本實(shí)用新型屬于照明控制，尤其是針對教學(xué)樓等大型樓宇，以節(jié)約電能合理控制照明設(shè)備狀態(tài)的控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

本實(shí)用新型主要針對教學(xué)樓等大型樓宇。教學(xué)樓作為高校教學(xué)的重要場所，一般為開放式管理，目前教室照明開關(guān)的控制手段主要為人工控制和集中遠(yuǎn)程控制兩種。兩種控制方式均較為單一，且存在著嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象，易造成長明燈、人少燈全開等浪費(fèi)問題。教學(xué)樓燈具數(shù)量多，按照國際規(guī)定的教室照明功率密度約為11W/m²，假設(shè)每間教室平均面積120m²，每天平均浪費(fèi)時間為3.5h²，一棟教學(xué)樓以150間教室計(jì)算，則一棟樓每年(以上課時間280天記)的浪費(fèi)量達(dá)到19.4萬度，按目前電價計(jì)達(dá)13.4萬元。如此推算，一所擁有9棟教學(xué)樓的高校僅在照明用電方面可年浪費(fèi)近120萬元。

目前，國內(nèi)的教室燈控開關(guān)主要為翹板開關(guān)和控制室集中控制開關(guān)。翹板開關(guān)控制需要人工控制，教學(xué)樓教室數(shù)量眾多，值班人員人工進(jìn)行開關(guān)浪費(fèi)了大量的時間，同時浪費(fèi)了用電；集中遠(yuǎn)程控制控制方式不夠靈活，無法適應(yīng)不同教室對照明用電的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的是提供一種適合高校教學(xué)樓等樓宇照明控制的新型教室照明智能多控開關(guān)，使之具有操作簡便、人機(jī)交互較好、智能化控制、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型的目的是通過如下的手段實(shí)現(xiàn)的。

一種教室照明智能多控開關(guān)，由可接收遠(yuǎn)程控制遠(yuǎn)程控制信號的ZigBee終端結(jié)點(diǎn)ZD、與ZigBee終端結(jié)點(diǎn)ZD連接的熱釋紅外傳感器單元RS、受ZigBee終端結(jié)點(diǎn)ZD控制的聯(lián)接在照明電路火線與地線之間的繼電器模塊J以及與繼電器模塊J并連翹板開關(guān)Q組成；通過ZigBee終端結(jié)點(diǎn)控制室內(nèi)燈的開關(guān)。

系統(tǒng)正常工作時，翹板開關(guān)是處于上翹狀態(tài)的，在未檢測到控制信號時繼電器處于落下狀態(tài)，此時沒有形成回路，燈具不亮；多控開關(guān)的熱釋紅外傳感器檢測到有人時驅(qū)動繼電器吸起，形成回路將燈具點(diǎn)亮。當(dāng)ZigBee自動控制終端出現(xiàn)故障不受控，檢測到有人進(jìn)入時繼電器無法正常吸起，此時將翹板開關(guān)撥下翹狀態(tài)形成回路可以點(diǎn)亮燈具。

本實(shí)用新型選擇ZigBee作為系統(tǒng)組網(wǎng)控制技術(shù)符合當(dāng)下智能化、節(jié)能化控制的要求。該新型開關(guān)內(nèi)部集成了ZigBee自動控制終端和傳統(tǒng)翹板開關(guān)。其中，ZigBee控制終端有兩種控制模式。一種是自動控制模式，將教室劃分為四個區(qū)域分別安置熱釋紅外傳感器感應(yīng)人的信息，自動控制終端通過采集到的信息控制各個區(qū)域照明燈的量滅，實(shí)現(xiàn)教室照明的區(qū)域化控制；另一種是人工遠(yuǎn)程控制，當(dāng)ZigBee自動控制終端收到管理者發(fā)來的ZigBee無線控制信號后，可通過該信息實(shí)現(xiàn)教室照明燈的量滅。另外，翹板開關(guān)作為應(yīng)急輔助，當(dāng)ZigBee自動控制終端出現(xiàn)損壞時，可通過翹板開關(guān)實(shí)現(xiàn)對照明的應(yīng)急控制。

ZigBee自動控制終端實(shí)現(xiàn)照明區(qū)域化控制的連接電路為：自動控制終端MCU的四個輸出引腳P0_1，P0_3、P0_5、P0_7分別連接四個繼電器。如P0_1通過限流電阻R1后與三極管Q1的基極連接，三極管的發(fā)射極接電源VCC，其集電極通過一個繼電器J后再接地；二極管D2與繼電器J并聯(lián)；

