專利名稱：教室照明節能集中控制系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于照明控制領域，特別是ー種教室照明節能集中控制系統。
背景技術：
目前，教室照明節能控制技術有采用紅外熱釋傳感器和光敏傳感器而設計的單點節能控制的控制器，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，容易誤觸發開燈和關燈，頻繁地開關對日光燈管損壞比較嚴重，其次單點節能控制器不便于集 中管理。有采用圖像識別技術，通過旋轉云臺照相，識別教室內的人員分布控制開燈、關燈的技術，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ー種采用主動式近紅外直射辨向探測技術動態檢測教室的實際人數，根據教室人數的多少分區域開燈，采用磁敏傳感技術檢測座位上是否有人，通過微控制器控制區域的照明，該發明存在傳感器數量相對較多，安裝施工不方便和穩定性不好的缺陷。公告號為CN201303451Y的中國實用新型專利公開了ー種教室照明節能控制器通過對環境光檢測、人體存在檢測，根據作息時間控制燈光驅動電路的工作，存在誤觸發的缺陷。公告號為CN201479424U的中國實用新型專利公開了ー種自適應照明節能智能網絡終端控制器，其主控模塊通過電カ載波模塊連接到網絡服務器、地址模塊配置主控模塊的地址、路燈控制模塊控制燈具，但該發明不適合教室照明的具體要求。教室照明節能的具體要求是一、照明燈具布設一般可分為5組講臺燈，從外窗(自然采光好)到里窗(自然采光差)根據教室面積布設2至5列燈具，當列數多時，可將中間2列、最里的2列燈具作為ー組同時控制，一般情況下根據自然光的強弱，講臺燈常明、里窗邊的燈比外窗邊的燈亮燈時間長；ニ、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，應支持由任課老師手動控制；四、整棟教學樓或ー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能控制系統還應支持在控制網絡失效時，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、能夠對教室照明耗電量進行概算或計量。現有的發明沒有針對教室照明節能的所有具體要求設計節能控制器。本發明的目的是g在按照所述教室照明節能的所有具體要求，提供ー種結構簡單、性能可靠、成本較低的教室照明節能集中控制系統。

發明內容
為了達到上述教室照明節能的具體要求，本發明采用的技術方案是
本發明的教室照明節能集中控制系統包括硬件設備和軟件程序。其特征是硬件設備包括安裝在監控室的PC機、USB/RS-485轉換器、RS-485/2. 4G無線轉換器，安裝在教學區的2. 4G無線/RS-485轉換器、教室照明節能控制器，在教學區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實現，也可以將所述的USB/RS-485轉換器替換為RS-232/RS-485轉換器，以利用PC機RS-232的接ロ ；所述的RS-485/2. 4G無線轉換器可以替換為RS-485/GPRS無線轉換器和所述的2. 4G無線/RS-485轉換器可以替換為GPRS無線/ RS-485轉換器，以適應校區太寬、2. 4G無線信號覆蓋不了的問題；或將所述的RS-485/2. 4G無線轉換器可以替換為RS-485/433M無線轉換器和所述的2. 4G無線/RS-485轉換器可以替換為433M無線/RS-485轉換器，以適應校區障礙物多時的信號覆蓋問題；也可將所述的RS-485接ロ總路線技術替換為CAN接ロ總線技術。各設備之間的物理連接關系如下所述的PC機通過USB線與所述的USB/RS-485轉換器連接，所述的USB/RS-485轉換器通過雙絞線與所述的RS-485/2. 4G無線轉換器連接，組成ー個近程有線連接網絡；所述的RS-485/2. 4G無線轉換器通過無線與所述的2. 4G無線中繼器、所述的教學區的2. 4G無線/RS-485轉換器連接，并組成ー個無線網絡；單個教學區所述的2. 4G無線/RS-485轉換器與該教學區的N個所述的教室照明節能控制器通過雙絞線依次連接，并組成RS-485總線網絡。當所述的USB/RS-485轉換器替換為RS-232/RS-485轉換器后，PC機與RS-232/RS-485轉換器通過3線制串ロ連接；當所述的RS-485/2. 4G無線轉換器替換為RS-485/GPRS無線轉換器、所述的2. 4G無線/RS-485轉換器替換為GPRS無線/ RS-485轉換器、所述的RS-485/2. 4G無線轉換器替換為RS-485/433M無線轉換器、所述的2. 4G無線/RS-485轉換器替換為433M無線/RS-485轉換器、所述的RS-485接ロ替換為CAN接ロ時、連線方式不變。所述的教室照明節能控制器包括微控制器MCU、RS-485接ロ、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絡、所述的無線網絡和所述的RS-485總線網絡，集中監測并控制所述的教室照明節能控制器的繼電器組的開關狀態；一旦所述的近程有線連接或所述的無線網絡或所述的RS-485總線網絡出現故障，不能從PC機集中監測并控制所述的教室照明節能控制器的繼電器組的開關狀態時，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能控制器進行控制其繼電器組的開關狀態；安裝在PC機上的軟件記錄各教室照明節能控制器的各個繼電器的開關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。本發明的有益效果
