基本信息
- 项目名称：
- 基于无线传感器网络的高校教学楼节能照明控制系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 响应国家绿色经济发展战略，通过高校智能楼宇灯控系统的建立，有效的避免“长明灯”、“人少灯全亮”等严重电能浪费现象，节约高校照明成本并提高其管理水平。 独创性地设计了人体精确定位方法，实施了相应灯控策略。以无线单片机为核心，结合特殊红外、光敏传感器，通过建立ZigBee无线网络，实现上位机对教室照明系统的无线远程监控。
- 详细介绍：
- 本高校教学楼节能照明控制系统以CC2430无线单片机为核心，采用热释电红外传感器和光敏传感器分别检测人体的存在和环境光强度。通过对教室合理分区，根据教室开灯条件，系统对人体的存在信号和环境光信号进行智能判断，并经ZigBee无线传感器网络传输给上位机，达到教室无人或光照充足时自动关灯、有人来且光照不足时自动开灯等的节能目的，实现对教室照明系统的无线远程监控。系统避免了教室用电的大量浪费，有效节省了学校电费与管理费用，响应了国家的绿色经济发展战略。 本照明节能控制方案的独创性在于，利用热释电红外传感器探测范围的重叠来实现教室中人体的精确定位。为适应教室区域控制的要求，采用给探头添加外壳的方式，使热释电红外传感器圆锥形的探测区域变为近似矩形。此外，为解决热释电红外传感器对静止人体不敏感的问题，本系统设计方案采用目前已经申请专利并市场化的准静态热释电红外传感器，来实现对人体细小动作的探测，足够满足教室人体探测需要。在精确的人体定位基础上，通过单片机的软件编程管理，实现不同教室的适应性调整，以及不同照明情境模式的合理控制。 本照明节能控制系统通过无线网络和上位机已搭建功能扩展性良好的平台，只需添加相应的传感器或执行器，即可将教学楼中空调、火警等设备联动起来，形成统一的整体，控制更灵活，可在其中一台主机上就能监控全部，增添学校现代化、智能化和时代感。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 避免了“长明灯”、“人少灯全亮”等严重电能浪费现象，提高学校照明控制管理效率，响应国家绿色经济发展战略。 本系统以CC2430无线单片机为核心，采用热释电红外传感器和光敏传感器分别检测人体的存在和环境光强度，对教室合理分区，通过对人体的存在信号和环境光信号进行智能判断，达到教室无人或光照充足时自动关灯、有人来且光照不足时自动开灯等的节能目的，并经ZigBee无线传感器网络传输给上位机，实现对教室照明系统的无线远程监控。 采用准静态热释电红外传感器，经过多次试验，对其封装组合，使其探测区域变为近似矩形。利用热释电红外传感器探测区域的信号重叠，将教室分成若干个区域，当人体进入某个区域时，将得到的不同的人体存在信号按二进制排布，便获得人体在不同区域的编码值，从而得出人体位置信息。为避免系统误判光照度而关灯的现象发生，考虑到自然光与灯光发生的是非相干叠加，在控制中加入一个光照度上限X0，当自然光与灯光叠加照度大于X0则关灯。
科学性、先进性
- 本照明节能控制方案的独创性在于，利用热释电红外传感器探测范围的重叠来实现教室中人体的精确定位。为适应教室区域控制的要求，采用给探头添加外壳的方式，使热释电红外传感器圆锥形的探测区域变为近似矩形。此外，为解决热释电红外传感器对静止人体不敏感的问题，本系统设计方案采用目前已经申请专利并市场化的准静态热释电红外传感器，来实现对人体细小动作的探测。 系统有效避免了高校教室存在的“长明灯”、“人少灯全亮”等严重的电能浪费现象，达到教室无人或光照充足时自动关灯、有人来且光照不足时自动开灯等的节能目的。系统采用上位机管理软件将网络中各个节点所存储的照明控制方案上传到上位机，显示出各个控制节点的照明状态，实现了对教室照明系统的无线远程监控，简化管理。
获奖情况及鉴定结果
- 该作品曾于2011年4月初在东北大学秦皇岛分校参加校审答辩，并予以作品实物功能展示。最后以校科技A类作品第4名得好成绩，获得校第六届“东软杯”课外学术科技作品竞赛二等奖。
作品所处阶段
- 该作品处于，中试阶段。
技术转让方式
- 非专利技术转让
作品可展示的形式
- 图片展示，录像展示，及实物现场功能展示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本系统可有效杜绝“人少灯全亮”和“长明灯”等浪费电能现象，具有良好的节能效果，有效节省了学校电费与管理费用，响应了国家的绿色经济发展战略。经过对一栋教学楼连续30天的调查统计，若使用本系统，节电效率可达到40%。据计算，本照明节能控制系统每栋楼平均投入成本费约8万元，有效减少浪费用电费用7.5万元，基本上一年后即可为学校节省一个很庞大的资源。 系统通过无线网络和上位机已搭建功能扩展性良好的平台，只需添加相应的传感器或执行器，即可将教学楼中空调、火警等设备联动起来，形成统一的整体，控制更灵活，可在其中一台主机上就能监控全部，增添学校现代化、智能化和时代感。 本照明节能控制系统适用于学校、商场等大面积室内场所的照明控制，可有效地对照明设备进行自动控制，达到科学管理与节能的目的。实验证明，该系统结构简单、安装方便、工作稳定、可靠性高，有很好的发展前景和普及空间。
同类课题研究水平概述
- 国外的智能照明控制系统已广泛地应用于建筑领域，无论室内、室外，然而我国在灯光调控、节能方面的研究起步较晚。目前，照明控制在美国的使用率70％，欧洲40％～50％，亚洲10％～15％，在日、韩占15％～20％，而中国还不到１‰。 目前，山东大学、济南大学等国内高校采用或试用了各种各样的教室照明节能系统，其中主要有如下两种照明控制方式： ①传感器一对一照明控制：采用热释电红外传感器一对一照明控制，即在探测范围内探测到人体存在就亮一盏灯，然后延迟灭，接着继续探测。但当晚上教室中人很少时，一人一灯的照明亮度不能满足国家教室照明的要求，且造价高。 ②基于单片机的人体计数区域控制：采用热释电红外传感器和单片机实现对进入教室人数的统计，当进入教室人数与所划分区域容纳数目大致相同时，从前排第一区开始，控制与进入教室中人数相适宜区域的照明。但该方式不能使学生在教室里自由方便地学习，不够人性化，同时，因热释电红外传感器不能实现对同时多个人进入区域的准确判断，使单片机的计数很有可能出错，从而使亮灯区域不够用。
