多的输入输出口,程序占用的空间也不大,所以选择51系列单片机已经能够满足要求。单片机和电脑之间的串行通信采用了MAX232芯片,该芯片是一款专门为电脑的RS-232标准串口设计的低功耗电平转换芯片。

隔离对于工作在强电周围的单片机来说是十分必要的,可以减少强电的变化对单片机的干扰。光电隔离芯片TLP521-4是一种可以实现前端和负载端的信号隔离的光电耦合器件,可以增强电路的安全性,降低干扰[4]。

输出驱动部分采用了74HC244芯片和ULN2003芯片。这两款芯片都有增强单片机带载能力的作用。

显示部分由两个8段LED数码显示管组成,显示教室当中实时的人数。

3 系统程序设计

从节能角度出发,系统可以根据光照强度、教室人数以及人所在位置对教室亮灯情况进行控制。

以教室中有三盏灯为例,没有外部强制条件中断时,光照强度为暗并且红外传感器检测到有人进入教室就可以亮灯。起初教室中没有人时,所有的灯都不会点亮。人数大于0小于5时二号区域的灯被强制点亮。人数大于等于5小于9时,根据红外传感器检测到的人的位置来确定点亮哪个区域的灯。当人数大于等于9时,全部点亮所有灯。人数减少到小于9大于等于5时,三号区域红外检测一段时间是否有人,没人的话将三号区域的灯熄灭,有人的话将一号区域的灯熄灭。当人数小于5时,将除二号灯以外的灯全部熄灭。人数为零时所有灯熄灭。

有外部中断时,一次中断将所有灯点亮,再一次中断将恢复到原来的状态。程序流程图如图5所示。

4 结束语

该系统经过最终测试能够满足设计要求,有着广阔的应用前景。不仅仅适用于教室,会场、候车室等一些人员比较集中的地方,还可以作为楼宇照明控制系统使用。只要稍加改变就可以适应许多场合的照明控制。将来可以将多个该系统实现上位机集中控制,加入电能协调分配功能,更好地达到节约电能的目的。

参考文献

[1]丁元杰.单片微机原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2]康华光.电子技术基础(模电部分)[M].北京:高等教育出版社,2006.

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[4]吴国义.基于AT89S51单片机节能灯的设计[J].佳木斯大学学报(社会科学版),2009(5):346-349.

教室照明智能控制系统的设计 篇5

目前,学校教室照明系统是由固定开关来控制的,由于大多数同学的节能意识淡薄,并且强光下人的眼睛对弱光不敏感,在自然光照大于灯具光照的情况下,难以觉察到灯光的存在。因此,教室内的长明灯现象仍到处可见,造成了严重的浪费。而且,在有些大教室内的光线差别很大,很难通过控制开关来调节室内的光照强度,使室内的光照达到人眼适应的强度,不能有效缓解视疲劳。针对这些问题, 本系统利用光敏电阻检测室内不同地方的光照强度, 利用光电开关和红外热释电传感器结合检测人数, 采用以MSP430超低功耗单片机为核心的数据采集和处理装置,设计了基于MSP430的教室照明智能控制系统,实现教室无人或者光照充足时自动关灯,有人到来且光照不足时自动开灯的功能,达到节能的目的, 实现对教室照明的智能控制。

1 系统方案

根据设计方案的要求,本系统主要由人数统计模块、红外探测模块、光照强度检测模块和参数显示模块等构成。人数统计模块用来统计进出教室的人数,同时光照强度检测模块实时地检测教室内的光照强度,如果在教室内有人并且达到开灯的光照强度时,系统就会根据教光照强度的分布自动打开教室内的灯,红外探测模块实时检测教室内是否有人并且与人数统计作对比,用来弥补系统因为同进同出而产生的误差。系统总体结构框图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 电源电路

因为MSP430是3.3V供电,整个系统控制部分都是采用3.3V,同时考虑到系统对电源要求具有稳压和纹波小等特点,另外也考虑到硬件系统的低功耗等特点,为了与其他模块的引脚电压相匹配,因此本硬件系统采用LT1086电源芯片实现,该芯片能很好地满足本硬件系统的要求,而且具有很小的封装,因此能有效地节约PCB板的面积,具体原理图如图2所示。

