智能化自习室照明控制装置

智能化自习室照明控制装置
1.（一）、技术领域：
2.本实用新型涉及一种照明控制装置，特别涉及一种智能化自习室照明控制装置。
3.（二）、

背景技术：

4.近年来，随着我国教育事业的发展和学校学生的增多，自习室资源变得紧张且用电负荷加剧，传统自习室靠人工进行管理，无法实时统计并显示自习室中空位的数量，致使学生在寻找自习室学习时，只能进入自习室观察是否有空余座位可供使用，不便于快速确定自习室空位情况，造成时间浪费；同时，自习室照明由管理人员手工控制，无法及时监管，造成用电大量浪费。
5.现有智能照明控制系统大多只关注照明区域是否有人，有人则按照设定光照亮度进行照明，或采用大量传感器分别监控不同区域，以确定照明区域范围，导致系统复杂。
6.现有技术中，对进出公共场合的人员数量统计时，一般采用红外计数器﹑激光计数器或视频监控系统；红外计数器一般采用红外发光二极管作为光源，红外发光二极管的光发射分散﹑光密度低且发射区域广，当相邻人员间隔较近或非检测人员路过红外计数器检测区域时（比如，当有人从门前走过，但没有进门时，计数器也有可能感受到反射光而计数），容易误计数，导致计数准确度低，尤其是在有烟雾等干扰光线传播的场合。激光计数器虽然可以提高计数的准确度，但其采用价格昂贵的激光器作为光源，建设成本较高。视频监控系统虽然也可进行计数，但其建设成本太高，不适用于多点检测，且其功耗较大，不利于节能环保。
7.（三）、

技术实现要素：

8.本实用新型要解决的技术问题是：提供一种智能化自习室照明控制装置，该智能化自习室照明控制装置有效避免了电能的浪费，节约了能源，还方便了学生寻找座位，而且其中的人数检测模块计数更加准确、结构简单、成本低。
9.本实用新型的技术方案：
10.一种智能化自习室照明控制装置，含有中央处理模块﹑照明灯驱动模块﹑光照强度检测模块﹑人数检测模块﹑显示器﹑操作按键和电源模块，中央处理模块中含有微处理器，光照强度检测模块的信号输出口与微处理器的光线信号输入口连接，微处理器的照明控制信号输出端与照明灯驱动模块的信号输入端连接，照明灯驱动模块的信号输出端与自习室内的照明灯连接，微处理器的显示信号口与显示器连接，操作按键与微处理器的按键输入端连接；人数检测模块中含有2个相同的红外线发射器﹑2个相同的红外接收管和信号处理电路；每个红外线发射器含有红外发光二极管﹑第一凸柱面透镜﹑第二凸柱面透镜﹑凹柱面透镜和镜筒，红外发光二极管﹑第一凸柱面透镜﹑第二凸柱面透镜和凹柱面透镜从前到后依次安装在镜筒内，第一凸柱面透镜﹑第二凸柱面透镜和凹柱面透镜的焦线相互平行且位于同一个平面中，镜筒的中心线也位于该平面中，且镜筒的中心线与第一凸柱面透镜﹑第二凸柱面透镜和凹柱面透镜的焦线垂直，红外发光二极管的中心位于镜筒的中心线和第一凸柱面透镜前焦线的交点处，第二凸柱面透镜的后焦线与凹柱面透镜的后焦线重合，镜筒的前端封闭，镜筒的后端敞口；2个红外接收管和2个红外线发射器中的红外发光二极管均与信号
处理电路连接，信号处理电路的两个输出端分别与微处理器的两个人数信号输入端连接；电源模块给中央处理模块﹑照明灯驱动模块﹑光照强度检测模块﹑人数检测模块和显示器供电。
11.红外发光二极管发出的发散的红外光经过第一凸柱面透镜﹑第二凸柱面透镜和凹柱面透镜的折射后会聚成一束薄片形的光线，这样可防止光线射在不需要检测的人身上，有利于精准地检测目标。
12.红外接收管为红外接收二极管；信号处理电路中含有两个电压比较器和两个限流电阻，两个红外接收管分别连接在两个电压比较器的输入端，两个电压比较器的输出端分别与微处理器的两个人数信号输入端连接，两个红外发光二极管分别通过两个限流电阻并接在电源模块输出的直流电的正端和地之间，电源模块输出的直流电还给微处理器和电压比较器供电。
13.第一凸柱面透镜和第二凸柱面透镜均为平凸柱面透镜，凹柱面透镜为平凹柱面透镜。
14.凹柱面透镜的宽度小于第二凸柱面透镜的宽度，第一凸柱面透镜和第二凸柱面透镜的宽度相同。
15.镜筒为矩形筒。
