專利名稱：教室照明節(jié)能集中控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于照明控制領(lǐng)域，特別是一種教室照明節(jié)能集中控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，教室照明節(jié)能控制技術(shù)有采用紅外熱釋傳感器和光敏傳感器而設(shè)計的單點節(jié)能控制的控制器，由于紅外熱釋傳感器易受干擾、并且只對運動的人體敏感的特性，容易誤觸發(fā)開燈和關(guān)燈，頻繁地開關(guān)對日光燈管損壞比較嚴重，其次單點節(jié)能控制器不便于集中管理。有采用圖像識別技術(shù)，通過旋轉(zhuǎn)云臺照相，識別教室內(nèi)的人員分布控制開燈、關(guān)燈的技術(shù)，但其存在成本高的缺點。公告號為CN 201230398Y的中國實用新型專利公開了一種采用主動式近紅外直射辨向探測技術(shù)動態(tài)檢測教室的實際人數(shù)，根據(jù)教室人數(shù)的多少分區(qū)域開燈，采用磁敏傳感技術(shù)檢測座位上是否有人，通過微控制器控制區(qū)域的照明，該發(fā)明存在傳感器數(shù)量相對較多，安裝施工不方便和穩(wěn)定性不好的缺陷。公告號為CN201303451Y 的中國實用新型專利公開了一種教室照明節(jié)能控制器通過對環(huán)境光檢測、人體存在檢測，根據(jù)作息時間控制燈光驅(qū)動電路的工作，存在誤觸發(fā)的缺陷。公告號為CN201479424U的中國實用新型專利公開了一種自適應(yīng)照明節(jié)能智能網(wǎng)絡(luò)終端控制器，其主控模塊通過電力載波模塊連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、地址模塊配置主控模塊的地址、路燈控制模塊控制燈具，但該發(fā)明不適合教室照明的具體要求。教室照明節(jié)能的具體要求是一、照明燈具布設(shè)一般可分為5組講臺燈，從外窗(自然采光好)到里窗(自然采光差)根據(jù)教室面積布設(shè)2至5列燈具，當列數(shù)多時，可將中間2列、最里的2列燈具作為一組同時控制，一般情況下根據(jù)自然光的強弱，講臺燈常明、里窗邊的燈比外窗邊的燈亮燈時間長；二、參考課表和自習安排表供電，有課或有自習安排的教室供電，這樣便于集中管理，也避免少數(shù)幾個學生占用教室造成開燈浪費電能；三、多媒體教室在教師用多媒體演示教學時，講臺燈滅，不進行多媒體教學演示時講臺燈亮，應(yīng)支持由任課老師手動控制；四、整棟教學樓或一層樓采用拉閘斷電或送電時、由于負載大，有較大的電流沖擊，對電網(wǎng)的影響大，同時對電閘的使用壽命和燈具的使用壽命造成較大的危害，需要避免此電流沖擊；五、對于集中控制式的教室節(jié)能控制系統(tǒng)還應(yīng)支持在控制網(wǎng)絡(luò)失效時，可通過紅外無線遙控的方式輔助控制照明燈具，避免造成教學事故；六、能夠?qū)淌艺彰骱碾娏窟M行概算或計量?，F(xiàn)有的發(fā)明沒有針對教室照明節(jié)能的所有具體要求設(shè)計節(jié)能控制器。本實用新型的目的是旨在按照所述教室照明節(jié)能的所有具體要求，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本較低的教室照明節(jié)能集中控制系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容為了達到上述教室照明節(jié)能的具體要求，本實用新型采用的技術(shù)方案是本實用新型的教室照明節(jié)能集中控制系統(tǒng)包括硬件設(shè)備和軟件程序。其特征是硬件設(shè)備包括安裝在監(jiān)控室的PC機、USB/RS-485轉(zhuǎn)換器、RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器，安裝在教學區(qū)的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器、教室照明節(jié)能控制器，在教學區(qū)分散較大的校園還包括2. 4G無線中繼器。同一種功能也可以通過不同的技術(shù)實現(xiàn)，也可以將所述的USB/RS-485轉(zhuǎn)換器替換為RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器，以利用PC機RS-232的接口 ；所述的RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器可以替換為RS-485/GPRS無線轉(zhuǎn)換器和所述的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器可以替換為GPRS無線/ RS-485轉(zhuǎn)換器，以適應(yīng)校區(qū)太寬、2. 4G無線信號覆蓋不了的問題；或?qū)⑺龅腞S-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器可以替換為RS-485/433M無線轉(zhuǎn)換器和所述的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器可以替換為433M無線/RS-485轉(zhuǎn)換器，以適應(yīng)校區(qū)障礙物多時的信號覆蓋問題；也可將所述的RS-485接口總路線技術(shù)替換為CAN接口總線技術(shù)。