基于近紅外探測技術的教室照明節能控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電子應用的技術領域，具體涉及一種基于近紅外探測技術的教室照明節能控制系統。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的革新和社會經濟的發展，人們的生活水平不斷提高，用電負荷也不斷加劇，又由于世界性的能源危機，能源匱乏已成為世界所面臨的嚴峻問題。目前不必要的燈光照明所引起的電能損失已成為當今能源浪費的重要組成部分。對燈光的節能智能控制，國內外己經開始大面積采用，但對教室燈光的控制，尤其是我國教室燈光的控制系統仍舊非常缺乏，依然是傳統的人工管理方式。隨著各類大、中專院校不斷擴招，教室不斷擴建，教室的用電負荷也大大加大，教室用電管理不善，造成學校電能浪費，經濟損失，這種浪費與當今的節約能源理念相違背，因此提高教室用電效率就成為我們首要考慮的問題。另夕卜，隨著現代生產技術自動化程度的不斷提高，計算機技術的普及，燈光的管理也在朝著自動化、智能化方向發展。例如樓道燈光的自動控制等等。所有這些使得教室燈光控制也應該朝著智能的方向發展。于是，開發簡便、實用的教室燈光自動控制系統便具有重要的現實意義。
[0003]關于教室節能自動控制系統的設計，例如綜合人體紅外感應器、環境溫濕度、光照強度傳感器設計的教室節能系統，系統的輸入參數主要是教室內人體是否存在信號、環境溫濕度、光照強度等特征信息當量，即在教室檢測到有人存在時，結合環境溫濕度、環境光照等外部因素，動態判斷是否開啟燈光系統以及照明燈具相互節能匹配方案等；當環境光照等滿足教室照明規范需求時，就會控制燈具不打開，即只有當教室內存在學習人員且外部環境光照強度參數達到某種閾值條件以下時，計算合理調節的照明燈具開啟匹配方案，達到教室照明燈光高效節能穩定運行的效果。
[0004]隨著計算機和圖像處理技術的發展，機器視覺應用系統，包括數字圖像處理技術、機械工程技術、自動控制技術、光源照明技術、光電成像技術、傳感器技術、模擬與數字視頻技術、計算機軟硬件技術、人機接口技術等，廣泛應用于交通監測、汽車制造、醫學影像等領域。基于已有視頻監控設備進行節能控制設計是近年來興起的一個新的研宄方向，監控設備根據人員情況、光線強弱、空氣溫濕度等信息，自動開啟或關閉空調、照明及通風設備。目前大多數教室安裝了視頻監控設備，從攝像頭采集內教室圖像，通過圖像處理可獲取室內人員的位置和數量的信息，根據該信息控制照明設備，在不影響教室正常使用的同時實現節能的目的。但由于教室為公共場所，人員流動比較頻繁，照明燈的開關導致光環境并不穩定，因此設計穩定高效的節能控制系統具有重要意義。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型要解決的技術問題是提供一種基于近紅外探測技術的教室照明節能控制系統，。
[0006]本實用新型的技術方案是:一種基于近紅外探測技術的教室照明節能控制系統，包括信號處理與控制單元、紅外圖像采集單元、光強感應單元和溫度測量單元；所述紅外圖像采集單元、光強感應單元和溫度測量單元分別與信號處理與控制單元的輸入端相連接，信號處理與控制單元的輸出端與日光燈組相連接。
[0007]所述紅外圖像采集單元為紅外攝像頭。
[0008]所述紅外攝像頭為主動近紅外攝像頭，主動近紅外攝像頭前設置有近紅外帶通濾波片。
[0009]所述近紅外帶通濾波片的工作波段為800nm-1000nm。
[0010]所述光強感應單元為光敏傳感器件。
[0011]所述光敏傳感器件為光強感應電阻。
[0012]所述溫度測量單元包括熱敏電阻。
[0013]所述信號處理與控制單元為DSP芯片。
[0014]本實用新型紅外圖像采集單元通過紅外攝像頭采集教室內的圖像，將獲得的數字圖像傳輸給信號處理與控制單元進行處理分析，確定教室內人員的位置和統計數量，通過數量統計防止教室內人員過于分散而多開燈，達到節能的目的；光強感應單元通過光敏傳感器件采集室外光照強度，溫度測量單元采集室內溫度，將采集的信息傳輸給信號處理與控制單元，信號處理與控制單元對其處理運算，計算出教室內對應區域的日光燈開關的控制信號，同時通過室內光強信息和溫度信息來自動調節教室內的人員分布密度，保證教室內人員健康用眼和人體舒適度的同時，節約用電。因此，本實用新型具有結構簡單、安裝方便、識別效率高、抗干擾性強、人性化等優點，既能達到節能的目的，還可以保證教室內人員健康用眼和人體舒適度。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的原理結構示意圖。
[0016]圖2為本實用新型紅外圖像采集單元的結構示意圖。
[0017]圖3為本實用新型背景差分法的圖像處理流程圖。
[0018]其中，I為帶通濾波片，2為成像透鏡，3為孔徑光闌，4為面陣CXD。
【具體實施方式】
[0019]下面通過【附圖說明】和實施例具體說明一下本實用新型。
[0020]一種基于近紅外探測技術的教室照明節能控制系統，如圖1所示，包括信號處理與控制單元、紅外圖像采集單元、光強感應單元和溫度測量單元；紅外圖像采集單元、光強感應單元和溫度測量單元與信號處理與控制單元的輸入端相連接，信號處理與控制單元的輸出端與日光燈組相連接。
