高校教室照明节能系统探讨

来永斌+张开宇+舒俊峰+陈静+陈秀

摘 要：针对高校教室照明系统能耗大浪费多的问题，利用红外装置和人脸识别系统，设计了一套高校教室照明节能系统。系统将教室分为几个区域，利用红外装置周期扫描人体信号，能够实现无人自动关灯，并且在人员过于分散情况下，部分分区也会自动关灯，促使人员集中。该系统较好地解决了高校教室照明系统能耗大浪费多的问题，显著提高了电能的使用率。

关键词：红外装置  人脸识别  分区  节能  照明

中图分类号：G64    文献标识码：A  文章编号：1674-098X（2014）11（b）-0107-02

Discussion on Energy Saving Lighting System in University Classroom

Lai Yongbin1 Zhang Kaiyu1 Shu Junfeng1 Chen Jing1 Chen Xiu2

（1.Mechanical Engineering College of Anhui University Of Science And Technology;2.College of chemical engineering， Anhui University Of Science And Technology，Huainan Anhui 232001，China）

Abstract：Aiming at the much waste of university classroom lighting system， a set of classroom lighting energy saving system was designed using infrared detection device and face recognition system. Classroom was divided into several regions. By scanning the signal of human body with   infrared device periodically， the lights in the unmanned regions can be turned off automatically. And if students are too scattered， lights in some regions will also be turned off automatically to assemble the people. This system solved the problem of the much waste of university classroom lighting system and increased energy usage ratio significantly.

Key Words：Infrared Detection Device;Face Recognition System;Partitions;Energy Saring;Lighting

由过度消耗化石燃料所导致的全球变暖引起了世界范围的广泛关注。而全球变暖又给社会经济的发展带来严重损失，深刻触及到能源安全、生态安全、水资源安全和粮食安全，甚至威胁到人类的生存。我国经济的快速发展导致对能源生产和消费需求的迅速增长。目前，我国温室气体排放总量已居世界第二位。研究表明，我国的能源系统效率为33.4%，比国际先进水平低10个百分点，电力、钢铁、有色、石化、建材、化工、轻工、纺织8个行业主要产品单位能耗平均比国际先进水平高40%，机动车油耗水平比欧洲高25%，比日本高20%，单位建筑面积采暖能耗相当于气侯条件相近发达国家的2～3倍。因此我国发展低碳经济，从多领域多方位进行节能减排，迫在眉睫。

电能的节约也是发展低碳经济进行节能减排一个重要环节，虽然智能照明控制系统已被应用到酒店、宾馆、广场、银行等场所，并且取得了良好的使用效果与社会、经济效应，但长期以来，如何将智能照明控制系统设计应用到学校中却没有比较理想的方案。

1 传统照明控制方式的局限性

目前，常用的对人体信号进行检测来实现教室照明灯开关控制的方案主要有两种。一种是将教室作为一个整体，在教室门口安装红外热释电传感器统计进出教室的人数，同时通过室内安装的光敏传感器检测光强，根据进入教室的人数打开相应数量的灯。这种方案成本低、设计方便，但检测精度低，当教室门口出现人群拥挤或人流不断的情况时就难以正常计数，并且这种方法控制过于简单，节能效果也不好。另一种方案是将教室分为几个区域，每个区内装一个人体存在探测器，探测区域内是否有人，当光强不足时，探测到哪个区域有人就打开哪个区域的灯，同时其他区域不受影响。这种方案效果较好，但设计中控制方法不够完善，当人员分布较为分散时，会打开过多的灯，引起不必要的浪费，不能达到理想的节能效果。该文所提出的高校教室照明节能系统是针对第二种方案加入人脸识别系统而改进的。

2 高校教室照明节能系统的设计

2.1 红外传感器

一般来说，我们可以认为任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外传感器正是利用物质本身这一性能而制成。红外传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。红外传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。endprint

2.2 人脸识别系统

人脸识别是一项新兴的生物识别技术，它广泛采用区域特征分析算法，融合了计算机图像处理技术与生物统计学原理，利用计算机图像处理技术从视频中提取人像特征，通过生物统计学的原理进行分析建立数学模型。现有的人脸识别系统已经基本成熟。

对于高校来讲，在教室监控系统总机中加装人脸识别系统，仅是安装软件一项简单的工作，并不复杂。利用人脸识别软件实时检测教室中人数，通过总线控制，决定保留那些区域红外控制器工作，可以使人员集中。另外，利用现人脸识别软件，在实现对教学情况监督的同时，可以完成自动化考勤，更能进一步实现对电力资源的节约。

2.3 高校教室照明节能系统

如图1所示，根据红外装置检测能力将教室合理分为若干区域，红外装置与每一区域上用电器串联。教室开放时，若某区域内有人在，红外控制器将开始工作，使串联该区域的电器通电工作，在检测不到人的存在时，则自动断电。在教室供电情况下，控制器即可保持工作状态，并按照设置时间进行周期检测扫描。