16.实际应用时，一个红外线发射器和一个红外接收管形成一个检测组，在该检测组中，红外线发射器发出的红外光线射到人身上后又反射回来，被红外接收管接收到，并使与红外接收管相连的电压比较器的输出端的信号发生变化，该变化的信号被微处理器检测到后进行处理。
17.人数检测模块统计自习室的人数时，需将一个检测组安装在自习室门外一侧，将另一个检测组安装在自习室门内一侧，两个检测组的安装高度相同，然后调整红外线发射器的位置，使其发出的薄片形的光线与门平行；当有人进入自习室时，安装在自习室门外一侧的检测组先检测到信号并传送给微处理器，安装在自习室门内一侧的检测组后检测到信号也传送给微处理器，微处理器收到两组信号后经过处理，使计数值加1；当有人走出自习室时，安装在自习室门内一侧的检测组先检测到信号并传送给微处理器，安装在自习室门外一侧的检测组后检测到信号也传送给微处理器，微处理器收到信号后经过处理，使计数值减1。
18.光照强度检测模块中含有光敏电阻和模数转换器，光敏电阻与模数转换器的模拟信号输入端连接，模数转换器的数字信号输出口与微处理器的光线信号输入口连接，电源模块输出的直流电给模数转换器供电。光敏电阻安装在自习室内天花板中间位置，用来感知自习室内光线的强弱，从而确定照明灯打开的数量。
19.照明灯驱动模块中含有n个照明灯驱动电路，微处理器的n个照明控制信号输出端分别与n个照明灯驱动电路的信号输入端连接，n个照明灯驱动电路的信号输出端分别与自习室内的n个照明灯连接，n为大于等于1的自然数。自习室内需要照明区域分为m个子区域（m为大于等于1的自然数），每个子区域内安装n/m盏照明灯。
20.中央处理模块中还含有复位电路、晶振电路、排阻电路和系统时钟模块，系统时钟模块的通信口与微处理器的时钟通信口连接。
21.操作按键为轻触式按键，操作按键中含有时间设置按键、确认按键、工作状态切换
按键、增大按键、减小按键和n个手动开关按键；时间设置按键、增大按键、减小按键和确认按键结合使用，可进行时间调整和定时时间设置；工作状态切换按键和确认按键结合使用，可完成自动模式和手动模式的切换。
22.显示器为 lcd1602a型液晶显示屏；模数转换器的型号为adc0832。
23.该智能化自习室照明控制装置的工作过程如下：首先，按下电源模块中的电源开关给装置供电，电源模块中的红色电源指示灯点亮。微处理器在初始状态下默认为自动模式，此时，中央处理模块中的自动模式指示灯（黄色）点亮。人数检测模块和光照强度检测模块将检测到的室内人数信息和光照强度信息发送到微处理器集中处理，微处理器处理后控制相应的照明灯点亮，并将光照强度﹑自习室内人数和时间在显示器上显示出来，显示器上显示的自习室内人数帮助学生判断自习室内的空座位个数。
24.微处理器通过工作状态切换按键的操作结果来确定当前所处的模式状态；
25.微处理器当前的控制模式为自动模式时：当微处理器检测到自习室内无人时，则控制照明灯驱动模块熄灭自习室内的所有照明灯；当微处理器检测到自习室内有人存在，并在设定的自动模式控制时间内，则微处理器根据室内人数信息和光照强度信息控制自习室内n个照明灯的开启和关闭，具体方法如下：
26.先根据自习室内的人数确定灯亮的子区域数量，再根据自习室内的光照强度调整灯亮的子区域数量，具体为：设置对应不同亮灯子区域数需达到的光照强度值，比如，一个子区域亮灯时，设置需要的光照强度值为l1，两个子区域亮灯时，设置需要的光照强度值为l2，以此类推，有m个子区域亮灯时，设置需要的光照强度值为lm，其中，l1《l2《
……
《lm；当根据人数亮相应的子区域灯无法达到亮灯子区域数对应的光照设定值时，再逐步增加亮灯子区域数，直到达到光照设定值。
27.微处理器当前的控制模式为手动模式时：微处理器通过n个手动开关按键的操作结果来控制n个照明灯的开启和关闭。
28.本实用新型的有益效果：
29.1、本实用新型采用人数检测模块检测出的自习室内人数和光照强度检测模块检测出的自习室光线亮度来控制自习室照明灯的点亮和熄灭，控制精准，有效避免了电能的浪费，节约了能源；本实用新型还可将光照强度﹑自习室内人数和时间在显示器上显示出来，方便了学生寻找座位，节约了学生的时间，提高了学生的学习效率。
