学士学位论文—-基于计算机视觉的教室节能系统
教室节能控制系统研究
科蕊科Ｉ技Ｉ论Ｉ坛教室节能控制系统研究张自友杨济豪（乐山师范学院物理与电子信息科学系，四川乐山６１４００４）摘要：基于ＡＴ８９Ｓ５２单片机设计的一个教室节能系统。
该系统有三种工作模式，夜间防盗、自习模式和上课模式。
系统日光灯受光线强度控制，电风扇受温度控制。
并通过红外光电传感器组检测教室人数。
自习模式下系统根据教室实际人数分组控制电风扇和日光灯。
关键词：ＡＴ８９Ｓ５２；红外光电传感器；节能１概述随着经济社会的发展，能源问题日益突出。
中国是个能源消费大国，随着．ｒ业化进程的加快，对能源的依赖性也越来越大，从而导致能源的缺口也随之增大。
因此。
在开发清洁环保的新能源的同时，节能也同时引起了人们的重视。
当Ｉｊｉ『在我国大部分学校。
尤其是高校，教室电能浪费现象非常普遍。
经常出现一座教学楼灯火通明。
而卜课上自习的学生寥寥无几。
如能有效的根据教室学生实际人数。
结合光线强度和温度智能对日光灯风扇实施控制，将有效的节约能源。
本系统是以节约能源的目的设计的。
系统能根据教室环境参数如、温度、光强、人数等．实现对日光灯、风扇、报警系统、上下课打铃的智能节能控制。
可以做这样的估算，假设一间教室一天能节约０．５度左右的电能，一个学校有２００个教室，一年大概能节约２万左右的电费，很有实际应用和推广价值。
２系统功能设计系统有三种工作模式：夜间防盗、自习模式和上课模式。
三种模式由系统时间确定，关系如表ｌ所示。
表１系统时间与模式切换关系燕萎堕壅蘧基』堡煎基自丑煎基时闻０：！淤∞８“：０：０铲－－掀１２：。
００１６２‘０：００一－－１４００：００００：００１８：００－－２３：００时闻２３：Ｏ卜…。
…．．‘Ｉ……Ｖ防盗模式：在此模式下系统自动启动红外报警装置来实行对整个教室的安全状况的监控。
当有人进入教室时警报器会自动启动发出报警声，保证教室财产安全。
上课模式：在此模式下不检测教室人效，光敏传感器、温度传感器工作。
系统根据温度控制风扇的歼关及档位，通过光敏传感器控制日光灯的开关。
高校教室照明节能智能控制系统设计
１ ． 讲 课 模 式 。由 于每 个 教 室 排 课 不
同， 通过上位机 Ｐ Ｃ软 件 将 对 应 课 表 下 载
到不同的教室 ， 将“ 有 课” 、 “ 无 课” 分 别 设
置为 “ ｌ ” 和… ０’ ， 存储 在下 位机 的 Ｆ Ｌ ＡＳ Ｈ 中［ ２ １ 。 下 位 机 则 处 于 定 时工 作 状 态 ， 每 堂
布情 况 ，实 现 教 室 内 不 同 区 域 的灯 光 开
关， 从 而 能 够 有效 节 省 电源 。 各个 教 室 中 的 下 位 机 以 时 间 作 为 启
传 感 器 检 测 到 有 效 信 号 ，系 统 判 断此 时
光 频 转 换 器 采 集 到 的光 强 ，如 果 高 于 设 定阈值 （ 光 线较 弱 ） ， 则 打 开 对 应 区 域 的 日光 灯 ； 如 果 低 于 阈值 （ 外界光线很 强 ） ， 无 论教 室 是 否 有 人 ， 都不开灯 ， 如 图 ３所
２ ． 自 习 模 式 。将 教 室 分 为 Ａ、 Ｂ、 ｃ、
正 中 放 置 一 个 人 体 感 应 传 感 器
过 网 络 控 制 各 个 教 室 中的 下 位 机 ，对 不 Ｄ 四个 区域 ， 如 图 ２所 示 ， 每 个 区 域 房 顶
来 实 现 灯 光 的 智能 开 、 关， 从 而 达 到 节 能
高校教室照 明节能智能控制系统设计
口 湖北武 汉科技大 学信息科学与工程学 院 谢一凡 陈华 丽 喻
摘 要 ：为 解 决 目前 大 学 教 室 灯 光 长 明
造 成 的 电量 浪 费 问题 ，提 出 了由 Ｍ Ｓ Ｐ ４ ３ ０ 单 片机 、光 频 转换 器 和 人 体 感 应 传 感 器 组 成 的 节 能 智 能控 制 系 统 ，通 过 合 理 安 排 时 间以及 综合处 理人体 和光 强信 号 ，
基于单片机的教室节能照明系统毕业论文
基于单片机的教室节能照明系统毕业论文目录摘要----------------------------------------------------------1 ABSTRACT--------------------------------------------------2 1.引言--------------------------------------------------------51.1本课题研究的意义----------------------------------------51.2国内外教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题------------51.3本课题研究的内容和目标----------------------------------7 1.3.1研究内容------------------------------------------7 1.3.2研究目标------------------------------------------71.4本课题拟解决的关键问------------------------------------82.教室灯光控制器简介及控制方案的分析---------------------82.1教室灯光控制器简介--------------------------------------82.2系统控制方案的分析--------------------------------------83.