熱釋紅外傳感器的三個引腳，其中引腳1接VCC，引腳3接地，引腳2則直接與CC2530的P0_2I/O口相連接,熱釋紅外傳感器便實(shí)現(xiàn)了與CC2530即ZigBee終端結(jié)點(diǎn)的連接，傳感器可以直接將采集到的數(shù)據(jù)以高低電平的形式傳遞給 CC2530以達(dá)到數(shù)據(jù)交互的目的。CC2530的P0_2、P0_4、P0_6、P0_8I/O口分別接四個熱釋紅外傳感器。

這樣，每間教室安置一個智能多控開關(guān)，每個開關(guān)配置4個熱釋紅外傳感器在不同的區(qū)域環(huán)境進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控與信息采集，當(dāng)感應(yīng)到某區(qū)域有人進(jìn)入時，被對應(yīng)的熱釋紅外傳感器感應(yīng)到，智能多控開關(guān)可以驅(qū)動對應(yīng)的繼電器吸起，打開該區(qū)域的照明燈，當(dāng)人離開時，延時5秒后該區(qū)域燈自動關(guān)閉。當(dāng)管理員需要對該教室進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時，通過ZigBee無線通信技術(shù)將信息傳至該智能多控終端，可控制該終端執(zhí)行開關(guān)燈命令。另外，當(dāng)智能多控開關(guān)的自動控制終端模塊損壞時，翹板開關(guān)可以直接對教室內(nèi)照明燈進(jìn)行手動應(yīng)急控制。該智能多控開關(guān)在型號上與傳統(tǒng)教室內(nèi)開關(guān)完全一致，可以實(shí)現(xiàn)對原有開關(guān)的直接替換，無需重新布線。

采用本實(shí)用新型的方案，與原有的人工控制、集中遠(yuǎn)程控制、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)控制等控制方式相比，當(dāng)外部情況發(fā)生改變，如教室有無人狀態(tài)和人數(shù)發(fā)生變化時，系統(tǒng)可作出及時的調(diào)整，且能將控制精度提高到教室內(nèi)的單個區(qū)域。采用本方案通過新型多控開關(guān)控制到每間教室每個區(qū)域的照明燈，且安裝成本低，安裝方式簡單。除了成本低的優(yōu)點(diǎn)外，本實(shí)用新型具有以下功能和優(yōu)點(diǎn)：

(1)增強(qiáng)應(yīng)急能力：智能多控開關(guān)具有自動控制、人工遠(yuǎn)程控制和手動控制三種控制方式。既可以在人進(jìn)入或離開教室時及時地調(diào)整教室照明燈的開關(guān)狀態(tài)，又可通過接收遠(yuǎn)程控制信號對教室內(nèi)照明設(shè)備進(jìn)行控制，同時保留了傳統(tǒng)翹板開關(guān)模塊對教室內(nèi)照明進(jìn)行應(yīng)急控制。

(2)便于照明設(shè)備保養(yǎng)與維護(hù)：該多控開關(guān)可以實(shí)時地監(jiān)控環(huán)境的變化，通過這些變化控制照明燈的開和閉，提高照明設(shè)備的利用率，同時提高了照明設(shè)備的使用壽命。

(3)實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理：系統(tǒng)能將采集到的數(shù)據(jù)自動存儲、分析，并能隨時進(jìn)行查詢和打印，為管理現(xiàn)代化提供了有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。

(4)硬件內(nèi)存需求低：相比WiFi的1MB+的硬件內(nèi)存需求，其內(nèi)存需求僅為32KB～64KB。

(5)傳輸距離遠(yuǎn)：傳統(tǒng)的WiFi傳輸?shù)膫鬏斁嚯x為100米，而ZigBee的傳輸距離在300m-3km之間。

(6)可控制教室數(shù)量多：每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)可存在255個節(jié)點(diǎn)，同一區(qū)域可存在200個ZigBee網(wǎng)絡(luò)，即ZigBee網(wǎng)絡(luò)的控制范圍可覆蓋到整棟教學(xué)樓。

(7)通道冗余：通過布置無線照明控制網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，為將來物聯(lián)網(wǎng)和更多監(jiān)控信息的傳輸提供數(shù)據(jù)通道。

(8)“即插即用”擴(kuò)展方便：該智能多控開關(guān)的設(shè)計(jì)內(nèi)部集成了ZigBee自動控制終端和傳統(tǒng)翹板開關(guān)，其型號與傳統(tǒng)開關(guān)完全一致，其構(gòu)建是建立在網(wǎng)絡(luò)建成的前提下，安裝該多控開關(guān)時無需重新布線，可以做到“即插即用”。