30.2、本实用新型的人数检测模块中的红外发光二极管发出的发散的红外光经过第一凸柱面透镜﹑第二凸柱面透镜和凹柱面透镜的折射后会聚成一束薄片形的光线，这样不仅提高了发射出的红外线的光密度，还可将红外线精准地发射到被检测的目标上，避免了检测失误，使计数更加准确。
31.3、本实用新型的人数检测模块结构简单、成本低、性价比高，适于大量使用。
32.4、本实用新型的人数检测模块中的红外线发射器采用了红外发光二极管，因此，其功耗低﹑节能环保。
33.（四）、附图说明：
34.图1为智能化自习室照明控制装置的结构框图；
35.图2为红外线发射器的结构示意图；
36.图3为图2中的a-a剖视结构示意图；
37.图4为图2中的光路示意图；
38.图5为图3中的光路示意图；
39.图6为信号处理电路的电路原理示意图；
40.图7为红外线发射器和红外接收管的安装位置示意图。
41.（五）、具体实施例：
[0042] 参见图１～图7，图中，智能化自习室照明控制装置含有中央处理模块﹑照明灯驱动模块﹑光照强度检测模块10﹑人数检测模块﹑显示器﹑操作按键和电源模块，中央处理模块中含有微处理器，光照强度检测模块10的信号输出口与微处理器的光线信号输入口连接，微处理器的照明控制信号输出端与照明灯驱动模块的信号输入端连接，照明灯驱动模块的信号输出端与自习室内的照明灯连接，微处理器的显示信号口与显示器连接，操作按键与微处理器的按键输入端连接；人数检测模块中含有2个相同的红外线发射器（5﹑6）﹑2个相同的红外接收管（s1﹑s2）和信号处理电路；每个红外线发射器5含有红外发光二极管l1﹑第一凸柱面透镜1﹑第二凸柱面透镜2﹑凹柱面透镜3和镜筒4，红外发光二极管l1﹑第一凸柱面透镜1﹑第二凸柱面透镜2和凹柱面透镜3从前到后依次安装在镜筒4内，第一凸柱面透镜1﹑第二凸柱面透镜2和凹柱面透镜3的焦线相互平行且位于同一个平面中，镜筒4的中心线oo’也位于该平面中，且镜筒的中心线oo’与第一凸柱面透镜1﹑第二凸柱面透镜2和凹柱面透镜3的焦线垂直，红外发光二极管l1的中心位于镜筒4的中心线oo’和第一凸柱面透镜1前焦线的交点处，第二凸柱面透镜2的后焦线与凹柱面透镜3的后焦线重合，镜筒4的前端封闭，镜筒4的后端敞口；2个红外接收管（s1﹑s2）和2个红外线发射器（5﹑6）中的红外发光二极管（l1 ﹑l2）均与信号处理电路连接，信号处理电路的两个输出端分别与微处理器的两个人数信号输入端连接；电源模块给中央处理模块﹑照明灯驱动模块﹑光照强度检测模块10﹑人数检测模块和显示器供电。
[0043]
红外发光二极管l1发出的发散的红外光经过第一凸柱面透镜1﹑第二凸柱面透镜2和凹柱面透镜3的折射后会聚成一束薄片形的光线，这样可防止光线射在不需要检测的人身上，有利于精准地检测目标。
[0044] 红外接收管（s1﹑s2）为红外接收二极管；信号处理电路中含有电压比较器u4（内含两个电压比较器）和两个限流电阻（r21 ﹑r22），两个红外接收管（s1﹑s2）分别连接在电压比较器u4的两个输入端，电压比较器u4的两个输出端（out1﹑out2）分别与微处理器的两个人数信号输入端连接，两个红外发光二极管（l1 ﹑l2）分别通过两个限流电阻（r21 ﹑r22）并接在电源模块输出的直流电的正端+5v和地之间，电源模块输出的直流电还给微处理器和电压比较器u4供电。电压比较器u4的型号为：lm393。
[0045]
第一凸柱面透镜1和第二凸柱面透镜2均为平凸柱面透镜，凹柱面透镜3为平凹柱面透镜。
[0046]
凹柱面透镜3的宽度小于第二凸柱面透镜2的宽度，第一凸柱面透镜1和第二凸柱面透镜2的宽度相同。
[0047]
镜筒4为矩形筒。
[0048]
实际应用时，红外线发射器5和红外接收管s1形成一个检测组，红外线发射器6和红外接收管s2形成另一个检测组，在每个检测组中，红外线发射器发出的红外光线射到人身上后又反射回来，被红外接收管接收到，并使与红外接收管相连的电压比较器u4的输出
端的信号发生变化，该变化的信号被微处理器检测到后进行处理。
[0049]