当教室中人员分布较为分散时，红外控制器检测到人员存在就会使所控灯具工作，分散分布的几个人就可能导致教室内大部分灯具工作。在加装人脸识别软件后，主机附带的人脸识别软件可以检测到教室中人员数目，按照设定程序，保留其中一部分红外控制器工作，使得其他区域灯具熄灭，达到人员集中的目的。

3 高校教室照明节能系统经济效果

一般情况，高校的一间大型教室，装有40 W灯具108支，其中讲台上方8支，开放时间按一周7日，每天16 h。此外调查结果显示，大学生中主动践行节能减排生活方式的只占8.1%，而在日常生活中不太考虑自己的行为是否节能减排的占83.1%，了解节能减排但是生活中不主动践行的占8.8%。白天依然保持灯具工作状态的可能性约为50%。所有灯具平均工作时间达到10 h以上，将消耗功率会超过30万 W。相同情况下，灯具的开关由红外控制器控制，讲台上的灯具工作仅仅为晚上或阴天有课等较暗环境需要条件下工作，平均每天5 h。学生数量不足以将整个教室坐满，灯具也就不会全部工作，每支灯具每天平均工作时间可缩短至7 h，一间教室一周可节约电量至少10万W。而安装红外控制开关只需要将教室分为众多区域，按常规红外控制器探测角120 °，探测有效半径4 m将教室划分成16区域，安装费用不超过500元。微小的投入，就能带来巨大的节约，可见高校教室照明节能系统经济效果明显。

4 结语

该文从低碳经济和节能减排的角度对高校教室照明系统进行了一次有益的尝试研究。将红外装置和人脸识别系统结合，实现了对教室照明系统的智能控制，有效地解决了高校教室照明系统能耗大浪费多的问题，显著提高了电能的使用率，节约了电力资源。

参考文献

[1] 付允，马永欢，刘怡君，等.低碳经济的发展模式研究[J].中国人口资源与环境，2010，18（3）：14-19.

[2] 陈九江，吴桐，王术，等.教室照明系统的智能控制[J].黑龙江大学自然科学学报，2006，23（3）：314-316.

[3] 邢继俊，赵刚.中国要大力发展低碳经济[J].中国科技论坛，2007（10）：87-92.

[4] 汪鲁才.戴瑜兴学校图书馆节能照明系统设计[J].照明工程学报，2001，12 （1）：48-50.

[5] 周瑶.高校教室灯光节能控制系统的设计[D].郑州：郑州大学，2010.

[6] 陈永甫.红外探测与控制电路[M].北京：人民邮电出版社，2004.

[7] 西刹子.智能网络视频监控技术详解与实践[M].北京：清华大学出版社，2010.endprint

2.2 人脸识别系统

人脸识别是一项新兴的生物识别技术，它广泛采用区域特征分析算法，融合了计算机图像处理技术与生物统计学原理，利用计算机图像处理技术从视频中提取人像特征，通过生物统计学的原理进行分析建立数学模型。现有的人脸识别系统已经基本成熟。

对于高校来讲，在教室监控系统总机中加装人脸识别系统，仅是安装软件一项简单的工作，并不复杂。利用人脸识别软件实时检测教室中人数，通过总线控制，决定保留那些区域红外控制器工作，可以使人员集中。另外，利用现人脸识别软件，在实现对教学情况监督的同时，可以完成自动化考勤，更能进一步实现对电力资源的节约。

2.3 高校教室照明节能系统

如图1所示，根据红外装置检测能力将教室合理分为若干区域，红外装置与每一区域上用电器串联。教室开放时，若某区域内有人在，红外控制器将开始工作，使串联该区域的电器通电工作，在检测不到人的存在时，则自动断电。在教室供电情况下，控制器即可保持工作状态，并按照设置时间进行周期检测扫描。

当教室中人员分布较为分散时，红外控制器检测到人员存在就会使所控灯具工作，分散分布的几个人就可能导致教室内大部分灯具工作。在加装人脸识别软件后，主机附带的人脸识别软件可以检测到教室中人员数目，按照设定程序，保留其中一部分红外控制器工作，使得其他区域灯具熄灭，达到人员集中的目的。

3 高校教室照明节能系统经济效果

一般情况，高校的一间大型教室，装有40 W灯具108支，其中讲台上方8支，开放时间按一周7日，每天16 h。此外调查结果显示，大学生中主动践行节能减排生活方式的只占8.1%，而在日常生活中不太考虑自己的行为是否节能减排的占83.1%，了解节能减排但是生活中不主动践行的占8.8%。白天依然保持灯具工作状态的可能性约为50%。所有灯具平均工作时间达到10 h以上，将消耗功率会超过30万 W。相同情况下，灯具的开关由红外控制器控制，讲台上的灯具工作仅仅为晚上或阴天有课等较暗环境需要条件下工作，平均每天5 h。学生数量不足以将整个教室坐满，灯具也就不会全部工作，每支灯具每天平均工作时间可缩短至7 h，一间教室一周可节约电量至少10万W。而安装红外控制开关只需要将教室分为众多区域，按常规红外控制器探测角120 °，探测有效半径4 m将教室划分成16区域，安装费用不超过500元。微小的投入，就能带来巨大的节约，可见高校教室照明节能系统经济效果明显。

4 结语

该文从低碳经济和节能减排的角度对高校教室照明系统进行了一次有益的尝试研究。将红外装置和人脸识别系统结合，实现了对教室照明系统的智能控制，有效地解决了高校教室照明系统能耗大浪费多的问题，显著提高了电能的使用率，节约了电力资源。

参考文献

[1] 付允，马永欢，刘怡君，等.低碳经济的发展模式研究[J].中国人口资源与环境，2010，18（3）：14-19.