系统控制模块的硬件设计-----------------------------------93.1控制模块的硬件构成--------------------------------------93.2控制系统的主要硬件电路--------------------------- ------9 3.2.1系统主控电路-------------------------------------10 3.2.2在线编程模块电路---------------------------------10 3.2.3系统供电电路-------------------------------------11 3.2.4数据采集电路-------------------------------------123.2.5系统时钟电路-------------------------------------16 3.2.6系统看门狗电路-----------------------------------19 3.2.7继电器驱动接口电路--------------------------- ---21 3.2.8超时报警电路-------------------------------------214控制模块软件设计与开发-----------------------------------224.1系统监控主程序模块-------------------------------------23 4.1.1系统自检初始化-----------------------------------234.1.2定时中断处理-------------------------------------24 4.1.3多任务操作系统的构建-----------------------------244.2数据采集模块-------------------------------------------25 4.2.1人体存在传感器的优缺点---------------------------25 4.2.2数据采集软件设计的实现---------------------------25 4.2.3人体存在传感器的抗干扰措施-----------------------26 4.2.4人体存在传感器的安装要求-------------------------274.3时钟模块-----------------------------------------------27 4.3.1数据输入输出-------------------------------------27 4.3.2时钟内部寄存器的使用-----------------------------28 4.3.3时钟自检初始化-----------------------------------29 4.3.4时钟程序设计-------------------------------------304.4显示驱动模块-------------------------------------------304.4.1 ULN2803驱动器的应用-----------------------------32 4.4.2显示程序设计-------------------------------------324.5系统键功能---------------------------------------------33 4.5.1键功能处理程序-----------------------------------335系统调试运行及问题分析-----------------------------------345.1单片机系统调试方法及步骤-------------------------------34 5.2出现的主要问题及分析解决-------------------------------356.结论和建议-------------------------------------------------366.1结论---------------------------------------------------366.2建议---------------------------------------------------377.致谢--------------------------------------------------------38 参考文献-----------------------------------------------------39附图A--------------------------------------------------------40附图B -------------------------------------------------------41附录一 ------------------------------------------------------42 附录二-------------------------------------------------------441.引言1.1本课题研究的意义随着社会经济和科学技术的发展，人们的生活水平也不断提高，导致用电负荷的加剧，又由于世界性的能源危机，能源缺乏已成为世界所面临的严峻问题。
教室节能系统设计毕业设计说明书
内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）题目：教室节能系统设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
基于图像识别的教室照明节能控制系统
基于图像识别的教室照明节能控制系统作者：娄德燕尹爱兵金若愚来源：《科技视界》2020年第19期摘要针对高校教室照明用电浪费问题，在分析教室照明节能现状的基础上，提出一种基于图像识别教室人员信息与光照自动感应相结合的照明节能控制系统，利用摄像头采集教室图像，运用HOG+SVM的人头识别算法与背景差进行人数识别，再结合教室光照感应系统，实现照明的节能控制，做到人在灯亮，人走灯灭。
关键词图像识别;照明;控制系统中图分类号： TP391.41;TU113.66 ; ; ; ; ;文献标识码： ADOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2020.19.052目前高校教学楼主要依赖人工管理，经常存在“长明灯”现象，教室的电能资源浪费严重。