1、根據教務部門的排課安排表自動控制教室照明供電，根據教室內自然光強弱自動開關分組燈，達到自動控制和節能的效果；
2、根據多媒體教學教室照明的特殊要求和在控制網絡故障時，可以通過紅外遙控器控制講臺燈亮滅和教室照明供電，避免教學事故的發生；
3、教室照明節能控制器具有記憶先前開燈/關燈狀態的功能，減少網絡通信數據量，避免通信延遲造成的不利影響；
4、本發明結構簡單、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是本發明的拓撲圖。附圖2是本發明的教室照明節能控制器功能框圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的實施例做進ー步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護范圍。本發明的教室照明節能集中控制系統包括硬件設備和軟件程序。附圖I展示了本發明實施例的硬件設備拓撲結構，主要分為兩個區域監控室和 教學區，當教學區離監控室的距離超過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。安裝在監控室的PC機上運行監控程序，該監控程序以輪詢的方式查詢安裝在教室內的教室照明節能控制器的繼電器的開關狀態，并將一定時間間隔里的每ー間教室的基本信息、繼電器開關狀態信息和每個繼電器的負載信息存入數據庫，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)，并報告各教室內教室照明節能控制器的エ作狀態是否離線，以便維修技術人員及時修理；監控程序以定時的方式檢索課程教學安排表和自習安排表，根據這兩個表的信息對相應教室內的教室照明節能控制器發出開關繼電器的指令，如上午第2、3節課間、下午第6、7節課間、晚上第8、9節課間，在早上開始上課前30分鐘根據上述兩表對每間教室的教室照明節能控制器發出開燈指令，中午下課后30分鐘、晚上下課后30分鐘對所有教室照明節能控制器逐個發出關燈指令；開燈和關燈指令是ー間教室、ー間教室逐個發送的，可以避免大電流沖擊電閘和照明設備。PC機與USB/RS-485轉換器通過USB總線連接，也可以將USB/RS-485轉換器替換成RS-232/RS-485轉換器，更換后PC機與RS-232/RS-485轉換器通過3線或9線串ロ線連接。USB/RS-485轉換器或RS-232/RS-485轉換器的主要功能是實現信號電平的轉換，選擇合適的接ロ芯片設計電路，并從芯片廠商獲取設備驅動程序，安裝到PC機即可工作，這兩種轉換器目前市面上有現成的產品，如果自己設計，RS-485接ロ芯片可選擇MAX481E/MAX483E/ MAX485E/MAX487E/MAX488E/MAX489E/MAX490E/MAX491E/MAX1487E 等型號，RS-232接ロ芯片可選擇MAX232CSE、MAX3232等型號。USB/RS485轉換器與RS-485/2. 4G無線轉換器通過雙絞線連接，RS-485/2. 4G無線轉換器可以安裝在房頂等位置比較高的地方，便于無線信號的發射、使其傳輸距離更遠。RS-485/2. 4G無線轉換器需要嵌入控制程序，該嵌入的控制程序主要任務是接收從PC機傳來的指令，將該指令重新打包，發送到2. 4G無線中繼器和安裝在教學區的2. 4G無線/RS-485轉換模塊，和將從2. 4G無線中繼器或安裝在教學區的2. 4G無線/RS-485轉換模塊發來的數據重新打包后轉發給PC機。該轉換器硬件設計需要選擇合適的單片機、RS-485接ロ芯片和2. 4G無線收發模塊。單片機可選擇STCll系列帶準雙串ロ的芯片，RS-485接ロ芯片可選擇MAX485等芯片，2. 4G無線收發模塊可選擇以NORDIC公司的NRF24L01芯片為基礎而設計的模塊。監控室的RS-485/2. 4G無線轉換器通過無線方式與安裝在教學區的2. 4G無線/RS-485轉換器相連接，該兩個設備功能是ー樣的，只是無線模塊的地址不同，嵌入固件程序時需注意。安裝在教學區的2. 4G無線/RS-485轉換器與教室照明節能控制器通過雙絞線相連接，各教室內的教室照明節能控制器之間也通過雙絞線連接，該RS-485總線網絡能夠聯接的設備數量受RS-485芯片選型的限制，最多可聯接128個設備(選擇MAX487或MAX1487吋)，其它RS-485接ロ芯片只能連接最多32個設備。附圖2展示了教室照明節能控制器的內部模塊結構，包括RS-485接ロ、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I 2 V、5 V電源，還包括紅外遙控器。