基本信息
- 项目名称：
- 教室智能灯光控制系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 该系统通过统计晚自习期间进入教室的学生人数确定教室日光灯开启的数量，有效地减少了电能浪费。学生自习时刷卡进入教室，系统根据进入教室的学生人数自动增加照明灯的个数，直到灯光全部打开。当学生离开教室时则由教室内分布的人体热释红外传感器控制系统的工作，传感器感应到其控制区域无人时，则系统将该传感器相对应区域的灯光关闭。同时，学生刷卡的信息会通过网络模块传递到远程管理系统，方便教务部门进行学生信息的管理。
- 详细介绍：
- 教室智能灯光控制系统研究报告 当前能源危机日益严峻，全球都在倡导环保型的低碳生活方式。与此同时，“绿色发展、建设资源节约型、环境友好型社会”则是国家在“十二五”规划中的重要战略部署。然而，随着各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，经济损失严重，这种的浪费与当今的节约能源理念相违背。我们发现学校教学楼的灯光管理存在这样的问题：有的教室在自习时间空无一人却开着“长明灯”，寥寥三五人却将整个教室的日光灯全部开启，造成巨大的浪费。以河北科大公教楼为例，全楼有120间教室，每个教室8组16盏灯具，共1920盏40W的日光灯，经调查统计日常的自习时间上座率最高仅达到50%（一般的自习室远达不到这样的上座率），可得出全年教室自习时间消耗电能为： 消耗电能=日光灯数*单盏电灯功率*5小时（每天平均自习时间）*275天（学生在校时间）=105600KWh 。 以每度电0.52元计算，仅公教楼全年花费电力资金就高达54912元。 为此我们设计并发明了“教室智能灯光控制系统”。如果推广该系统在全校使用，仅科大一所高校，全年可以节约电能约23.8万Kwh, 节约电能资金=全年花费电力资金*（1-自习上座率）约为10万余元。按照每度电排放大约0.785千克的二氧化碳计算，全年可以减少二氧化碳排放187吨。倘若此项目进行多所高校推广，产生的经济效益将更为可观。 该系统简单易用，针对性强，主要功能是通过统计在教室中的学生人数，由单片机控制教室内开启的日光灯的数目，达到按需求供给电力资源，减少无谓的浪费，符合国家节能减排的号召，有利于建设集约型社会，帮助青年大学生树立环保的意识，培养对社会的责任感。 系统主要分为教室灯光控制系统和远程管理两部分。 系统白天进入手动工作状态，由教师或学生根据天气等实际情况决定灯光是否开启。系统在进入晚自习阶段后开始进入自动管理工作状态，自习的学生刷卡进入教室，系统自动记录、统计进入教室的学生人数，并根据教室内学生人数自动决定开启的灯光数量，杜绝教室内人很少而灯光全部打开，或者无论是否有人全部长明灯的情况，以此来实现降低能耗，节约学校运行成本的目的。 作品主要分为教室灯光控制部分和远程管理两部分。 一、教室灯光控制部分 系统白天进入手动工作状态，由教师或学生根据天气等实际情况决定灯光是否开启，此时教师可让学生刷卡进入教室即进行上课考勤。系统在进入晚自习阶段后开始进入自动管理工作状态，自习的学生刷卡进入教室，系统自动记录、统计进入教室的学生人数，并根据教室内学生人数自动决定开启的灯光数量。杜绝教室内人很少而灯光全部打开，或者无论是否有人全部长明灯的情况，以此来实现降低能耗，节约学校运行成本的目的。 整个过程由以下几方面构成： 1、RFID模块：主要功能是完成读取学生校园卡信息，统计各教室自习人数的功能。学生进入教室通过刷一般随身携带的校园卡而换取照明装置开启。方便而高效。 2、RTC模块（实时时钟）：主要通过系统计时从而把握工作时间，负责保证系统仅在晚间固定时间工作，白天灯光的开启由授课教师手工完成，夜间超过宿舍熄灯时间后，统一按次序关闭。此过程由烧写的程序来完成。 3、MCU模块：主要完成系统核心控制功能。内置烧写程序，是整个作品的核心部件，以采集到射频模块传送的数据为依据进行照明装置的动作控制。 