为节能减排，低碳环保，高校也开展了丰富多彩的主题教育活动，但仍没有从根本上解决能源浪费问题。
随着教育信息化技术的发展，数字化校园的建设，利用机器视觉技术识别教室人员信息，再利用光照传感器获取教室环境参数，最后由嵌入式设备融合处理，能实现对不同场景的灯光进行自动切换，实现照明节能控制。
1 系统总体设计方案目前高校教室主要依赖人工管理，由于教室多，个别学生自觉性与自我管理较差，教室照明经常存在以下现象：（1）正常开灯后，人走忘记关灯，导致灯常亮;（2）教室光线较差时开灯，光线正常时没有主动关灯;（3）教室人员分布不均，统一开灯，无人区域灯亮。
这些可以关灯的情景没有关灯，导致能源浪费。
为实现以上场景自动关灯，本文提出一种基于图像识别与光线自动感应的智能照明管理系统，既可以通过教室控制面板人工控制灯的亮灭，也可以通过机器视觉的人数识别与光照感应，根据光照强度与人员位置信息开关灯光的智能控制方案，实现了人走灯灭，减少了能源浪费，实现了节能控制，实现方案如图1所示。
系统主要由摄像采集、图像识别、光照感知、控制处理、照明开关等5个部分组成。
为方便教室人工控制照明，在教室墙壁上悬挂触摸式控制面板，照明控制器根据控制面板的输入指令控制每一个灯光的亮灭。
基于图像处理的教室节能控制系统
【 关键词 】智能教 室 人脸检 测 图像采集 计
位机 串口的数据 ，定时存放到数据库 中，也可
（ ４ ） 单 电 源 工 作， 宽 供 电 电 压 范
算机视 觉
以记录采集到 的响应数据和对下位机发 出控制 围 ： ２ ． ７ ～ ６ Ｖ ，具备掉电功能 命 令来控制 教室 的设备 。当然 ，系统还可 以查 （ ５ ）绝对输出频 率容 限为 ２ ０ ％；
一
线总线” 接 口的一种高精度 单总线温度传感器 ，
它把温度 信号直接转换成 串行数字信 号提供给
测到室 内光线强度高于此值是， 自动关闭灯的 电源 ；当室 内光线强度低于此值时，系统根据
微控制器进行处理，并且可根据 实际需要通过 人脸检测统计的人数来确定是否开灯。当教室 简单的编程实现一位数字量的转换。具有测量 中的总人数 小于 ｌ ０人时 ，只打 开一个 区域 的
ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ ｃ － Ｈ－ ６ ． ０中编 写 的程 序 ，通 过 串 口采 集 下
元 件 。其 特 点 是 ：
（ １ ）不 需要外接元件 即可完成高分 辨率 的光照度 ／ 频率转换 ； （ ２ ）灵敏度和满度输 出频率可编程调整；
（ ３ ）直 接 微 处 理 器 接 口 ；
态 进 行 远 程 监 控 ， 以便 及 时 了解 室 内状 况 。
各个领域 。本设计采用其作为教室温度采集传
感器，分 别在教 室的四个角落 的上方放置 。在
室 内温 度 超 出预 定值 时 ， 自动 开 启 电风 扇 进 行
散热。
３ 位 置检 测 及 人 数 统 计 方 法
本设 计利 用摄像 头 阵列采 集室 内 图像 ，
规 定 的教 师 和 一 般 阅 览 室 光 照 度 的标 准值
机器视觉技术下的教室照明节能控制系统开发和应用
2020.11随着社会经济水平的不断提高和信息时代的不断发展,机器视觉技术应运而生,在教室照明节能控制系统开发中体现出非常重要的应用价值,不仅可以实现该系统的信息化和一体化建设,还可以实时检测室内人员分布情况,直接控制教室照明灯的开关,从而最大化节约教室照明灯用电量。
因此,如何科学利用机器视觉技术实现对教室照明节能控制系统的开发和应用是相关软件开发人员必须思考和解决的问题。
1系统硬件的设计与实现1.1总体框架教室照明节能控制系统在设计开发的过程中,首先,要做好对系统硬件总体框架的设计,该系统硬件主要由以下模块组成,(1)图像采集模块,(2)计算机监控模块,(3)电气控制模块,四是教室电气线路。
该系统硬件总体框架示意图如图1所示。
其中,图像采集模块主要用于对监控设备所需图像信息的采集以及[1],以实现视频图像的正常传输;监控计算机主要安装在学校教室楼,具有视频录像、视频监控、识别室内人员数量、控制照明灯开关灯等功能;电气控制模块主要是在应用单片机的基础上进行设计的[2],主要用于对监控计算机内部相关信息的接收和获取,并根据这些信息,对教室内部的照明灯的开关进行直接控制;教室电气线路主要用于对教室内部现有电气线路的改装,从而实现电气线路的智能化、自动化控制。
相关软件开发人员要严格按照图1所示的系统硬件总体框架进行设计与开发,以保证该系统硬件的运行性能,为后续设计与开发系统软件打下坚实的基础。
1.2图像采集模块及监控计算机图像采集模块在具体实现的过程中,主要应用了C103E 摄像头,该摄像头主要参数:PAL 制式,有效像素数(pix)752×582NTSC 制式,有效像素数(pix)768×492该摄像头需要安装在教室的左前方位置,同时,为了降低成本,采用教学楼现有的监控线路完成对视频信号的传输。
教室照明节能控制系统的开发对计算机的性能和配置提出了很高的要求,因此,软件开发人员在具体的开发工作中,要更换新的计算机设备,该计算机的主要配置信息为:双核处理器两个,运行主频数达到2.20GHz,内存达到1067MHz。
基于MSP430单片机的多功能教室节能控制系统的研究毕业论文.doc
毕业论文（设计）基于MSP430单片机的多功能教室节能控制系统的研究学生姓名：学号：系别：电气工程系专业：电子信息科学与技术指导教师：评阅教师：论文答辩日期答辩委员会主席摘要本课题主要是以高校教室对电能的严重浪费和教学管理的漏洞为主要研究目的，设计了基于RS485和总线的教室控制系统以达到节约用电和教学管理的合理化。