各設(shè)備之間的物理連接關(guān)系如下所述的PC機通過USB線與所述的USB/RS-485轉(zhuǎn)換器連接，所述的USB/RS-485轉(zhuǎn)換器通過雙絞線與所述的RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器連接，組成一個近程有線連接網(wǎng)絡(luò)；所述的RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器通過無線與所述的2. 4G無線中繼器、所述的教學區(qū)的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器連接，并組成一個無線網(wǎng)絡(luò)；單個教學區(qū)所述的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器與該教學區(qū)的N個所述的教室照明節(jié)能控制器通過雙絞線依次連接，并組成RS-485總線網(wǎng)絡(luò)。當所述的USB/RS-485轉(zhuǎn)換器替換為RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器后，PC機與RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器通過3線制串口連接；當所述的·RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器替換為RS-485/GPRS無線轉(zhuǎn)換器、所述的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器替換為GPRS無線/ RS-485轉(zhuǎn)換器、所述的RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器替換為RS-485/433M無線轉(zhuǎn)換器、所述的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器替換為433M無線/RS-485轉(zhuǎn)換器、所述的RS-485接口替換為CAN接口時、連線方式不變。所述的教室照明節(jié)能控制器包括微控制器MCU、RS-485接口、照度檢測模塊、一體化紅外接收模塊、繼電器組和2 2 O V轉(zhuǎn)I 2 V、5 V電源，還包括紅外遙控器。所述的軟件程序支持從P C機，通過所述的近程有線連接網(wǎng)絡(luò)、所述的無線網(wǎng)絡(luò)和所述的RS-485總線網(wǎng)絡(luò)，集中監(jiān)測并控制所述的教室照明節(jié)能控制器的繼電器組的開關(guān)狀態(tài)；一旦所述的近程有線連接或所述的無線網(wǎng)絡(luò)或所述的RS-485總線網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，不能從PC機集中監(jiān)測并控制所述的教室照明節(jié)能控制器的繼電器組的開關(guān)狀態(tài)時，所述的軟件程序還支持通過所述的紅外遙控器對單個所述的教室照明節(jié)能控制器進行控制其繼電器組的開關(guān)狀態(tài)；安裝在PC機上的軟件記錄各教室照明節(jié)能控制器的各個繼電器的開關(guān)時間和其控制的負載的額定功率，通過通電時間乘以額定功率概算和計量電能消耗。本實用新型的有益效果I、根據(jù)教務(wù)部門的排課安排表自動控制教室照明供電，根據(jù)教室內(nèi)自然光強弱自動開關(guān)分組燈，達到自動控制和節(jié)能的效果；2、根據(jù)多媒體教學教室照明的特殊要求和在控制網(wǎng)絡(luò)故障時，可以通過紅外遙控器控制講臺燈亮滅和教室照明供電，避免教學事故的發(fā)生；3、教室照明節(jié)能控制器具有記憶先前開燈/關(guān)燈狀態(tài)的功能，減少網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)量，避免通信延遲造成的不利影響；4、本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、工作性能可靠、可避免拉閘斷電和合閘送電對燈具、電閘的電流沖擊，延長其使用壽命；5、可以概算和計量教室照明的耗電量。
附圖I是本實用新型的拓撲圖。附圖2是本實用新型的教室照明節(jié)能控制器功能框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例做進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護范圍。本實用新型的教室照明節(jié)能集中控制系統(tǒng)包括硬件設(shè)備和軟件程序。附圖I展示了本實用新型實施例的硬件設(shè)備拓撲結(jié)構(gòu)，主要分為兩個區(qū)域監(jiān)控室和教學區(qū)，當教學區(qū)離監(jiān)控室的距離超過2. 4G無線模塊無線信號所能覆蓋的范圍時，需增加2. 4G無線中繼器。