单片机原理图 4、控制器：接收MCU模块控制命令实现灯光控制。 5、热感红外控制模块:通过检测感应区域，如果感应到该区域没人，则关闭照明装置。 二、远程管理部分： 作品的本部分是依托校园网开发的一套远程管理系统。学生白天上课也实现刷卡，系统统计学生是否到课，通过网络模块发送到以网络数据库（SQL）为核心远程管理系统，教务部门，授课教师，辅导员可以以此来掌握学生到课出勤情况，可以大大缩短教师上课点名的时间，提高教学效率。同时可以帮助辅导员和教务部门及时了解学生上课自习情况，提高教育教学管理水平。 本系统的优势在于运用了RFID射频识别技术以及远程管理系统，以上两点为同类产品所不具备。除了在节能方面有着突出的表现外，系统还可以统计到课人数、进行远程数据库管理等其他更多功能。 本作品的适应范围为各中小学、高校教室。应用范围十分广泛。从技术推广方面讲，射频识别RFID模块、实时时钟模块、MCU模块、热感红外模块、网络模块等在市场上广有出售且价格低廉，便于使用方采购。其中，MCU模块中的程序由本作品作者负责初始创作，并将程序中个别参数进行设置说明以供使用方自己设定而增强作品的可移植性。射频识别RFID模块中的读写器所读取的数据也可由使用方进行自由设置。而数据库管理部分则可在校方已有的数据库管理系统DBMS上自行添加建立。 1.RFID系统技术 射频识别系统通常由电子标签、读写器、计算机通信网络 a.电子标签 电子标签存储着需要被识别的学生的相关信息，通常被放置在需要识别的物品上（校园IC卡），它所存储的信息通常可被射频读写器通过非接触方式读/写获取。 b.读写器 读写器是可以利用射频技术读/写电子标签的设备。读写器读出的标签信息可以通过计算机网络系统进行管理和信息传输。 c.计算机通信网络 在射频识别系统中，计算机通信网络通常用于对数据进行管理，完成通信传输功能。读写器可以通过标签接口与计算机通信网络连接，以便实现通信和传输功能。 2.单片机控制技术 整个单片机控制系统由信息输入、数据采集、逻辑控制和显示输出四个模块组成。其中，信号采集模块主要通过RFID系统完成对教室中的人数等外接数据的获取，以供以单片机为核心的控制部分进行逻辑判断，最终单片机将运算结果进行分析发出控制信号对教室灯光进行控制同时通过网络输出给计算机以供教学管理。 3.单片机实现网络数据传输 目前在不带有操作系统的单片机系统中实现网络数据传输常见的方案主要就是“串口转TCP/IP模块”（又称为串口转网口）。该模块通过经内置MCU对数据进行编码，经网卡芯片将数据打包，通过以太网发送或接受数据。以太网另一端网卡接收数据后通过相应的驱动程序，将数据还原。这样实现了单片机通过网络传输数据的功能。 4.网络数据库技术 数据和资源共享这两种方式结合在一起即成为今天广泛使用的网络数据库（WEB数据库），它以后台（远程）数据库为基础，加上一定的前台（本地计算机）程序，通过浏览器完成数据存储、查询等操作。 在本系统中采用网络数据库，可以实现对学生晚自习情况动态的采集和显示，便于管理，也可以用作教师授课的点名系统。 随着我国财政支出在教育事业上财政不断增大，高等教育大众化水平进一步提高。2010年高等教育毛入学率达26.5%，比2005年提高了5.5个百分点，职业教育取得突破性进展。随着毛入学率的逐级递增，学校实体建筑规模必将扩大，电力功耗也必将相应增加。而我们的系统则利用现代技术进行教室智能灯光控制，不仅实用性特别强，而且很大程度上节省了能源。系统紧扣国家构建和谐社会的理念，将会有效促进环保型社会的建立。
作品图片
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
