CN216600155U - 一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，涉及自动化控制技术领域，其技术方案要点是：包括光线检测模块、人体检测模块、单片机控制模块以及灯光控制模块。首先监测室内的光线强度，再根据超声波传感器信号的中断次数及先后判断进出人数，并统计室内的现有人数；接着在光线强度超出预设阈值时生成系统启动信号，并在系统启动信号生成后根据现有人数的分布区间生成相应的控制信号；最后响应于控制信号后驱动对应数量的灯光回路启动。可根据进出教室的人的数量、教室内外的光线强度变化，对教室内的照明装置的开启实现智能化控制，在保证照明要求的前提下，降低了电力浪费。

Description

一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统

技术领域

本实用新型涉及自动化控制技术领域，更具体地说，它涉及一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统。

背景技术

科技高速发展、能源问题日益突出，以及各高校在经历快速扩招后，在校学生规模迅速增加，教学楼数量剧增，随之带来的问题就是教室电能的极大浪费以及教室公共管理的困难。教室传统的灯光控制系统主要是依靠手动开关对照明配电箱进行通断操作，或是通过串联接触器实现远距离控制。管理过程中教室传统的管理方法多依靠人工管理，但学生自觉意识较低，未能养成随手关灯的习惯；学生离开教室后管理人员未能及时关闭灯光；或者一个教室只有几个人，而教室灯光却是全部开启，这与现在提倡创建的资源节约型、环境友好型社会的理念背道而驰。此外，无法实时展现教室现有人数，会增加安全隐患，也为教室管理增加了难度。因此许多高校希望实现教室管理智能化，为能源节约及实现教室内人数统计。

实用新型内容

为解决现有技术中的不足，本实用新型的目的是提供一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，可根据进出教室的人的数量、教室内外的光线强度变化，对教室内的照明装置的开启实现智能化控制，在保证照明要求的前提下，降低了电力浪费。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，包括光线检测模块、人体检测模块、单片机控制模块以及灯光控制模块；

所述光线检测模块、人体检测模块的输出端均与单片机控制模块的输入端连接，单片机控制模块的输出端与灯光控制模块的输入端连接；

所述光线检测模块，用于监测室内的光线强度；

所述人体检测模块，用于根据超声波传感器信号的中断次数及先后判断进出人数，并统计室内的现有人数；

所述单片机控制模块，用于在光线强度超出预设阈值时生成系统启动信号，并在系统启动信号生成后根据现有人数的分布区间生成相应的控制信号；

所述灯光控制模块，用于响应于控制信号后驱动对应数量的灯光回路启动。

进一步的，所述光线检测模块包括稳压电路和光强度传感器；

所述稳压电路采用稳压芯片XC6206，光强度传感器采用光强度数字转换芯片TSL2561；

所述稳压芯片XC6206将单片机控制模块中第一单片机的+5V工作电压降为3.3V后为光强度数字转换芯片TSL2561供电。

进一步的，所述人体检测模块包括升压电路、超声波发射电路、超声波接收电路和信号转换电路；

所述升压电路，用于将单片机控制模块中第一单片机的+5V工作电压转为9V为超声波发射电路提供工作电压；

所述超声波发射电路，用于在工作电压9V下产生40KHz的超声波；

所述超声波接收电路，用于不断接收发射来的超声波；

所述信号转换电路，用于将超声波接收电路中的模拟信号转换为数字信号后发送到第一单片机中。

进一步的，所述所述单片机控制模块采用配置有第一单片机、电源电路、晶振电路以及复位电路的最小单片机系统，第一单片机采用STC89C52芯片。

进一步的，所述灯光控制模块包括多个继电器以及与继电器一一对应的照明灯；

所述继电器响应于控制信号后控制所在灯光回路中的照明灯启动亮起。

进一步的，所述继电器的输入端IN通过第一开关与单片机控制模块的输出端连接。

进一步的，所述照明灯的一端与相应继电器的公共端COM连接，另一端通过单刀双掷开关分别与常闭端口NC、常开端口NO连接。

进一步的，该系统还包括无线通信模块和远程终端；

所述单片机控制模块通过无线通信模块与远程终端连接；

所述远程终端，用于对单片机控制模块输出的现有人数进行显示。

进一步的，所述无线通信模块采用型号为CC2530的射频模块，射频前端采用型号为C2591的射频前端芯片，CC2530的射频模块为基于ZigBee协议的无线射频终端。

进一步的，所述远程终端配置有第二单片机、通信接口模块和显示屏；

所述通信接口模块采用RS232通信接口；

所述通信接口模块将第二单片机接收的现有人数传输至显示屏所在的上位机，并以显示屏进行展示。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提出的一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，可根据进出教室的人的数量、教室内外的光线强度变化，对教室内的照明装置的开启实现智能化控制，在保证照明要求的前提下，降低了电力浪费；