本文主要运用电子技术、自动控制技术、网络技术和相关软件，设计了一套基于总线的智能教室控制系统，整个系统由“教室检测控制单元—RS485通讯线—楼层显示控制单元—CAN总线—中央计算机单元”构成，智能教室控制系统通过传感器实现了对教室的温度、学生人数、照明亮度、使用状态的监测与显示，对现在教室电能的浪费进行了合理的控制与管理。
本文主要是选用MSP430单片机、红外传感器、温度传感器、光敏传感器等器件进行仿真。
本文主要是将单片机技术与网络技术合理的组合在了一起，本系统包括了硬件与软件设计的结构、功能、实现方式等。
最后运用了组态王KingView6.5构建了一个多功能教室节能控制系统。
本章主要为大家介绍的是教室检测控制单元。
关键词：MSP430单片机，CAN，RS485，网络技术，组态王KingView6.5AbstractThis topic mainly with the college classroom vulnerability to electric energy waste and teaching management as the main research objective, the design of RS485 and fieldbus control system in order to save the classroom with rational electrical and teaching management based onThis paper mainly uses the electronic technology, automatic control technology, network technology and related software, design a set of intelligent classroom bus control system, the whole system is made up of "classroom control unit - RS485 communication line - floor display control unit and CAN bus - central computer unit" intelligent classroom control system achieved through sensor the temperature, the number of students, the brightness of the lighting, the use of state monitoring and display of the classroom, the classroom now waste of electric energy is the control and management of reasonable.This paper is mainly used MSP430 microcontroller, infrared sensor, temperature sensor, a light sensor and device simulation.This paper mainly is the combination of MCU technology and network technology, reasonable together, this system includes hardware and software design of the structure, function, realization methods.Finally, using the KingView6.5 configuration software to build a multifunctional classroom energy-saving control systemThis chapter mainly introduces the classroom detection control unit.Keywords:MSP430, CAN, RS485, network technology, application of KingView6.5目录摘要 (I)Abstract ....................................................................................................................................... I I 1绪言1.2国内概况 (1)1.3智能照明控制系统的优越性 (1)1.3.2改善学习时间，提高学习效率 (2)2 系统设计方案的研究 (3)2.1系统的总体设计方案 (3)2.1.2楼层显示控制单元 (4)2.1.3中央计算机单元 (5)2.1.4通讯网络 (5)2.2系统实现功能 (5)2.2.1教室检测控制单元数据的采集 (5)2.2.2教室远程端控制功能 (5)2.2.3显示功能 (5)2.3系统的整个工作过程 (6)3 教室检测控制单元的设计与实现 (7)3.1教室检测控制单元的器件选择 (7)3.2教室检测控制单元数据的采集与处理 (8)3.2.1光照信号的采集与处理 (8)3.2.2红外数据的采集与处理 (11)3.2.3非接触IC卡数据采集与处理 (14)3.2.4按键设计 (17)3.3温度控制部分的设计 (18)3.3.1系统设计框图及功能实现 (18)3.3.2单元电路原理图 (19)3.3.3 系统程序设计 (22)4总结与展望 (29)4.1总结 (29)4.2展望 (29)致谢 (30)参考文献 (31)1绪言本章阐述了多功能教室节能控制系统的研究背景，现状以及发展方向，明确指出了我国对于节能方面所面临的问题。
计算机视觉技术在智能能源管理中的应用方法与经验
计算机视觉技术在智能能源管理中的应用方法与经验随着人工智能技术的不断发展，计算机视觉技术已经成为智能能源管理中的重要组成部分。
计算机视觉技术可以通过对摄像头捕获的图像进行分析和处理，实现对能源系统的监测和控制。