- 当前能源危机日益严峻，全球都在倡导环保型的低碳生活方式。然而，随着各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，经济损失严重，这种的浪费与当今的节约能源理念相违背。我们发现学校教学楼的灯光管理存在这样的问题：有的教室在自习时间空无一人却开着“长明灯”，寥寥三五人却将整个教室的日光灯全部开启，造成巨大的浪费。以河北科大公教楼为例，全楼有120间教室，每个教室8组16盏灯具，共1920盏40W的日光灯，经调查统计日常的自习时间上座率最高仅达到50%（一般的自习室远达不到这样的上座率），可得出全年教室自习时间消耗电能为：105600kWh 以每度电0.52元计算，仅公教楼全年花费电力资金就高达54912元。 为此我们设计并发明了“教室智能灯光控制系统”。如果推广该系统在全校使用，仅科大一所高校，全年可以节约电能约23.8万kWh, 节约电能资金约为10万余元。按照每度电排放大约0.785千克的二氧化碳计算，全年可以减少二氧化碳排放187吨。 本系统用到了RFID智能卡技术、单片机控制技术、热释红外技术、照明控制、网络控制技术等关键技术.
科学性、先进性
- 目前对灯光的智能控制，国内外已经开始采用，但对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。仅有个别的智能管理系统是在教室天花板中央安装旋转云台，使传感器扫描室内，从而统计人数和位置。或者采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度，然后采用单片机控制灯管的亮灭，普遍存在着管理难度大，技术难度高，成本高昂等缺点，对于学校教室综合管理没有很高的针对性，不适于在广大高等院校推广。 我们的作品创新性地通过使用RFID技术统计在教室中的学生人数，由单片机控制教室内开启的日光灯的数目，使用简单，实用性较强，达到了按需求供给电力资源，减少无谓的浪费目的。而且，校园卡的使用在校园中已经非常普遍，具有方便简单的优点。系统更增加了网络模块，通过网络数据库系统将学生的卡上信息进行统计,方便了教师和学校教务部门的管理。
获奖情况及鉴定结果
- 该作品在河北科技大学的校内“挑战杯竞赛”演示中进行过评比和现场演示。 该作品在河北科技大学后勤集团进行过试行。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 目前没有技术转让
作品可展示的形式
- 实物模型 现场演示
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
- 本作品的适应范围为各中小学、高校教室，应用范围十分广泛。从技术推广方面讲，射频识别RFID模块、实时时钟模块、MCU模块、热感红外模块、网络模块等在市场上广有出售且价格低廉，便于使用方采购。其中，MCU模块中的程序由本作品作者负责初始创作，并将程序中个别参数进行设置说明以供使用方自己设定而增强作品的可移植性。射频识别RFID模块中的读写器所读取的数据也可由使用方进行自由设置。而数据库管理部分则可在校方已有的数据库管理系统DBMS上自行添加建立。 随着我国财政支出在教育事业上财政不断增大，高等教育大众化水平进一步提高。2010年毛入学率达到82.5%，比2005年提高了近30个百分点。随着毛入学率的逐级递增，学校实体建筑规模必将扩大，电力功耗也必将相应增加。因此，本作品在节能领域将有相当好的前景。 倘若此项目在多所高校进行推广，产生的经济效益和环境效益将更为可观。
同类课题研究水平概述
- 目前对灯光的智能控制，国内外已经开始采用，但对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，经济损失，这种的浪费与当今的节约能源理念楣违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。例如搂道灯光的自动控制等等。所有这些使得教室灯光控制也应该朝着智能的方向发展。于是，开发简便，实用的教室灯光智能控制系统便具有重要的现实意义。