2、本实用新型分为手动模式和自动模式；手动模式下，工作人员通过第一开关手动控制灯光；自动模式下，该系统通过光线强度传感器监测室内光线强度，并通过人体检测模块中的超声波传感器信号中断次数及先后，判断进出人数并统计室内现有人数，以及第一单片机根据室内光照强度以及人员数判调节室内点亮的灯带数目；

3、本实用新型的第一单片机将室内人数数据经无线通信模块传输后进行展示，实现了室内现有人数的自动化统计与显示。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1是本实用新型实施例中的工作原理图；

图2是本实用新型实施例中光线检测模块的电路图；

图3是本实用新型实施例中人体检测模块的电路图；

图4是本实用新型实施例中单片机控制模块的电路图；

图5是本实用新型实施例中灯光控制模块的电路图；

图6是本实用新型实施例中无线通信模块的原理图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1、光线检测模块；2、人体检测模块；3、单片机控制模块；4、灯光控制模块；5、无线通信模块；6、远程终端。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例：一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，如图1所示，包括光线检测模块1、人体检测模块2、单片机控制模块3以及灯光控制模块4。光线检测模块1、人体检测模块2的输出端均与单片机控制模块3的输入端连接，单片机控制模块3的输出端与灯光控制模块4的输入端连接。其中，光线检测模块1，用于监测室内的光线强度。人体检测模块2，用于根据超声波传感器信号的中断次数及先后判断进出人数，并统计室内的现有人数。单片机控制模块3，用于在光线强度超出预设阈值时生成系统启动信号，并在系统启动信号生成后根据现有人数的分布区间生成相应的控制信号。灯光控制模块4，用于响应于控制信号后驱动对应数量的灯光回路启动。

如图2所示，光线检测模块1包括稳压电路和光强度传感器；稳压电路采用稳压芯片XC6206，光强度传感器采用光强度数字转换芯片TSL2561，并配置必要的电容、电阻完成连接。TSL2561工作电压为2.7～3.5V，第一单片机工作电压为+5V，通过稳压芯片稳压芯片将VCC降为3.3V为其供电。TSL2561能够通过I2C总线访问，将TSL2561的I2C总线的4端口SCL、6端口SDA分别与第一单片机的P2.0、P2.1口对应连接，编程时需要模拟I2C总线的时序来访问TSL2561，5端口的INT引脚与第一单片机外部中断P3.2口相连，将光强度数字信号送到第一单片机中。

如图3所示，人体检测模块2包括升压电路、超声波发射电路、超声波接收电路和信号转换电路。升压电路的1端口VIN与第一单片机的VCC相连，给LM2596提供5V工作电压，R13为8.2KΩ，R14为1.3KΩ，2端口VOUT输出电压为9V，为超声波发射电路提供工作电压。超声波发射电路在工作电压9V下产生40KHz的超声波。超声波接收电路不断接收发射来的超声波，在Vin端口不断产生一系列电压模拟信号。信号转换电路是以ADC0804为核心的AD转换电路，ADC0804的6端口与超声波接收电路的Vin端相连，11-18端口通过10KΩ的上拉电阻与单片机P0.0-P0.7相连，将超声波接收电路中的Vin模拟信号转换为数字信号并送到第一单片机中。

如图4所示，单片机控制模块3采用配置有第一单片机、电源电路、晶振电路以及复位电路的最小单片机系统，第一单片机采用STC89C52芯片。第一单片机根据光强度信号给出总控制，只有光照强度低于某个阈值时，灯光系统开始工作；通过判断两个超声波接收装置信号中断的时间以及先后顺序，判断进出人数并计算室内当前人数。例如，根据人数不同对室内三路灯光进行控制，P1.0-P2.2端口分别与灯光控制模块4中继电器的输入端相连。当人数大于50人时，3路灯光全亮；人数在20-50人之间时，亮两路灯；人数小于20人时，只亮一路灯；当人数为0时，三路灯光全灭。需要说明的是，灯光控制模块4启动方式与人数之间的关联可以根据需要进行灵活设置，在此不受限制。

如图5所示，灯光控制模块4包括3个继电器，可对应控制3路灯光，且具有自动和手动两种模式。继电器输入端经第一开关分别与第一单片机的P1.0～P1.2接口相连，分别控制三路灯光。VCC、GND分别与第一单片机对应的VCC、GND相连，给模块供电。NC接口为常闭端口，NO接口为常开端口，COM接口为公共端口，通过第二开关选择COM端口与常闭端口NC或常开端口NO构成灯光回路。自动模式下，第一开关闭合同时第二开关向下闭合，灯光进入自动控制。手动模式下，第一开关断开，灯光由第二开关向上手动控制。在本实施例中，第二开关采用的是单刀双掷开关。