本文将介绍计算机视觉技术在智能能源管理中的应用方法和经验。
首先，计算机视觉技术可以应用于能源系统的监测与预测。
通过布置摄像头和使用图像处理算法，可以实时监测能源系统中的设备运行状态和能源利用情况。
例如，可以利用计算机视觉技术对太阳能发电系统进行监测，实时分析光伏组件的工作状况，以及天气条件对发电效率的影响。
同时，通过数据分析与模型预测，可以对能源系统未来的能源需求和能源生产进行准确预测，从而提前做出能源调度的决策。
其次，计算机视觉技术可以应用于能源系统的异常检测与诊断。
利用计算机视觉技术，可以监测能源系统运行过程中的异常情况，例如设备损坏、漏电等问题。
通过对摄像头拍摄的图像进行分析，可以及时发现并报警异常情况，从而避免能源系统的意外故障和安全事故的发生。
此外，计算机视觉技术还可以对异常情况进行诊断和定位，通过比对图像数据库中的标准图像，快速判断并定位故障点，提高故障排除的效率和准确度。
再次，计算机视觉技术可以应用于能源系统的智能控制与优化。
通过利用计算机视觉技术进行图像识别和分析，可以对能源系统的运行状态进行实时监测和控制。
例如，可以利用计算机视觉技术对建筑物内的照明进行智能控制，根据光线强度和人员活动情况自动调节照明亮度和工作时间，从而节约能源并提高工作环境舒适度。
此外，计算机视觉技术还可以应用于能源系统的优化调度，通过对能源系统运行过程的实时监测和分析，自动调整能源的分配和使用，实现能源的最优利用。
最后，为了实现计算机视觉技术在智能能源管理中的应用，还需要解决一些挑战并积累经验。
首先，需要建立完善的图像数据库，并开发高效准确的图像处理算法和模型，以提高计算机视觉的识别精度和速度。
其次，需要结合其他传感器与技术，构建多元信息融合的能源系统监测和控制平台，提高能源管理的综合效果。
基于机器视觉技术的教室照明节能控制系统
； 修订日期 ：２ 收稿日期 ：２ ０ １ １ ０ ７ ２ ８ ０ １ １ ０ ９ ２ ９ － － － － ） ； 华南农业大学博士启动基金项目 （ ） 基金项目 ： 广东省科技计划基金项目 （ ２ ０ １ １ Ｂ ０ ２ ０ ３ ０ ８ ０ ０ ９ ４ ５ ０ ０ １ ０ ０ ５ ６ －Ｋ ， 男 ， 广东广州人 ， 博士 ， 讲师 ， 研究方 向 为 电 子 与 信 息 技 术 应 用 ； 李 骈 臻 （ ， 男， 广 东 佛 山 人， 研 究 方 作者简介 ： 李震 （ １ ９ ８ １ １ ９ ８ ９ －） －） ， 男 ， 广东佛山人 ， 研究方 向 为 计 算 机 图 像 处 理 ； 颜 旭 （ ， 男， 广 东 茂 名 人， 研 究 方 向 为 电 向为计算机图像处理 ； 邹绍源 （ １ ９ ８ ８ １ ９ ８ ９ －） －） ， 男 ， 广东梅州人 ， 博士 ， 教授 ， 博士生导师 ， 研究方向为机电一体化和信息技术应用 。 子线路设计 ；＋ 通讯作者 ： 洪添胜 （ １ ９ ５ ５ －） ： Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｔ ｓ ｈ ｏ ｎ ｃ ａ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ ＠ｓ ｇ
０ 引 言
学校是重要 的 用 电 大 户 ， 其 用 电 量 占 社 会 总 用 电 量 的 ３ ０％ 以上 ， 而教室 用 电 量 在 学 校 的 用 电 总 量 中 又 占 有 较 大 比例 。 为解决教 室 照 明 用 电 浪 费 问 题 ， 教 学 单 位 采 取 的 节 能措施主要 包 括 ： 加 强 节 能 意 识 宣 传 、 规 范 教 室 用 电 相 关
基于机器视觉技术的教室照明节能控制系统
李 震 ， 李骈臻 ， 邹绍源 ， 颜 旭 ， 洪添胜 ＋
（ ） 华南农业大学 工程学院 ， 广东 广州 ５ １ ０ ６ ４ ２
基于PLC的教室节能系统的设计
基于PLC的教室节能系统的设计【摘要】教室智能照明控制系统的作用是在保证教室正常照明的前提条件下，利用PLC自动控制的方法对日光灯的亮灭实行智能控制从而达到节能的效果，同时也有效地延长了灯具的使用寿命。
【关键词】智能；照明；控制；PLC；自动；节能智能照明控制系统在节能和节省灯具使用的同时，有效节省了电费与管理费用的支出。
根据一般的教学大楼使用的经验来看，节能效果能达到40%以上，一般的商场、酒店、地铁站等节能效果也能达到25%-30%；1.方案的拟定1.1 设计要求教室智能照明控制系统的作用是在保证教室正常照明的前提条件下，利用PLC自动控制的方法对日光灯的亮灭实行智能控制从而达到节能的效果，同时也有效地延长了灯具的使用寿命。
1.2 总体设计方案2.硬件设计2.1 选择PLC类型系统的设计要从保证系统的可靠性、实用性和可扩展性等方面入手。
本控制系统采用可靠性和可扩展性很好的西门子S7-200PLC系列的PLC作为控制器，对于每个教室输入点主要来自以下四个方面：启动开关、停止开关、体存在传感器和光电传感器；输出点主要输来自每个教室五个区域的灯。
根据输入输出点数选择CPU224模块，每个教室有13点输入，5点输出。
用人体存在传感器和光电传感器作为检测装置来检测教室中是否有人和教室的光照强度。
运用扩展模块EM235将信号输入到PLC中，控制系统的框图如上图所示。
2.2 数据采集电路教室中的环境光和人体存在与否是系统的主要输入参数，因此教室中的环境光和人体存在成为系统数据采集的主要对象。
常见的环境光采集器件光电传感器有光敏二极管和光敏三极管，根据需求，选用灵敏度较高的光敏三极管。
此外，人体传感器要求灵敏度高，可靠性强，本系统采用了逻辑电平输出的HP-208型号的人体存在传感器。
2.2.1 环境光采集电路光电传感器是一种能够将光转换成电量的传感器。
采用的光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。
基于单片机的教室节能控制系统设计研究
基于单片机的教室节能控制系统设计研究
