南昌大学大学生创新训练项目申请书

编号：南昌大学大学生创新训练项目申请书项目名称：高校教室、宿舍智能照明控制系统□一般项目项目类别：□重点项目学院名称：机电学院项目组成员：赵灿、刘榆华、伍雨辰导师姓名：朱洪涛填表日期：2012年4月13日南昌大学教务处制二〇一二 年三月南昌大学大学生创新训练项目项目名称

高校教室、宿舍智能照明控制系统申请经费

起止时间

年 月至

年 月项目类别□一般项目□重点实验项目项姓名年级所在院系、专业联系电话E-mail目刘榆华二年级机电学院材成102班负申责人请及团赵灿四年级机电学院机制086班项队目组成员姓名朱洪涛职务/职称所长/教授导电话师姓名职务/职称电话E-mail一、申请理由（包括自身具备的知识条件：自己的特长、兴趣等）二、立项背景（研究现状、趋势、研究意义等，参考文献和其他有关背景材料）在全国大力倡导建设节约型社会的今天， 节能减排已经成为社会关注的热点。 伴随着各高校招生规模的迅速扩大， 新教学楼和宿舍迅速增建， 教室宿舍用电需求也越来越大， 学生的用电管理也需重新重视。目前，我国高校教室灯光管理绝大多数依赖于手控。 同学们很少有人走关灯的意识； 加上教室数量多，管理员无法对每间教室都实施及时的控制， 常常出现教室无人时灯亮着， 光线充足时也开灯的“长明灯”等现象，造成了不必要的电能浪费和经济损失。以我校为例，就公共教学区来说，粗略统计大约有30000盏灯，假定每盏灯36W，除去一年三个月的假期，按每天灯亮仅8小时计算,我校一年的用电量就达到万度，依照现行电价元/度，学校在教学楼用电上就要支出约万元。若将此数据扩大到全市、全省乃至全国众多所高等院校，这样的耗费将是多么的惊人！除此之外，宿舍用电量也不容小觑。学生宿舍楼一般采用两部分供电：一部分是公共区，即走廊、厕所、洗漱间等，全天供电，这使得厕所、洗漱间通常点彻夜灯；另一部分是学生学生宿舍，每天定时送电定点断电。不少宿舍同学在上床睡觉之前忘记关灯。这导致第二天一大早，灯就亮着。这不仅严重影响学生的睡眠更导致了电的浪费。所有的这些使得传统的电管系统与当前的节能减排口号背道而驰。提到照明节能，最容易让人联想到的是节能灯具，将普通灯具更换为节能灯具无疑是最简便的节能方案。但是长明灯仍然是我们不想看到的浪费现象，另外，节能灯价格是普通灯具的几倍，让学校大规模的进行更换代价太大，而且换下的普通灯具也将造成另一种浪费，这种方案对于我国大多数高校来说不够现实。试想我们在更换节能灯的基础上再加入对教室灯光的智能控制，那节能效果岂不是更好？因此，开发一套简便、实用的教室、宿舍灯光智能控制系统便具有重要的现实意义。综合照明、自动化控制、计算机技术、电力电子技术和网络技术等,通过充利用自然光来减少人工照明带来的能源消耗，又尽可能做到人性化将是智能照明控制系统的发展趋势。常见的智能照明控制系统有：①Dynalite智能照明控制系统，该系统主要由调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、编程插口、时钟管理器、手持式编程器和PC监控机等部件组成。采用DyNet网络连接，DyNet是一个分布式智能化网络， 使用RS-485通讯协议。② C-Bus智能照明控制系统， C-Bus系统是一个二线制的总线型式的智能控制系统，系统所有的单元器件 (除电源外)均内置微处理器和存储单元，由一对信号线 (双绞线)连接成网络。每个单元都设置唯一的单元地址并用软件设定其功能， 通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立相互对应的联系。 当有输入时，输入单元将其转变为 C-Bus信号在C-Bus系统总线上广播， 所有的输出单元接收并做出相应的判断， 控制相应的回路输出。③ ABBi-busEIB 智能安装系统， EIB智能系统由总线、总线电源、智能传感器(光线传感器、模糊开关、时间控制器、移动传感器)、智能开关驱动器和其他智能元件(逻辑模块总线耦合器)构成。每个元件就是一个节点，这些节点连接在一根2芯双绞线介质的总线上，不分主从隶属关系实现相互之间的通讯从而实现控制和被控制。三、项目方案教室灯光控制系统基于单片机控制的教室智能灯光控制解决了传统人工灯光控制无法及时开关灯等带来的电能浪费问题，做到了手动与自动控制相结合，实现了对教室照明的智能管理。当自然环境光强高于一定值时，无论教室人是否存在都不开灯；当自然环境光强低于一定值且教室有人存在时，系统控制开启电灯，直到人离开后再延时一定时间后再关灯。与此同时，还要按作息时间来控制，夜晚超过x点（根据学校具体作息时间），若还有人存在，则关闭自动控制器的运行，改用遥控器或机械开关来手动控制。本系统主要由软件和硬件两大部分组成。在控制方面上，以时间作为启动和关闭系统的依据，以光强及人体信号作为系统启动后开关灯的判断标准。在工作时间内，如有模式信号输入则系统进入相应的模式；若无则进入自习模式。不在工作时间，如有手动信号输入，则根据手动任务的设定运行；若无则关闭所有的灯。