如图1所示，此外，该系统还包括无线通信模块5和远程终端6；单片机控制模块3通过无线通信模块5与远程终端6连接；远程终端6，用于对单片机控制模块3输出的现有人数进行显示。

如图6所示，无线通信模块5采用型号为CC2530的射频模块，射频前端采用型号为C2591的射频前端芯片，CC2530的射频模块为基于ZigBee协议的无线射频终端。数据处理准确度高、效率高，保证了无线数据传输的精确度和实时性，配合CC2591射频前端，提高了其发射功率和接收灵敏度，能够达到准确的接收和发送数据。无线通信模块5适用于ZigBee无线传感网中协调器、路由器和终端设备三种设备任意一种。

如图1所示，远程终端6配置有第二单片机、通信接口模块和显示屏；通信接口模块采用RS232通信接口；通信接口模块将第二单片机接收的现有人数传输至显示屏所在的上位机，并以显示屏进行展示。

工作原理：首先监测室内的光线强度，再根据超声波传感器信号的中断次数及先后判断进出人数，并统计室内的现有人数；接着在光线强度超出预设阈值时生成系统启动信号，并在系统启动信号生成后根据现有人数的分布区间生成相应的控制信号；最后响应于控制信号后驱动对应数量的灯光回路启动。可根据进出教室的人的数量、教室内外的光线强度变化，对教室内的照明装置的开启实现智能化控制，在保证照明要求的前提下，降低了电力浪费。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，其特征是，包括光线检测模块(1)、人体检测模块(2)、单片机控制模块(3)以及灯光控制模块(4)；

所述光线检测模块(1)、人体检测模块(2)的输出端均与单片机控制模块(3)的输入端连接，单片机控制模块(3)的输出端与灯光控制模块(4)的输入端连接；

所述光线检测模块(1)，用于监测室内的光线强度；

所述人体检测模块(2)，用于根据超声波传感器信号的中断次数及先后判断进出人数，并统计室内的现有人数；

所述单片机控制模块(3)，用于在光线强度超出预设阈值时生成系统启动信号，并在系统启动信号生成后根据现有人数的分布区间生成相应的控制信号；

所述灯光控制模块(4)，用于响应于控制信号后驱动对应数量的灯光回路启动。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，其特征是，所述光线检测模块(1)包括稳压电路和光强度传感器；

所述稳压电路采用稳压芯片XC6206，光强度传感器采用光强度数字转换芯片TSL2561；

所述稳压芯片XC6206将单片机控制模块(3)中第一单片机的+5V工作电压降为3.3V后为光强度数字转换芯片TSL2561供电。

3.根据权利要求1所述的一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，其特征是，所述人体检测模块(2)包括升压电路、超声波发射电路、超声波接收电路和信号转换电路；

所述升压电路，用于将单片机控制模块(3)中第一单片机的+5V工作电压转为9V为超声波发射电路提供工作电压；

所述超声波发射电路，用于在工作电压9V下产生40KHz的超声波；

所述超声波接收电路，用于不断接收发射来的超声波；

所述信号转换电路，用于将超声波接收电路中的模拟信号转换为数字信号后发送到第一单片机中。

4.根据权利要求1所述的一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，其特征是，所述单片机控制模块(3)采用配置有第一单片机、电源电路、晶振电路以及复位电路的最小单片机系统，第一单片机采用STC89C52芯片。

5.根据权利要求1所述的一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，其特征是，所述灯光控制模块(4)包括多个继电器以及与继电器一一对应的照明灯；

所述继电器响应于控制信号后控制所在灯光回路中的照明灯启动亮起。

6.根据权利要求5所述的一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，其特征是，所述继电器的输入端IN通过第一开关与单片机控制模块(3)的输出端连接。

7.根据权利要求5所述的一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，其特征是，所述照明灯的一端与相应继电器的公共端COM连接，另一端通过单刀双掷开关分别与常闭端口NC、常开端口NO连接。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，其特征是，该系统还包括无线通信模块(5)和远程终端(6)；

所述单片机控制模块(3)通过无线通信模块(5)与远程终端(6)连接；

所述远程终端(6)，用于对单片机控制模块(3)输出的现有人数进行显示。

9.根据权利要求8所述的一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，其特征是，所述无线通信模块(5)采用型号为CC2530的射频模块，射频前端采用型号为C2591的射频前端芯片，CC2530的射频模块为基于ZigBee协议的无线射频终端。

10.根据权利要求8所述的一种基于超声波传感器的智能教室灯光控制系统，其特征是，所述远程终端(6)配置有第二单片机、通信接口模块和显示屏；

所述通信接口模块采用RS232通信接口；

所述通信接口模块将第二单片机接收的现有人数传输至显示屏所在的上位机，并以显示屏进行展示。

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