安裝在監(jiān)控室的PC機上運行監(jiān)控程序，該監(jiān)控程序以輪詢的方式查詢安裝在教室內(nèi)的教室照明節(jié)能控制器的繼電器的開關(guān)狀態(tài)，并將一定時間間隔里的每一間教室的基本信息、繼電器開關(guān)狀態(tài)信息和每個繼電器的負載信息存入數(shù)據(jù)庫，以便進行后臺耗電功率計量(采用供電時長乘以額定功率進行概算)，并報告各教室內(nèi)教室照明節(jié)能控制器的工作狀態(tài)是否離線，以便維修技術(shù)人員及時修理；監(jiān)控程序以定時的方式檢索課程教學安排表和自習安排表，根據(jù)這兩個表的信息對相應(yīng)教室內(nèi)的教室照明節(jié)能控制器發(fā)出開關(guān)繼電器的指令，如上午第2、3節(jié)課間、下午第6、7節(jié)課間、晚上第8、9節(jié)課間，在早上開始上課前30分鐘根據(jù)上述兩表對每間教室的教室照明節(jié)能控制器發(fā)出開燈指令，中午下課后30分鐘、晚上下課后30分鐘對所有教室照明節(jié)能控制器逐個發(fā)出關(guān)燈指令；開燈和關(guān)燈指令是一間教室、一間教室逐個發(fā)送的，可以避免大電流沖擊電閘和照明設(shè)備。PC機與USB/RS-485轉(zhuǎn)換器通過USB總線連接，也可以將USB/RS-485轉(zhuǎn)換器替換成RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器，更換后PC機與RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器通過3線或9線串口線連接。USB/RS-485轉(zhuǎn)換器或RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器的主要功能是實現(xiàn)信號電平的轉(zhuǎn)換，選擇合適的接口芯片設(shè)計電路，并從芯片廠商獲取設(shè)備驅(qū)動程序，安裝到PC機即可工作，這兩種轉(zhuǎn)換器目前市面上有現(xiàn)成的產(chǎn)品，如果自己設(shè)計，RS-485接口芯片可選擇MAX481E/MAX483E/ MAX485E/MAX487E/MAX488E/MAX489E/MAX490E/MAX491E/MAX1487E 等型號，RS-232接口芯片可選擇MAX232CSE、MAX3232等型號。USB/RS485轉(zhuǎn)換器與RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器通過雙絞線連接，RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器可以安裝在房頂?shù)任恢帽容^高的地方，便于無線信號的發(fā)射、使其傳輸距離更遠。RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器需要嵌入控制程序，該嵌入的控制程序主要任務(wù)是接收從PC機傳來的指令，將該指令重新打包，發(fā)送到2. 4G無線中繼器和安裝在教學區(qū)的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換模塊，和將從2. 4G無線中繼器或安裝在教學區(qū)的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)重新打包后轉(zhuǎn)發(fā)給PC機。該轉(zhuǎn)換器硬件設(shè)計需要選擇合適的單片機、RS-485接口芯片和2. 4G無線收發(fā)模塊。單片機可選擇STCll系列帶準雙串口的芯片，RS-485接口芯片可選擇MAX485等芯片，2. 4G無線收發(fā)模塊可選擇以NORDIC公司的NRF24L01芯片為基礎(chǔ)而設(shè)計的模塊。監(jiān)控室的RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器通過無線方式與安裝在教學區(qū)的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器相連接，該兩個設(shè)備功能是一樣的，只是無線模塊的地址不同，嵌入固件程序時需注意。安裝在教學區(qū)的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器與教室照明節(jié)能控制器通過雙絞線相連接，各教室內(nèi)的教室照明節(jié)能控制器之間也通過雙絞線連接，該RS-485總線網(wǎng)絡(luò)能夠聯(lián)接的設(shè)備數(shù)量受RS-485芯片選型的限制，最多可聯(lián)接128個設(shè)備(選擇MAX487或MAX1487時)，其它RS-485接口芯片只能連接最多32個設(shè)備。附圖2展示了教室照明節(jié)能控制器的內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu)，包括RS-485接口、照度檢測模塊、一體化紅外接收模塊、繼電器組和2 2 O V轉(zhuǎn)I 2 V、5 V電源，還包括紅外遙控器。該教室照明節(jié)能控制器需要嵌入固件程序，該固件程序的主要任務(wù)是檢測一體化紅外接收模塊是否有有效的指令輸入，有效的指令是開關(guān)講臺組燈和開關(guān)教室所有組燈；檢測RS-485接口是否有有效的地址、指令輸入，有效地址是本教室照明節(jié)能控制器的唯一地址，有效指令是開燈、關(guān)燈、狀態(tài)查詢，當接收到狀態(tài)查詢指令時，微控制器將繼電器開關(guān)狀態(tài)連同地址通過RS-485總線發(fā)回給PC機；微控制器MCU獲取照度檢測模塊信息，根據(jù)此信息自動控制繼電器組的開關(guān)狀態(tài)，實現(xiàn)自動節(jié)能控制。