基于单片机的教室节能控制系统设计研究
摘要:目前,高校教室照明系统存在严重电能资源浪费现象,在这种背景下对高校教室现有的能源资源调配管理系统进行技术升级改造研究就显得非常重要。
本文设计了一套基于单片机和CAN总线的高校教学楼教室节能控制系统,通过传感器将教室内部的光照强度、人员数量等信号数据采集到单片机系统中,由单片机实现教室灯光等资源的合理调配节能经济控制管理,从而达到节电节能经济运行的技术升级改造目的。
关键词:单片机高校教室节能降耗
按照教室等公共区域的照明设计规范可知,教室照明功率密度通常按照10W/m2进行设,也就是说如果一个标准教室按照96m2进行设计,则按照其照明系统从早晨8点到晚上9点正常运行13个小时,每个教室每个教学年度按160kw·h,整个学校共有210间教室进行计算,如果采用相关先进控制技术手段将其照明系统的节电能力提高30%,则全年大约可以节约电能资源2.28×105kw·h,如果按照单位电能0.5元进行计算,则全年可以节约电费额为12万元左右,而且上述估算分析中还没有考虑教室照明系统的线损、灯具使用寿命等因素,因此,对教室照明系统等进行节能技术升级改造,其所获得的经济效益十分可观,是学校教室建筑节能降耗研究的一个重要内容。
1 教室灯光节能控制器控制简介。
基于计算机视觉和自动化的智能教室无人检测断电系统设计
基于计算机视觉和自动化的智能教室无人检测断电系统设计李宇圣;汤熠
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2023(31)3
【摘要】随着义务教育的普及和社会经济的发展,全国学校的数量越来越多,各传统高校也更加注重新校区扩建,而这也直接导致了灯光照明等的耗能成本增加,加之学生人走关灯的节能意识不强,高校在电能方面的开销占比逐年递增。
本文设计了基于计算机视觉和自动化的智能教室无人检测断电系统,用于解决教室照明用电浪费问题,此系统在充分利用教室已有的摄像头资源基础上,运用计算机视觉技术识别教室人物的高精准图像,当检测到室内无人时,控制教室电器自动关闭,以此达到节约电力资源的目的。
【总页数】4页(P112-115)
【作者】李宇圣;汤熠
【作者单位】南华大学计算机学院
【正文语种】中文
【中图分类】G63
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基于机器视觉技术的教室照明节能控制系统
基于机器视觉技术的教室照明节能控制系统李震;李骈臻;邹绍源;颜旭;洪添胜【期刊名称】《计算机工程与设计》【年(卷),期】2012(33)4【摘要】In order to solve the energy waste problem of classroom lightening, a classroom lightening energy-saving control sys tem based on machine vision techniques is designed and developed. People inside a classroom could be identified from surveillance video using the superposition of frame difference and sectional convergence based background difference algorithms at the system's monitoring computer. Lightening equipments within the classroom could be lightened or shut down according to the room personnel situation. The system hardware is composed of image acquisition module, monitoring computer, electrical control module and classroom electrical wiring. The system software is developed using MATLAB and could be divided into five parts as image acquisition, image processing, serial transmission, graphical user interface and data base according to their functions. Room personnel detection accuracy experimental results indicate that: averaged system detection time is 0. 2s, the frame speed limit for personnel detection is five frames per second, when the video frame did not contain and included personnel, the system's room personnel detection accuracy is 100% and 93%, respectively.%为解决教室照明用电浪费问题,设计和制作了基于机器视觉技术的教室照明节能控制系统.该系统在监控计算机端采用帧差分与分段收敛的背景差分叠加法从监控录像中识别教室人员,并根据室内人员情况控制教室照明设备的开启或关闭.系统硬件主要由图像采集模块、监控计算机、电气控制模块及教室电气线路等4部分组成；系统软件基于Matlab开发,按功能可分为图像获取、图像处理、串口双向传输、图形用户界面及数据库等5部分.室内人员检测实验结果表明,系统识别平均耗时0.2s,进行实时室内人员识别的帧速上限为5帧/s；当图像中不包含和包含人员时,系统对室内人员的检测准确率分别为100％和93％.