[發明專利]一種教室環境智能調控系統

在審

• 申請號: 201810432700.6
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108415493A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 張鵬;楊通達;馮浩;王子真;王一桐;趙帥;林一陽;程宏鵬;孫建廣
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G05D27/02
• 分類號: G05D27/02;G05B19/042;G06K9/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 王瑞

1.一種教室環境智能調控系統，其特征在于該系統包括攝像頭、溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器、計算機、單片機、電燈、推拉窗、推桿電機、空調、終端、無線通訊模塊、直流電機、窗簾、話筒、音響、顯示屏、滑軌和供電模塊；

所述滑軌安裝于教室墻壁上部或者天花板上；一個攝像頭安裝在教室前端天花板一側，朝向教室前排學生座位，監視教室前方區域；另一個攝像頭安裝在滑軌中，朝向教室后排學生座位，監視教室后方區域，或沿滑軌移動至教室前方并轉向，用于采集實時授課圖像或視頻信息；所述攝像頭與計算機連接；

所述計算機通過串口線與顯示屏連接；所述單片機分別與溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器、電燈、推桿電機、空調、無線通訊模塊、直流電機、話筒和音響連接，通過無線通訊模塊與計算機連接或者通過串口線與計算機連接；所述推拉窗與推桿電機連接；所述終端通過無線通訊模塊與單片機連接；所述窗簾與直流電機連接；所述音響安裝于教室中間區域；所述顯示屏安裝于教室中間區域，用于播放授課期間的實錄視頻信息供后側學生觀看；所述供電模塊為整個裝置供電。

2.根據權利要求1所述的教室環境智能調控系統，其特征在于所述單片機為ARM芯片，型號為STM32F103RET6。

3.根據權利要求1所述的教室環境智能調控系統，其特征在于所述無線通訊模塊的型號為GSM/GPRS SIM900。

4.根據權利要求1所述的教室環境智能調控系統，其特征在于所述終端為手機。

5.根據權利要求1所述的教室環境智能調控系統，其特征在于所述溫度傳感器的型號為DS18B20。

6.根據權利要求1所述的教室環境智能調控系統，其特征在于所述濕度傳感器的型號為DHT11。

7.根據權利要求1所述的教室環境智能調控系統，其特征在于所述二氧化碳傳感器的型號為MG811。

8.根據權利要求1所述的教室環境智能調控系統，其特征在于該系統的工作過程如下：

本系統將教室的環境調控分為物理環境調控與授課環境調控：

物理環境調控：非上課期間，滑軌中的攝像頭將沿滑軌調整至朝向教室后排學生座位的位置，用來監視教室后方區域，并與處于教室前端用來監測教室前方區域的攝像頭共同采集教室室內的圖像信息傳送至計算機中，供計算機進行圖像處理；計算機將攝像頭拍到的圖像與預存于計算機中的一張具有基準亮度圖像進行亮度對比，方法為利用matlab進行灰度差分處理；分析完圖像的亮度信息后，計算機根據教室的座椅分布，將教室分為8個區域，其中教室前端的攝像頭所拍攝的教室前方區域被分為4個區域，呈“田”字形，滑軌中的攝像頭所拍攝的教室后方區域被分為4個區域，呈“田”字形；此后，計算機將攝像頭拍到的上述8個區域的實時圖像每隔一固定時間對比一次，若兩張圖像有差異，則確認教室對應區域內有物體移動；若變化范圍超過設定的閾值，則判斷移動物體為人，即判定此區域有人；若變化范圍未超過設定的閾值，則判斷移動物體為干擾物體；單片機通過分析計算機傳送的人員分布信息和室內亮度信息，對電燈進行智能管理：室內無人，電燈關閉；室內某個區域有人且室內亮度低于閾值，則打開相應區域電燈；室內某個區域有人且室內亮度高于閾值，則調控電燈和窗簾；溫度傳感器、濕度傳感器和二氧化碳傳感器分別采集教室室內的溫度信息、濕度信息和二氧化碳濃度信息，并將對應信息傳輸至單片機中；單片機通過分析計算機傳送的人員分布信息和溫度與濕度信息，對空調進行智能管理：室內溫/濕度低，則空調設定溫/濕度高；室內溫/濕度高，則空調設定溫/濕度低；單片機通過分析教室室內的二氧化碳濃度信息來調控控制推拉窗的推桿電機，進而控制教室空氣流通，具體做法是：室內二氧化碳濃度高于閾值，則打開推拉窗；室內二氧化碳濃度低于閾值，則關閉推拉窗；當室內溫度過低時，取消推拉窗的打開狀態，此時單片機打開空調的換新風模式，完成教室室內外的空氣流通；

授課環境調控：上課期間，滑軌中的攝像頭沿滑軌移動至預設的拍攝授課視頻位置并轉向，對教師的授課內容及時傳送至計算機中，計算機將接收到的實時授課圖像信息傳輸至顯示屏中，供后排學生看清教師授課圖像信息；教師授課完畢后，單片機將移動至拍攝授課視頻位置的攝像頭沿滑軌移動返回至教室中間區域頂端處并轉向，繼續監視后排學生行為；單片機打開話筒和音響，從而將教師的聲音在教室后排進行放大，供后排學生聽清教師授課語音信息；教師可通過終端遠程給單片機發送命令，單片機執行命令，遠程調控電燈、推拉窗和窗簾的閉合狀態，以滿足不同授課模式下對室內亮度的不同需求。