2.2 光照强度检测模块

光照强度检测电路[3]主要元件器是光敏电阻等, 电路原理图如图3所示。光敏电阻随着光照的不同而阻值不同,其分压也就不同,从而对光的强度进行实时的检测。经过反复的测试,将阻值分为几个不同的区域,这些阻值区域对应相应的电压范围,电压经ADC0809后成为数字量输送到单片机。

2.3 人数统计模块

系统的人数统计模块[4]中,采用镜反射式光电开关检测统计人体的个数,镜反射式光电开关把发射器与接收器设计在不一体上,光电开关的发射器发出的红外线碰到障碍物,反射回接收器,当被检物通过且完全把光线阻断时,光电开关就会产生探测的开关电平信号。

2.4 人体检测模块

热释电红外传感器可以检测到人体移动时发出的一定波长的红外线,探头接收到的红外线通过菲涅尔透镜滤光片加强后,汇聚到红外感应源上。热释电红外传感器和一定量外围元器件即可构成最基本的红外热释电传感器模块。红外热释电传感器电路图如图4所示。

红外热释电传感器检测的是移动的人体,而在教室内的人不会持续移动,这时传感器就会失效, 为了解决这个问题,系统采用舵机带动红外热释电传感器运动实现红外热释电传感器与人体的相对运动,从而实现静止人体的检测。

3 系统软件设计

系统软件采用C语言编写,系统主要分为正常模式和非正常模式,首先系统进入正常模式,开始统计人数,同时系统每隔一段时间通过红外热释电传感器检测教室是否有人,避免因为教室人数为零而统计人数不为零的情况。当教室人数统计为零的时候,如果红外热释电传感器检测到教室有人,系统将进入非正常模式,将实时扫描教室,当教室没人时将自动将教室的灯关闭。系统软件流程图如图5所示。

图5系统软件流程图 (参见下页)

4 总结

本系统较好地实现了教室无人或者光照充足时自动关灯;有人到来且光照不足时自动开灯的功能, 并且实现了教室内光线不均匀时自动调节教室内光线的目的,最终达到节能的目的,实现对教室照明的智能控制。此系统有很大的推广应用价值。

摘要：文中提出了一种教室照明控制系统的设计,此系统采用MSP430单片机作为控制芯片,光敏电阻、光电传感器和红外热释电传感器,分别检测教室的光照强度、进行人数统计和人体检测,并通过LCD1602液晶屏实时显示测量的结果。此系统实用性强、性能优良、智能化强,实现了对教室照明的智能控制。

关键词：MSP430,教室照明,智能控制

参考文献

[1]沈建华.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2005.8.

[2]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2006.5.

[3]陈书旺,张秀清,董建彬.传感器应用及电路设计[M].北京:化学工业出版社,2008.5.

教室照明研究了注意力方面的问题 篇6

该系统称为Pilips School Vision,是不同一般的照明系统,它创造了不同的教室环境。系统被安装在两个教室的科学实验室中。自此以后,伦敦城市大学实施了称作D2注意力试验的一系统,以及教师和学生之间关注程度的内容。研究结果得到下述结论:

●7个学生在学校的视频教室中看D2试验的得分增加到17点(D2试验平均百分位得分);

●7个学生在学校的另一个改进了的视频教室中,他们的得分提高为40点(D2试验平均百分位得分);

●在同样的时间间隔内,教师和学生之间的注意程度之间没有改进。

本发现提出了对“学校视频”教室照明系统的另一种研究方法。在德国汉堡的初中发现学校视频照明系统,学生的阅读速度提高了35%,出差的频数降到只有45%,不需停顿降低约75%。

类似的一个在荷兰阿姆斯特丹进行也有这样的结果,用系统后学生的注意力试验提高了18%的得分。学生显示出更为灵动,评价表示出学习环境更好。

多媒体教室的智能照明控制系统 篇7

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) .