教室照明節(jié)能控制器的硬件設(shè)計設(shè)備 選型優(yōu)選方案MCU選擇STCll系列準雙串口芯片；RS-485接口芯片可選擇MAX485 ;照度檢測可選擇光電二極管或光電三極管，而不采用光敏電阻；一體化紅外接收模塊選擇工作頻率為38KHz，這樣便于配紅外遙控器，從而節(jié)約成本；繼電器選擇工作電壓為直流12V，觸點為250V/15A的繼電器，因為教室照明大都采用日光燈管，由于不是純電阻性負載需要有較大的容量；2 2 O V轉(zhuǎn)I 2 V、5 V電源選擇至少8W的220V/12V工頻變壓器，也可以選擇開關(guān)變壓器，但相對而言，采工頻變壓器元件數(shù)量少、穩(wěn)定性好。同一種功能也可以通過不同的技術(shù)實現(xiàn)，也可以將所述的USB/RS-485轉(zhuǎn)換器替換為RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器，以利用PC機RS-232的接口 ；所述的RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器可以替換為RS-485/GPRS無線轉(zhuǎn)換器和所述的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器可以替換為GPRS無線/ RS-485轉(zhuǎn)換器，以適應(yīng)校區(qū)太寬、2. 4G無線信號覆蓋不了的問題；或?qū)⑺龅腞S-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器可以替換為RS-485/433M無線轉(zhuǎn)換器和所述的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器可以替換為433M無線/RS-485轉(zhuǎn)換器，以適應(yīng)校區(qū)障礙物多時的信號覆蓋問題；也可將所述的RS-485接口替換為CAN接口總線技術(shù)，對于專業(yè)技術(shù)人員來說，是容易實現(xiàn)的。
權(quán)利要求1.一種教室照明節(jié)能集中控制系統(tǒng)包括硬件設(shè)備和軟件程序，其特征在于硬件設(shè)備包括安裝在監(jiān)控室的PC機、USB/RS-485轉(zhuǎn)換器、RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器，安裝在教學區(qū)的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器、教室照明節(jié)能控制器，還包括2. 4G無線中繼器；所述的PC機通過USB線與所述的USB/RS-485轉(zhuǎn)換器連接，所述的USB/RS-485轉(zhuǎn)換器通過雙絞線與所述的RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器連接，組成一個近程有線連接網(wǎng)絡(luò)；所述的RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器通過無線與所述的2. 4G無線中繼器、所述的教學區(qū)的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器連接，并組成一個無線網(wǎng)絡(luò)；單個教學區(qū)所述的2. 4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器與該教學區(qū)的N個所述的教室照明節(jié)能控制器通過雙絞線依次連接，并組成RS-485總線網(wǎng)絡(luò)。
2.按照權(quán)利要求I所述的教室照明節(jié)能集中控制系統(tǒng)，其特征在于所述的教室照明節(jié)能控制器包括微控制器MCU、RS-485接口、照度檢測模塊、一體化紅外接收模塊、繼電器組和2 2 O V轉(zhuǎn)I 2 V、5 V電源，還包括紅外遙控器。
3.按照權(quán)利要求I所述的教室照明節(jié)能集中控制系統(tǒng)，其特征在于所述的USB/RS-485轉(zhuǎn)換器可以替換為RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器，所述的RS-485/2. 4G無線轉(zhuǎn)換器可以替換為RS-485/GPRS無線轉(zhuǎn)換器或RS-485/433M無線轉(zhuǎn)換器，所述的RS-485接口可以替換為CAN 接口。
專利摘要一種教室照明節(jié)能集中控制系統(tǒng)，其特征是它由硬件設(shè)備和軟件程序構(gòu)成。硬件設(shè)備包括安裝在監(jiān)控室的PC機、USB/RS-485轉(zhuǎn)換器、RS-485/2.4G無線轉(zhuǎn)換器，安裝在教學區(qū)的2.4G無線/RS-485轉(zhuǎn)換器、教室照明節(jié)能控制器，在教學區(qū)分散較大的校園還包括2.4G無線中繼器，上述硬件設(shè)備組成有線和無線相結(jié)合的控制網(wǎng)絡(luò)。軟件程序包括嵌入在RS-485/2.4G無線轉(zhuǎn)換器、教室照明節(jié)能控制里的固件程序和安裝在PC機上的管理程序，該軟件程序?qū)崿F(xiàn)自動感光節(jié)能控制和集中控制的功能，并可實現(xiàn)能耗的概算。應(yīng)用該系統(tǒng)的有益效果是可以集中管理分散的教學區(qū)的教室照明燈具，達到節(jié)能的效果。
文檔編號H05B37/02GK202773121SQ20122021297
公開日2013年3月6日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者陳善榮 申請人:吉首大學