該教室照明節能控制器需要嵌入固件程序，該固件程序的主要任務是檢測一體化紅外接收模塊是否有有效的指令輸入，有效的指令是開關講臺組燈和開關教室所有組燈；檢測RS-485接ロ是否有有效的地址、指令輸入，有效地址是本教室照明節能控制器的唯一地址，有效指令是開燈、關燈、狀態查詢，當接收到狀態查詢指令時，微控制器將繼電器開關狀態連同地址通過RS-485總線發回給PC機；微控制器MCU獲取照度檢測模塊信息，根據此信息自動控制繼電器組的開關狀態，實現自動節能控制。教室照明節能控制器的硬件設計設備選型優選方案MCU選擇STCll系列準雙串ロ芯片；RS-485接ロ芯片可選擇MAX485 ;照度檢 測可選擇光電ニ極管或光電三極管，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I 2 V、5 V電源選擇至少8W的220V/12Vエ頻變壓器，也可以選擇開關變壓器，但相對而言，采エ頻變壓器元件數量少、穩定性好。同一種功能也可以通過不同的技術實現，也可以將所述的USB/RS-485轉換器替換為RS-232/RS-485轉換器，以利用PC機RS-232的接ロ ；所述的RS-485/2. 4G無線轉換器可以替換為RS-485/GPRS無線轉換器和所述的2. 4G無線/RS-485轉換器可以替換為GPRS無線/ RS-485轉換器，以適應校區太寬、2. 4G無線信號覆蓋不了的問題；或將所述的RS-485/2. 4G無線轉換器可以替換為RS-485/433M無線轉換器和所述的2. 4G無線/RS-485轉換器可以替換為433M無線/RS-485轉換器，以適應校區障礙物多時的信號覆蓋問題；也可將所述的RS-485接ロ替換為CAN接ロ總線技術，對于專業技術人員來說，是容易實現的。
權利要求
1.一種教室照明節能集中控制系統包括硬件設備和軟件程序，其特征在于硬件設備包括安裝在監控室的PC機、USB/RS-485轉換器、RS-485/2. 4G無線轉換器，安裝在教學區的2. 4G無線/RS-485轉換器、教室照明節能控制器，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轉換器連接，所述的USB/RS-485轉換器通過雙絞線與所述的RS-485/2. 4G無線轉換器連接，組成一個近程有線連接網絡；所述的RS-485/2. 4G無線轉換器通過無線與所述的2. 4G無線中繼器、所述的教學區的2. 4G無線/RS-485轉換器連接，并組成一個無線網絡；單個教學區所述的2. 4G無線/RS-485轉換器與該教學區的N個所述的教室照明節能控制器通過雙絞線依次連接，并組成RS-485總線網絡。
2.按照權利要求I所述的教室照明節能集中控制系統，其特征在于所述的教室照明節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I 2 V、5 V電源，還包括紅外遙控器。
3.按照權利要求I所述的教室照明節能集中控制系統，其特征在于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絡、所述的無線網絡和所述的RS-485總線網絡，集中監測并控制所述的教室照明節能控制器的繼電器組的開關狀態；一旦所述的近程有線連接或所述的無線網絡或所述的RS-485總線網絡出現故障，不能從PC機集中監測并控制所述的教室照明節能控制器的繼電器組的開關狀態時，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能控制器進行控制其繼電器組的開關狀態；安裝在PC機上的軟件記錄各教室照明節能控制器的各個繼電器的開關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。
4.按照權利要求I所述的教室照明節能集中控制系統，其特征在于所述的USB/RS-485轉換器可以替換為RS-232/RS-485轉換器，所述的RS-485/2. 4G無線轉換器可以替換為RS-485/GPRS無線轉換器或RS-485/433M無線轉換器，所述的RS-485接口可以替換為CAN 接口。
全文摘要
一種教室照明節能集中控制系統，其特征是它由硬件設備和軟件程序構成。硬件設備包括安裝在監控室的PC機、USB/RS-485轉換器、RS-485/2.4G無線轉換器，安裝在教學區的2.4G無線/RS-485轉換器、教室照明節能控制器，在教學區分散較大的校園還包括2.4G無線中繼器，上述硬件設備組成有線和無線相結合的控制網絡。軟件程序包括嵌入在RS-485/2.4G無線轉換器、教室照明節能控制里的固件程序和安裝在PC機上的管理程序，該軟件程序實現自動感光節能控制和集中控制的功能，并可實現能耗的概算。應用該系統的有益效果是可以集中管理分散的教學區的教室照明燈具，達到節能的效果。
文檔編號H05B37/02GK102665350SQ201210146758
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月14日 優先權日2012年5月14日
發明者陳善榮 申請人:吉首大學