[0021]紅外圖像采集單元為紅外攝像頭，紅外攝像頭為主動近紅外攝像頭，主動近紅外攝像頭前設置有近紅外帶通濾波片I，近紅外帶通濾波片I的工作波段為800nm-1000nm，只有帶寬為SOOnm-1OOOnm的光才能通過，即只允許近紅外波段的光透過，可防止背景燈光變化帶來的干擾。
[0022]如圖2所示，紅外攝像頭包括成像透鏡2、孔徑光闌3和面陣(XD4。孔徑光闌3設置在成像透鏡2后端，由多片可活動的金屬葉片組成，可以調節使中間形成的圓孔變大或縮小，以達到控制通過光量的大小。面陣CCD4位于孔徑光闌3的后端，可以同時接受一幅完整的光像。
[0023]光強感應單元為光敏傳感器件，光敏傳感器件為光強感應電阻CdSe。光強感應單元作為系統自動開啟和關閉的觸發器。光強感應單元通過強感應電阻CdSe采集室外光照強度，并將采集的數據傳輸到信號處理與控制單元。溫度測量單元包括熱敏電阻，熱敏電阻來測量室內溫度。
[0024]信號處理與控制單元采用DSP芯片，包括信號處理單元和信號控制單元。信號控制單元與教室內日光燈組相連接，從而到達對日光燈組的控制。信號處理單元接收主動近紅外攝像頭拍攝的圖像和光強感應單元、溫度測量單元分別測量的室外光照強度和室內溫度，并進行處理，最后將處理的數據傳輸給信號控制單元。
[0025]其中，識別教室內人員目標的圖像處理算法，如圖3所示，具體為:背景差分，即通過實時采集當前幀圖像與背景幀進行圖像減法運算；然后經圖像濾波去噪、二值化、反相操作、數學形態學運算后提取出教室內人員目標的輪廓圖像，確定人員分布位置并統計人員數量，按需求亮燈，即打開有人區域的燈，關閉無人區域的燈，減少不必要的開燈，防止教室內人員過于分散帶來的電能浪費。
[0026]信號處理單元中存儲有標準學習的環境光照度，并與接收的光強感應單元測量的室外光照強度相比較。當測量的室外光照強度比較強即室外自然光線足以保證室內光線照度不低于人正常學習所要求的光照度時，將信息出送給信號控制單元，信號控制單元熄滅教室內所有燈，且系統調整為低功耗的休眠狀態，節約用電。當測量的室外光照強度低于標準學習的環境光照度時，系統重啟，開始正常運行節能控制。
[0027]信號處理單元接收熱敏電阻測量的室內溫度，室內人員分布情況會影響到室內溫度場的分布，室內溫度分布情況信息傳送到信號處理與控制單元，自動開啟教室內的照明，從而調節室內人員的分布密度，防止教室內人員過于分散而多開燈的情況，保證教室內人員健康用眼和人體舒適度，達到節約用電的目的。
[0028]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種基于近紅外探測技術的教室照明節能控制系統，其特征在于包括信號處理與控制單元、紅外圖像采集單元、光強感應單元和溫度測量單元；所述紅外圖像采集單元、光強感應單元和溫度測量單元分別與信號處理與控制單元的輸入端相連接，信號處理與控制單元的輸出端與日光燈組相連接。
2.根據權利要求1所述的基于近紅外探測技術的教室照明節能控制系統，其特征在于，所述紅外圖像采集單元為紅外攝像頭。
3.根據權利要求2所述的基于近紅外探測技術的教室照明節能控制系統，其特征在于，所述紅外攝像頭為主動近紅外攝像頭，主動近紅外攝像頭前設置有近紅外帶通濾波片。
4.根據權利要求3所述的基于近紅外探測技術的教室照明節能控制系統，其特征在于，所述近紅外帶通濾波片的工作波段為800nm-1000nm。
5.根據權利要求1所述的基于近紅外探測技術的教室照明節能控制系統，其特征在于，所述光強感應單元為光敏傳感器件。
6.根據權利要求5所述的基于近紅外探測技術的教室照明節能控制系統，其特征在于，所述光敏傳感器件為光強感應電阻。
7.根據權利要求1所述的基于近紅外探測技術的教室照明節能控制系統，其特征在于，所述溫度測量單元為熱敏電阻。
8.根據權利要求1所述的基于近紅外探測技術的教室照明節能控制系統，其特征在于，所述信號處理與控制單元為DSP芯片。
【專利摘要】本實用新型公開一種基于近紅外探測技術的教室照明節能控制系統，包括信號處理與控制單元、紅外圖像采集單元、光強感應單元和溫度測量單元；所述紅外圖像采集單元、光強感應單元和溫度測量單元分別與信號處理與控制單元的輸入端相連接，信號處理與控制單元的輸出端與日光燈組相連接。本實用新型紅外圖像采集單元通過紅外攝像頭采集教室內的圖像，確定教室內人員的位置和統計數量，防止教室內人員過于分散而多開燈，達到節能的目的；光強感應單元采集室外光照強度，溫度測量單元采集室內溫度后，計算出教室內對應區域的日光燈的控制信號，其結構簡單、安裝方便、識別效率高、抗干擾性強、人性化，既能節能，又保證教室內人員健康用眼和人體舒適度。
【IPC分類】H05B37-02
【公開號】CN204425714
【申請號】CN201520020901
【發明人】張防震, 王海軍, 炊昆, 劉志民, 張恩賓, 李世欽, 焦青云, 何漢華
【申請人】河南財政稅務高等專科學校
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年1月13日