【总页数】5页(P1648-1652)【作者】李震;李骈臻;邹绍源;颜旭;洪添胜【作者单位】华南农业大学工程学院,广东广州510642;华南农业大学工程学院,广东广州510642;华南农业大学工程学院,广东广州510642;华南农业大学工程学院,广东广州510642;华南农业大学工程学院,广东广州510642【正文语种】中文【中图分类】TP391【相关文献】1.基于AT89S51和RE200B的教室照明节能控制系统设计 [J], 王军敏;卫亚博2.基于电力线载波的教室照明灯节能控制系统设计 [J], 杨秀增;蒋志年;韦树贡;3.基于单片机的高校教室照明节能智能控制系统的设计 [J], 伍世云;罗江;王益艳;范开敏4.基于图像识别的教室照明节能控制系统 [J], 娄德燕;尹爱兵;金若愚5.机器视觉技术下的教室照明节能控制系统开发和应用 [J], 刘娣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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基于计算机视觉的教室灯节能装置一、设计背景当今社会资源短缺，但是电能的浪费仍然很严重，尤其是在高校等一些公共场所。
据内蒙古工业大学调查分析发现，许多学生白天在天气情况良好的情况下，将教室内的灯打开，而走的时候却不关闭。
两三个人上自习时，却把教室的灯全打开，造成了很大程度的浪费。
经过最后统计，5个教学区一个月浪费电能15416.4度，折合人民币18512.6元。
学校1学年（10个月）仅电费就要花掉300多万元，而1年仅教学楼就浪费18万元之多。
所以及时有效的解决人走灯亮，人少灯多的问题为当务之急【1】。
二、方案设计2.1 方案分析与论证针对教室等一些公共场所照明灯电能的大量浪费的现象，目前的解决方法主要有2种：（Ⅰ）、利用远红外智能控制开关技术，将人体的温度作为检测目标，当人进入其探测区域时，红外传感器将人体与空间温度的差值传递给信号处理系统，从而实施对控制电路的驱动与否，实现对控制对象的具体控制。
优点是实现了室内无人灯自灭的效果；其缺点是，1.当环境温度接近人体温度时，灵敏度急剧下降；2.对静止物不能探测，因此，在高要求的学习、办公场合，如人员相对静止时间，超过开关延时计数时间，智能开关则会自动关闭，引起照明器具频闪，影响学生学习【2】。
（Ⅱ）、利用光优先技术，根据光照调节，其功能表现在教室自然光或空间照度达标时，不管室内有无人员，必须5秒钟内强制性地关闭照明，不支持强迫开启，以达到节能效果。
这种技术的缺点就在于：1.它没有考虑教室节能的主体因素——人的作用，没有人的时候它也可能开灯；2.测试空间范围太大，如果室内一部分（例如：向阳面）光照达标，却无法自动关灯，未能做到最大程度上的节能【2】。
正是针对上述两种技术的缺陷，我们确定一套节能方案，利用计算机视觉技术根据教室内人数和位置对亮灯的区域及时做出调整，同时配备可以支持人工控制的按键装置，达到了在相当大的程度上节省电能的实际效果。
2．2．系统方案设计图2.1 整体方案设计流图本装置在物理组成上包括四部分，主控处理器、信息采集器、键盘输入器、模式选择器。
首先我们对此装置进行数据信息的初始化，根据此装置所应用的场所的实际情况将其分成四个控制区域（A区、B区、C区、D区）。
然后应由用户（老师或管理员）通过模式选择器自行选择人工开灯和自动开灯两种模式中的一种。
在人工控制模式下，由用户利用键盘输入器自行控制灯具的亮灭状态。
系统设定人为模式会持续一段合理时间（此时间数据由用户自行输入，例如大学上课时间一般应启用人工开灯模式，此数据设为110分钟较为合理）。
在自动控制模式下，我们先根据光照传感器采集的信息来判定当前光照情况，如果此照度已经达到国家标准，我们不支持灯具开启；若未达到国家标准，我们便采用数字摄像头OV9650对教室内的信息进行图像采集。
然后我们使用ARM9芯片S3c2440在基于嵌入式Linux操作系统上移植的OpenCV视觉识别技术对采集到的图像进行人体目标识别，当系统显示发现人体目标时，将通过Zigbee无线数据传输技术控制继电器自动开启A区的灯具，然后系统将每隔一段时间对室内信息进行采集分析，返回目标个数及其所在位置，直到系统检测到A区目标个数达到设定值时我们将开启B区，以同样过程依次开启C区和D区，在此过程中如果检测到某区域的目标个数为零，将自动关闭此区域灯具，做到灯因人而开，最终达到节能的目的。
三、硬件系统设计与介绍本系统选用三星公司的ARM9芯片S3c2440作为处理器，图像采集部分采用数字摄像头OV9650，数据传输部分及终端控制部分选取支持ZiGbee协议同时内嵌8051内核的CC2430。
图3.1 系统硬件结构3.1 基于S3c2440的硬件平台为了确定人体目标在教室的相对位置，需要对采集的图像进行快速准确的分析，这要求系统有较快的处理速度，同时需要一些支持图像处理的算法。
这里选用三星公司的ARM920T内核的芯片S3c2440，其包含MMU内存管理单元，可以运行嵌入式Linux操作系统，还有专用的CAMERA接口。
由于运行嵌入式Linux操作系统时，Linux内核与其文件系统需要大量的存储空间，所以这里需要外扩大量的外部存储空间。
这里同时选取NAND Flash和NORFlash ，因为程序不可能在NAND Flash 运行，这里再选择SDRAM 与之相配【3】。
图3.2 SDRAM 与S3C2440接口电路NAND Flash 具有体积小，存储单元密度高，写入和擦除速度快且最高可达一百万次，制造过程简单，价格较低等优点。
NOR FLASH 的特点是可以再片内运行程序，但其写入和擦除速度慢，价格相对较高。
故这里选择NOR FLASH 存储系统启动代码，NAND FLASH 作为主要存储器件。