人数检测模块统计自习室的人数时，需将一个检测组安装在自习室门8外一侧，将另一个检测组安装在自习室门8内一侧，两个检测组的安装高度相同，然后调整红外线发射器（5﹑6）的位置，使其发出的薄片形的光线与门8平行；当有人7进入自习室时，安装在自习室门8外一侧的检测组先检测到信号（低电平）并传送给微处理器，安装在自习室门8内一侧的检测组后检测到信号（低电平）也传送给微处理器，微处理器收到两组信号后经过处理，使计数值加1；当有人走出自习室时，安装在自习室门8内一侧的检测组先检测到信号（低电平）并传送给微处理器，安装在自习室门8外一侧的检测组后检测到信号（低电平）也传送给微处理器，微处理器收到信号后经过处理，使计数值减1。
[0050]
光照强度检测模块10中含有光敏电阻和模数转换器，光敏电阻与模数转换器的模拟信号输入端连接，模数转换器的数字信号输出口与微处理器的光线信号输入口连接，电源模块输出的直流电给模数转换器供电。光敏电阻安装在自习室内天花板中间位置，用来感知自习室内光线的强弱，从而确定照明灯打开的数量。
[0051]
照明灯驱动模块中含有4个照明灯驱动电路，微处理器的4个照明控制信号输出端分别与4个照明灯驱动电路的信号输入端连接，4个照明灯驱动电路的信号输出端分别与自习室内的4个照明灯连接。自习室内需要照明区域分为4个子区域，每个子区域内安装1盏照明灯。
[0052]
中央处理模块中还含有复位电路、晶振电路、排阻电路和系统时钟模块，系统时钟模块的通信口与微处理器的时钟通信口连接。
[0053]
操作按键为轻触式按键，操作按键中含有时间设置按键、确认按键、工作状态切换按键、增大按键、减小按键和4个手动开关按键；时间设置按键、增大按键、减小按键和确认按键结合使用，可进行时间调整和定时时间设置；工作状态切换按键和确认按键结合使用，可完成自动模式和手动模式的切换。
[0054] 显示器为 lcd1602a型液晶显示屏；模数转换器的型号为adc0832。
[0055]
该智能化自习室照明控制装置的工作过程如下：首先，按下电源模块中的电源开关给装置供电，电源模块中的红色电源指示灯点亮。微处理器在初始状态下默认为自动模式，此时，中央处理模块中的自动模式指示灯（黄色）点亮。人数检测模块和光照强度检测模块10将检测到的室内人数信息和光照强度信息发送到微处理器集中处理，微处理器处理后控制相应的照明灯点亮，并将光照强度﹑自习室内人数和时间在显示器上显示出来，显示器上显示的自习室内人数帮助学生判断自习室内的空座位个数。
[0056]
微处理器通过工作状态切换按键的操作结果来确定当前所处的模式状态；
[0057]
微处理器当前的控制模式为自动模式时：当微处理器检测到自习室内无人时，则控制照明灯驱动模块熄灭自习室内的所有照明灯；当微处理器检测到自习室内有人存在，并在设定的自动模式控制时间内，则微处理器根据室内人数信息和光照强度信息控制自习室内4个照明灯的开启和关闭，具体方法如下：
[0058]
先根据自习室内的人数确定灯亮的子区域数量：当自习室内人数小于10人时亮1个子区域的灯，自习室内人数为10～19人时亮2个子区域的灯，自习室内人数为20～29人时亮3个子区域的灯，自习室内人数大于29人时亮4个子区域的灯；
[0059]
然后，根据自习室内的光照强度调整灯亮的子区域数量，具体为：设置对应不同亮
灯子区域数需达到的光照强度值，1个子区域亮灯时，设置需要的光照强度值为l1，2个子区域亮灯时，设置需要的光照强度值为l2，以此类推，4个子区域亮灯时，设置需要的光照强度值为l4，其中，l1《l2《 l3《l4；当根据人数亮相应的子区域灯无法达到亮灯子区域数对应的光照设定值时，再逐步增加亮灯子区域数，直到达到光照设定值。比如，当人数小于10人时，亮1个子区域的灯，但光照没有达到设定值l1，就再亮一个子区域的灯，此时点亮了2个子区域的灯，若光照达到设定值，则保持当前点亮照明灯数量，若光照仍达不到设定值l1，则再增加点亮一个子区域的照明灯，若还达不到设置光照度值l1，以此类推，直至所有灯点亮。
[0060]
微处理器当前的控制模式为手动模式时：微处理器通过4个手动开关按键的操作结果来控制4个照明灯的开启和关闭。