(9)區(qū)域化控制：本教室照明智能多控開關(guān)將教室內(nèi)的照明設(shè)備劃分為四個區(qū)域，每個區(qū)域安置一個熱釋紅外傳感器，對各個區(qū)域的照明燈進(jìn)行獨(dú)立控制，提高了照明的合理化控制，節(jié)約了大量的電能。

(10)燈光隨動功能：隨著ZigBee技術(shù)在系統(tǒng)中的使用，本系統(tǒng)能切實(shí)的做到燈光隨動，只需要將每個終端與熱釋紅外傳感器連接，便可實(shí)時捕捉人的信息，并對燈控設(shè)備進(jìn)行控制，做到“人到燈亮，人走燈滅！”，極大的提高了管理效率。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型教室照明智能多控開關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本實(shí)用新型教室照明智能多控開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖3為教室照明智能多控開關(guān)簡化電路圖,表示正常狀態(tài)未檢測到控制信號時的情況。

圖4為教室照明智能多控開關(guān)簡化電路圖,表示正常狀態(tài)檢測到控制信號時的情況。

圖5為教室照明智能多控開關(guān)簡化電路圖,表示非正常狀態(tài)燈具工作時的情況。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例子對本實(shí)用新型進(jìn)行一步說明。

由圖1可以看到本實(shí)用新型方法所使用設(shè)備關(guān)系。第一種開關(guān)模式是自控模式，本系統(tǒng)通過使用放置在智能開關(guān)中的ZigBee終端根據(jù)熱釋紅外傳感器采集的信號，驅(qū)動繼電器閉合，在翹板開關(guān)處于上擲的狀態(tài)下，使電燈接入電網(wǎng)被點(diǎn)亮。第二種是人工遠(yuǎn)程控制，當(dāng)ZigBee自動控制終端收到管理者發(fā)來的ZigBee無線控制信號后，可通過該信息實(shí)現(xiàn)教室照明燈的量滅。第三種開關(guān)模式是在ZigbBee終端失效的情況下，檢測到有人進(jìn)入教室時，繼電器無法正常吸起將燈打開，此時將翹板開關(guān)下擲，則電燈接入電網(wǎng)被點(diǎn)亮。三種控制方式互補(bǔ)，組合便于管理，又避免了ZigBee模塊失靈條件下不能自主控制電器開關(guān)的問題。

圖2中表達(dá)了智能多控開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

該內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要繼承了ZigBee控制終端和傳統(tǒng)翹板開關(guān)，其中CC2530芯片上的1-6六個端口是本設(shè)計(jì)所用端口。其中，2號端口接地，3號端口接+5V。熱釋紅外傳感器和繼電器的各個引腳分別連接到這6個端口中的其中一個，如圖2所注。圖中，J1、J2分別表示一號繼電器和二號繼電器，Q1、Q2表示一號翹板開關(guān)和二號翹板開關(guān)，RS1、RS2分別表示熱釋紅外傳感器一和熱釋紅外傳感器二。

為了描述簡便，圖2用兩個熱釋紅外傳感器和繼電器配套進(jìn)行結(jié)構(gòu)說明，實(shí)際開關(guān)中集成了四套熱釋紅外傳感器和繼電器的組合。

ZigBee終端：基于CC2530的ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)可通過熱釋紅外傳感器采集教室內(nèi)有無人的信息，可以接收熱釋紅外傳感器與ZigBee路由器的信號，是繼電器導(dǎo)通關(guān)斷的控制器。

繼電器-翹板開關(guān)模塊：由繼電器與單刀雙擲的翹板開關(guān)組成雙開雙關(guān)電路。

圖3-圖5中表達(dá)了本實(shí)用新型教室照明智能多控開關(guān)簡化電路圖。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開關(guān)控制電路是將ZigBee終端通過繼電器實(shí)現(xiàn)對開關(guān)狀態(tài)的自動控制與傳統(tǒng)的開關(guān)方式是通過撥動翹板開關(guān)實(shí)現(xiàn)開與關(guān)的控制相結(jié)合。

如圖3所示，當(dāng)時系統(tǒng)正常工作時，翹板開關(guān)是處于2狀態(tài)的，在未檢測到控制信號時繼電器處于1狀態(tài)，此時沒有形成回路，燈具不亮；如圖4，在檢測到輸入信號時繼電器工作達(dá)到2狀態(tài)，燈具形成回路點(diǎn)亮。如圖5，當(dāng)本系統(tǒng)出現(xiàn)故障不受控時，繼電器不會收到輸入信號處于1狀態(tài)，此時將翹板開關(guān)撥至1狀態(tài)形成回路可以點(diǎn)亮燈具。這種設(shè)計(jì)既保留了原來的控制方式，降低了改造成本，也增加了本實(shí)用新型的容錯率。