[2] 陈九江，吴桐，王术，等.教室照明系统的智能控制[J].黑龙江大学自然科学学报，2006，23（3）：314-316.

[3] 邢继俊，赵刚.中国要大力发展低碳经济[J].中国科技论坛，2007（10）：87-92.

[4] 汪鲁才.戴瑜兴学校图书馆节能照明系统设计[J].照明工程学报，2001，12 （1）：48-50.

[5] 周瑶.高校教室灯光节能控制系统的设计[D].郑州：郑州大学，2010.

[6] 陈永甫.红外探测与控制电路[M].北京：人民邮电出版社，2004.

[7] 西刹子.智能网络视频监控技术详解与实践[M].北京：清华大学出版社，2010.endprint

2.2 人脸识别系统

人脸识别是一项新兴的生物识别技术，它广泛采用区域特征分析算法，融合了计算机图像处理技术与生物统计学原理，利用计算机图像处理技术从视频中提取人像特征，通过生物统计学的原理进行分析建立数学模型。现有的人脸识别系统已经基本成熟。

对于高校来讲，在教室监控系统总机中加装人脸识别系统，仅是安装软件一项简单的工作，并不复杂。利用人脸识别软件实时检测教室中人数，通过总线控制，决定保留那些区域红外控制器工作，可以使人员集中。另外，利用现人脸识别软件，在实现对教学情况监督的同时，可以完成自动化考勤，更能进一步实现对电力资源的节约。

2.3 高校教室照明节能系统

如图1所示，根据红外装置检测能力将教室合理分为若干区域，红外装置与每一区域上用电器串联。教室开放时，若某区域内有人在，红外控制器将开始工作，使串联该区域的电器通电工作，在检测不到人的存在时，则自动断电。在教室供电情况下，控制器即可保持工作状态，并按照设置时间进行周期检测扫描。

当教室中人员分布较为分散时，红外控制器检测到人员存在就会使所控灯具工作，分散分布的几个人就可能导致教室内大部分灯具工作。在加装人脸识别软件后，主机附带的人脸识别软件可以检测到教室中人员数目，按照设定程序，保留其中一部分红外控制器工作，使得其他区域灯具熄灭，达到人员集中的目的。

3 高校教室照明节能系统经济效果

一般情况，高校的一间大型教室，装有40 W灯具108支，其中讲台上方8支，开放时间按一周7日，每天16 h。此外调查结果显示，大学生中主动践行节能减排生活方式的只占8.1%，而在日常生活中不太考虑自己的行为是否节能减排的占83.1%，了解节能减排但是生活中不主动践行的占8.8%。白天依然保持灯具工作状态的可能性约为50%。所有灯具平均工作时间达到10 h以上，将消耗功率会超过30万 W。相同情况下，灯具的开关由红外控制器控制，讲台上的灯具工作仅仅为晚上或阴天有课等较暗环境需要条件下工作，平均每天5 h。学生数量不足以将整个教室坐满，灯具也就不会全部工作，每支灯具每天平均工作时间可缩短至7 h，一间教室一周可节约电量至少10万W。而安装红外控制开关只需要将教室分为众多区域，按常规红外控制器探测角120 °，探测有效半径4 m将教室划分成16区域，安装费用不超过500元。微小的投入，就能带来巨大的节约，可见高校教室照明节能系统经济效果明显。

4 结语

该文从低碳经济和节能减排的角度对高校教室照明系统进行了一次有益的尝试研究。将红外装置和人脸识别系统结合，实现了对教室照明系统的智能控制，有效地解决了高校教室照明系统能耗大浪费多的问题，显著提高了电能的使用率，节约了电力资源。

参考文献

[1] 付允，马永欢，刘怡君，等.低碳经济的发展模式研究[J].中国人口资源与环境，2010，18（3）：14-19.

[2] 陈九江，吴桐，王术，等.教室照明系统的智能控制[J].黑龙江大学自然科学学报，2006，23（3）：314-316.

[3] 邢继俊，赵刚.中国要大力发展低碳经济[J].中国科技论坛，2007（10）：87-92.

[4] 汪鲁才.戴瑜兴学校图书馆节能照明系统设计[J].照明工程学报，2001，12 （1）：48-50.

[5] 周瑶.高校教室灯光节能控制系统的设计[D].郑州：郑州大学，2010.

[6] 陈永甫.红外探测与控制电路[M].北京：人民邮电出版社，2004.

[7] 西刹子.智能网络视频监控技术详解与实践[M].北京：清华大学出版社，2010.endprint