[发明专利]一种教室环境智能调控系统

权利要求书

1.一种教室环境智能调控系统，其特征在于该系统包括摄像头、温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、计算机、单片机、电灯、推拉窗、推杆电机、空调、终端、无线通讯模块、直流电机、窗帘、话筒、音响、显示屏、滑轨和供电模块；

所述滑轨安装于教室墙壁上部或者天花板上；一个摄像头安装在教室前端天花板一侧，朝向教室前排学生座位，监视教室前方区域；另一个摄像头安装在滑轨中，朝向教室后排学生座位，监视教室后方区域，或沿滑轨移动至教室前方并转向，用于采集实时授课图像或视频信息；所述摄像头与计算机连接；

所述计算机通过串口线与显示屏连接；所述单片机分别与温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、电灯、推杆电机、空调、无线通讯模块、直流电机、话筒和音响连接，通过无线通讯模块与计算机连接或者通过串口线与计算机连接；所述推拉窗与推杆电机连接；所述终端通过无线通讯模块与单片机连接；所述窗帘与直流电机连接；所述音响安装于教室中间区域；所述显示屏安装于教室中间区域，用于播放授课期间的实录视频信息供后侧学生观看；所述供电模块为整个装置供电。

2.根据权利要求1所述的教室环境智能调控系统，其特征在于所述单片机为ARM芯片，型号为STM32F103RET6。

3.根据权利要求1所述的教室环境智能调控系统，其特征在于所述无线通讯模块的型号为GSM/GPRS SIM900。

4.根据权利要求1所述的教室环境智能调控系统，其特征在于所述终端为手机。

5.根据权利要求1所述的教室环境智能调控系统，其特征在于所述温度传感器的型号为DS18B20。

6.根据权利要求1所述的教室环境智能调控系统，其特征在于所述湿度传感器的型号为DHT11。

7.根据权利要求1所述的教室环境智能调控系统，其特征在于所述二氧化碳传感器的型号为MG811。

8.根据权利要求1所述的教室环境智能调控系统，其特征在于该系统的工作过程如下：

本系统将教室的环境调控分为物理环境调控与授课环境调控：

物理环境调控：非上课期间，滑轨中的摄像头将沿滑轨调整至朝向教室后排学生座位的位置，用来监视教室后方区域，并与处于教室前端用来监测教室前方区域的摄像头共同采集教室室内的图像信息传送至计算机中，供计算机进行图像处理；计算机将摄像头拍到的图像与预存于计算机中的一张具有基准亮度图像进行亮度对比，方法为利用matlab进行灰度差分处理；分析完图像的亮度信息后，计算机根据教室的座椅分布，将教室分为8个区域，其中教室前端的摄像头所拍摄的教室前方区域被分为4个区域，呈“田”字形，滑轨中的摄像头所拍摄的教室后方区域被分为4个区域，呈“田”字形；此后，计算机将摄像头拍到的上述8个区域的实时图像每隔一固定时间对比一次，若两张图像有差异，则确认教室对应区域内有物体移动；若变化范围超过设定的阈值，则判断移动物体为人，即判定此区域有人；若变化范围未超过设定的阈值，则判断移动物体为干扰物体；单片机通过分析计算机传送的人员分布信息和室内亮度信息，对电灯进行智能管理：室内无人，电灯关闭；室内某个区域有人且室内亮度低于阈值，则打开相应区域电灯；室内某个区域有人且室内亮度高于阈值，则调控电灯和窗帘；温度传感器、湿度传感器和二氧化碳传感器分别采集教室室内的温度信息、湿度信息和二氧化碳浓度信息，并将对应信息传输至单片机中；单片机通过分析计算机传送的人员分布信息和温度与湿度信息，对空调进行智能管理：室内温/湿度低，则空调设定温/湿度高；室内温/湿度高，则空调设定温/湿度低；单片机通过分析教室室内的二氧化碳浓度信息来调控控制推拉窗的推杆电机，进而控制教室空气流通，具体做法是：室内二氧化碳浓度高于阈值，则打开推拉窗；室内二氧化碳浓度低于阈值，则关闭推拉窗；当室内温度过低时，取消推拉窗的打开状态，此时单片机打开空调的换新风模式，完成教室室内外的空气流通；

授课环境调控：上课期间，滑轨中的摄像头沿滑轨移动至预设的拍摄授课视频位置并转向，对教师的授课内容及时传送至计算机中，计算机将接收到的实时授课图像信息传输至显示屏中，供后排学生看清教师授课图像信息；教师授课完毕后，单片机将移动至拍摄授课视频位置的摄像头沿滑轨移动返回至教室中间区域顶端处并转向，继续监视后排学生行为；单片机打开话筒和音响，从而将教师的声音在教室后排进行放大，供后排学生听清教师授课语音信息；教师可通过终端远程给单片机发送命令，单片机执行命令，远程调控电灯、推拉窗和窗帘的闭合状态，以满足不同授课模式下对室内亮度的不同需求。