从硬件上说，系统通过人体检测模块芯片、光强检测模块芯片等进行数据采集，为准确控制教室照明提供了较为可靠的数据依据。本系统以每个教室为单元，再对单元进行区域划分，在每个区域内分别安装光强传感器和人体感应传感器，这些传感器不停的将采集的数据发送到系统进行判断，综合室内光强大小、人员情况，决定开启或关闭哪些区域的灯。这样就从根本上解决统一开关灯的浪费问题。另外，系统预置有不同的工作模式供用户根据不同需要选择使用，如多媒体模式、讲课模式、自习模式等；且各模式之间实现自动切换，使操作使用更加便捷。系统设有强制开关，可以强制开关任意一组灯，使系统更加人性化。系统还加入了密码控制，以增加系统运行的安全性。系统控制的三个依据光照度依据：国家于2004年12月1日颁布实施的《建筑照明设计标准GB50034—20049规定教室、阅览室的照度值应不低于300lx。根据此规定系统选择300lx作为照度的最小阈值，即教室内光照度小于300lx时，若教室有人，就打开相应区域的灯；大于300lx，无论是否有人都不开灯。但是只选取一个照度下限作为光照度的控制依据是不够的。系统在检测光照度时，仪器检测的是环境中自然光与灯光的照度之和，就是说当系统检测到光照度小于300lx时，就会打开灯对环境光进行补偿；但灯打开后，光照度自然会大于300lx，系统便会依据光照度大于300lx，而关闭教室中本该打开的灯；这样就会导致控制出现紊乱，不停的开灯关灯，致使系统无法使用。为了杜绝此类事情的发生，需要在光照度的控制标准上加入一个控制上限，还需要在软件编程时加入一个开灯标志位。在系统初始化时，将每个区域对应的开灯标志位置0，若某个区域的光照度小于300lx，在打开该区域的灯的同时将该区域的开灯标志位置1，也就是说开灯标志位为1就说明该区域的灯已经打开，此时，只要光强小于光照强度上限则不关灯。因为光照度是自然光和灯光的照度之和，灯光的照度为一定值，只要阈值上限不大于灯光的照度加上300lx；就说明自然光照度仍低于300lx，仍需要开灯；若是在灯打开的情况下，总照度大于阈值上限，则关闭日光灯。光强传感器一般安装在教室内避开灯直射的位置，且人体传感器安置时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直，这样可使人体存在信号采集更加灵敏、可靠，并且还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感器，以免造成误判断。人数依据：为了使系统达到更好的节能效果，防止因人员分布过于分散而打开过多的灯，在探测过程中我们不单是要获取人体存在信号而是还要获取各区域中的所坐人数信号。只有这样我们才能对各区域的人数进行比较打开人数较多区域的灯。那么一个区域坐多少人算多呢？这就需要我们设定一个值——人数阈值y(该值的选取要根据系统安装教室的具体情况来定)来在数量上给出一个开灯的人数标准。有了这个标准我们的控制系统便可以更好的根据人数信号参数来控制日光灯的开闭。达到每个人都能在亮灯区域找到位置的目标。时间依据：考虑到学校都规定有开关教室的时间，在教室关门之后教室是不会有人的，所以在系统控制中加入时间控制作为开启关闭系统的依据之一。在系统的工作时间期间，系统根据各种信号的输入，完成相应的控制模式；在非工作时间，在有强制信号输入的情况下，系统根据手动信号做出相应反应，否则系统将自动关闭。学生宿舍灯光控制系统基于单片机的学生宿舍灯光控制系统解决了由于学生睡前忘记关灯导致凌晨日光灯开启影响学生睡眠的问题。 学生宿舍灯光控制系统实时监控寝室用电量， 在寝室可用电量低于值时发出信号，提醒学生及时购电，避免寝室突然停电带来不必要的麻烦。系统同时监测寝室日光灯的工作状态，如灯具出现损坏等情况，把信息发送到楼栋管理员处，以便物业管理人员及时修理。以每个教学楼每个宿舍楼为单位建立无线发射点，基于我校无线网覆盖的优势，将教室模块和宿舍模块连接在同一个总机上，形成一个智能灯光控制网络，随时随地控制我校教室宿舍的照明系统。在紧急情况下（如发生火灾），总机可以强制性的对教室宿舍的灯光进行整体开与关或者直接的对某个教室某个宿舍进行单个控制。 总机还可与供电部门、 物业公司相连。当某些宿舍电量低于一定值时， 供电部门将宿舍号发给总机， 总机接受后再通过无线网开启这些宿舍内的低电量指示灯亮， 提醒学生宿舍人员及时的缴费。 当接受到哪些地区某些灯不正常工作，总机第一时间将这些信息发给物业公司，督促物业公司及时解决问题。PTR2000是一种新型的超小型，低功耗，高速率的无线收发数传模块，其通信速率最高可达 20kbit/s, 也可以选择其它的传输速率，如 4800bit/s ，9600bit/s ，输出功率可达+10dbm，特别是在设计时电路较简单，对原有的电路修改少 所用的外围元件较少，编码简单，抗干扰性强，灵敏度高，可以满足无线管制的要求，且无须使用许可证，是无线数传的理想选择。我们可以利用 PTR2000来设计无线收发模块。 对于接收电路，由于PTR20