3333212223图3.3 NAND FLASH 与s3c2440接口电路He ad er 33N 0图3.4 NOR FLASH 与S3C24440接口电路SDRAM 与FLASH 相比具有掉电不保存数据的缺点，但其读写速度远高于FLASH 存储器件。
当系统启动后将FLASH 中的程序代码及相关数据映射到SDRAM 中，提高运行速度。
3.2 图像采集模块本系统基于计算机视觉技术，需要根据室内图像信息，得到室内人数及位置以做出正确的分析和处理，最终控制灯的亮灭。
这里选择OV9650 COMS 型影像传感器的数字摄像头模组，通过S3C2440的CAMERA 接口实现教室内图像信息的采集。
CMOS 型摄像头模组是先进、节能、小巧的高精度相机的内置式组件，该数字摄像头模组把实现优质VGA 影像的CMOS 影像传感器与高度集成的影像处理器、嵌入式电源和高质量的透镜组结合在一起，输出JPEG 图像或视频图像。
同时支持8/10位数字传输JPEG 图像和YCbCr 接口。
由于具有高度集成的特点，该数字摄像模组不再需要配备任何外部器件，实现起来电路简单【4】。
图3.5 OV9650数字摄像头接口电路3.3 Zigbee 无线数据传输当对室内信息处理完毕后要将控制命令发给控制终端，实现灯的开启与熄灭。
这里采用TI 公司支持Zigbee 协议的CC2430芯片，实现控制命令的无线传输，避免了在室内布线的繁琐。
ZigBee 模块中RF （射频）收发器采用射频收发模块采用UZ2400芯片，微处理器采用8051芯片。
RF 收发器是ZigBee 设备的核心，任何ZigBee 设备都要有RF 收发器。
它与用于广播的普通无线收发器的不同之处在于体积小，功耗低，支持电池供电的设备。
它主要进行信号的调制与解调、发送和接收等。
微处理器通过SPI 总线与RF 收发器相连，主要用于处理射频信号、控制和协调各部分器件的工作，通过串口与外部设备之间进行通信。
ZigBee 模块还包括存储器、晶振、天线、串口等器件【5】，如图3.6所示。
图3.6 Zigbee 无线通信模块图3.7 CC2430最小系统图3.4 执行控制模块由于这里需要用5V弱电来控制220V强电开启或熄灭日光灯，所以这里采用控制继电器的方式，控制日光灯。
由于CC2430芯片中集成了8051核，可以利用它来控制继电器实现。
这样既节省了成本又提高了使用率。
具体实现方式如下：1、正常工作模式在正常模式下终端控制系统，接收上位机发送过来的控制命令，控制相应的继电器导通或关闭，实现灯的开启与熄灭。
2、非正常模式当上位机出现异常时，例如：没有控制命令发送。
则通过矩阵键盘可以人为地控制此终端，实现灯的开启与熄灭。
图3.9 按键及光照检测电路四、软件设计我们需要对采集的图像进行快速准确的分析，但是在裸机条件下实现的难度较大而且开发周期长，所以在这里我们选用在Linux 系统下调用OpenCV 开源计算机视觉库中相应的算法的方案来实现。
为了保证应用软件的正常运行，首先要构建软件的运行环境即移植嵌入式Linux 操作系统和OpenCV 开源计算机视觉库。
这里Linux 内核选择2.6.12版本，OpenCV 选择1.0.0版本。
P 1_44.1 移植嵌入式Linux系统介绍Linux是一款高性能、源代码开放且应用成熟的操作系统。
其体积小、可裁减等特点使其可以作为嵌入式操作系统使用。
在这里使用的是Linux2.6.12内核，通过对其源代码的修改及重新修改，使其能够工作在这里使用的硬件平台上。
当代码修改完成后，编译Linux2.6.12内核源码，使其生成压缩的内核映像zImage。
然后构建文件系统，当文件系统制作完成后，利用mkyaffsimage工具生成文件系统生成系统镜像文件。
最后利用JTAG将bootloader到FLASH中，再利用DNW软件工具将压缩的内核映像文件zImage和文件系统的镜像文件分别下载到FLASH相应的分区中。
完全下载完毕后重新上电，系统开始运行【6】。
如下图所示：图4.1 Linux系统移植流程图4.2 软件设计介绍在主控部分使用嵌入式Linux操作系统，并移植OpenCV开源计算机视觉库，通过机器学习使系统自动识别摄像头采集到的图像信息中的人体对象目标，并返回当前图像中的目标个数及其相对的位置。
图4.2 主控端软件设计框图图4.3主控端应用程序设计流程图4.2.1 系统信息初始化由于教室有上课和自习两方面功能，一般上课时应该由人工控制相应灯具的启闭状态，自习时需要系统根据光照程度和室内人数自动控制灯具启闭。
人工控制模式要求我们为用户（老师或者是管理员）配备一个模式选择器，他们应该根据自身教室的要求通过键盘输入器控制相应的灯区，系统设定人为模式会持续一段合理时间（此时间数据由用户自行输入，例如大学上课时间一般应启用人工开灯模式，此数据设为110分钟较为合理）。
自动控制模式要求在初始化时给定区域坐标以便系统自动分区。
由于用户应用此设备的场所以及摄像头的摆放位置不同会导致相对坐标不同，这将直接影响到实际确定人体位置的效果，所以在初次启用此设备前，用户需要对其做简单的测试工作，以确定实际区域位置与图像中像素点对应的坐标值，以供此设备获取相对坐标，对控制区域进行自动分区工作。
相对坐标的确定方法如下：（1）、测试工作：支配三名人员分别坐在教室的第一排、中间一排和最后一排，启动摄像头，拍摄图片。
（2）、获取相对坐标：处理器获取图片信息，根据测试人员所在的位置进行记录，获得其像素坐标(设为：（x1,y1）（x2,y2）（x3,y3）)。
（3）、自动分区：本图像大小为800×600，分区时以四条直线：x=400;y=y1;y=y2;y=y3为分界线，以中间分成的四区域为检测控制区域。
如图4.6所示：（）图4.4 自动分区效果图4.2.2 室内信息采集在由用户选定人工控制模式和自动控制模式中的一种后，如果是人工控制模式则应由用户利用键盘输入器自行控制灯具的亮灭状况，如果是自动控制模式，我们将根据光照传感器采集的信息来判定当前光照情况，如果此照度已经达到国家标准，我们关闭灯具开关，否则我们便采用数字摄像头OV9650对教室内的信息进行图像采集。