一种教室照明节能控制系统的制作方法

本发明涉及照明控制，尤其涉及一种教室照明节能控制系统。

背景技术：

1、照明控制技术领域涉及利用各种技术和装置来管理和调节照明设备的亮度、颜色、时间和空间分布，该技术领域主要目的是提高能源效率、改善照明质量，并满足用户对环境舒适性的需求。现代照明控制技术通过集成传感器（如光感、运动感应器）、定时器和网络通讯技术，实现对照明的自动化控制，系统可以根据环境光线自动调整亮度，或在没有人时自动关闭照明，从而降低能源消耗并延长照明设备的使用寿命，照明控制技术还支持远程控制和智能化场景设置，使照明管理更加便捷和高效。

2、其中，教室照明节能控制系统是一种专门设计用于教室环境的照明控制解决方案，其主要用途是通过自动化和智能化手段调节教室内的照明，以达到节能和提升学习环境质量的目的。该系统利用光感传感器监测室内光线强度，并根据需要自动调整灯光亮度，减少不必要的能源浪费，运动传感器可以检测教室内是否有人，以便在无人时自动关闭照明，该系统还可以根据不同的教学活动或时间段预设照明模式，从而为学生创造一个更加舒适和适宜的学习环境。

3、现有的教室照明节能控制系统虽然实现基于传感器的自动化照明控制，但在天气变化和具体教学活动需求上的响应并不足够灵敏，例如，传统照明系统只能根据固定的时间表或简单的光感和运动感应来调整亮度，这使得在多云或多变天气下，教室内的照明无法及时适应自然光照的变化，导致能源浪费或学习环境的光照不足，现有技术缺乏对教学活动具体需求的深度理解，无法为不同类型的教学活动提供最适宜的照明设置，如阅读、实验或视觉展示等不同活动对照明的需求差异较大，而现有系统采用一种较为统一的照明模式，影响学生学习效率和舒适度。

技术实现思路

1、本技术通过提供了一种教室照明节能控制系统，现有的教室照明节能控制系统虽然实现基于传感器的自动化照明控制，但在天气变化和具体教学活动需求上的响应并不足够灵敏，例如，传统照明系统只能根据固定的时间表或简单的光感和运动感应来调整亮度，这使得在多云或多变天气下，教室内的照明无法及时适应自然光照的变化，导致能源浪费或学习环境的光照不足，现有技术缺乏对教学活动具体需求的深度理解，无法为不同类型的教学活动提供最适宜的照明设置，如阅读、实验或视觉展示等不同活动对照明的需求差异较大，而现有系统采用一种较为统一的照明模式，影响学生学习效率和舒适度的问题。

2、鉴于上述问题，本技术提供了一种教室照明节能控制系统。

3、本技术提供了一种教室照明节能控制系统，其中，所述系统包括：

4、环境特性解析模块通过天气预报读取云量和日照时长，采用光强检测传感器监测教室照明使用频率和光照变化，计算教室光照需求与教学时间的匹配度，根据结果调整教室照明的基础亮度设置，生成教学环境参数；

5、历史照明模式分析模块通过所述教学环境参数分析历史照明数据，对每个时间段的亮度数据进行统计和比较，捕捉教室光照强度使用模式，识别关键活动时间段和目标光照强度需求，得到照明模式特征；

6、照明需求预测模块通过所述照明模式特征结合当前教室使用状态和天气情况，计算未来时间段内的照明需求概率，分析未来时间段内的照明需求变化趋势，优化灯光的亮度和开关策略，生成照明需求预测值；

7、照明调控策略模块通过所述照明需求预测值调整灯光亮度和开关时间，比较当前能效与目标能效，根据差异进行照明强度和开关时间的调整，优化照明效果与能耗比，得到照明调节计划。

8、优选的，所述教学环境参数的获取步骤具体为：

9、通过天气预报读取云量和日照时长，计算预期光照量，采用公式如下：

10、

11、其中，表示预期光照量，为光照强度系数，为云量比例，为日照时长；

12、基于所述预期光照量，采用光强检测传感器监测教室照明使用频率和光照变化，计算教室光照实时情况，通过以下公式：

13、

14、其中，表示教室光照实时情况，和为调整系数，为频率调节因子，为教室照明使用频率，为光照变化；

15、根据所述教室光照实时情况和教学时间，计算教室光照需求与教学时间的匹配度，通过以下公式：

16、

17、其中，表示教室光照需求与教学时间的匹配度，为教学时间；

18、根据所述教室光照需求与教学时间匹配度，调整教室照明的基础亮度设置，生成教学环境参数，采用公式如下：

19、

20、其中，表示教学环境参数，为亮度调整系数，为稳定性因子。

21、优选的，所述教室光照强度使用模式的获取步骤具体为：

22、采集所述教学环境参数和历史照明的数据，计算每个时间段内的平均亮度，生成平均亮度数据，采用公式如下：

23、

24、其中，表示平均亮度数据，是第次记录的亮度值，是记录次数，是正数；

25、对所述平均亮度数据进行统计分析，得到每个时间段的亮度统计值，生成历史照明数据统计结果，采用公式如下：

26、

27、其中，表示历史照明数据统计结果，是第个时间段的平均亮度，是全体时间段的平均亮度，是调节亮度差异敏感度的调整系数；

28、使用所述历史照明数据统计结果，对比差异化时间段的亮度统计值，确定教室在差异化时间段的光照强度使用模式，采用公式如下：

29、

30、生成教室光照强度使用模式，其中，表示教室光照强度使用模式，和分别是相邻时间段的亮度统计结果，和是调整光照强度差异影响的权重系数。

31、优选的，所述照明模式特征的获取步骤具体为：

32、基于所述教室光照强度使用模式，识别关键活动时间段和目标光照强度，采用公式如下：

33、

34、其中，表示关键活动时间段和目标光照强度，是时间段的教室光照强度使用模式，是总时间段数，和是用于调节计算灵活性的参数；

35、利用所述关键活动时间段和目标光照强度，对照明数据进行特征化分析，得到照明模式特征，采用公式如下：

36、

37、其中，表示照明模式特征，是时间段的实时亮度值，是目标光照强度，是关键活动时间段的数量，和是用于调整光照。

38、优选的，所述照明需求变化趋势的获取步骤为：

39、基于所述照明模式特征，结合当前教室使用状态和天气情况，计算未来时间段内的照明需求基础概率，采用公式如下：

40、

41、其中，是时间的照明需求基础概率，是照明模式特征值，和是云天和晴天的权重，和是云天和晴天的状态指示值，是时间对数衰减系数，是时间的倒数平方根调整系数；

42、根据所述照明需求基础概率，预测未来时间段内的照明趋势，生成照明需求变化趋势，采用公式如下：

43、

44、其中，是时间的照明需求变化趋势，是指数衰减系数，是时间的平方根调整系数，是平方根调整因子，是时间的倒数平方根调整系数，是用于求和操作的时间变量。

45、优选的，所述照明需求预测值的获取步骤具体为：

46、根据所述照明需求变化趋势，评估未来时间段内的照明需求可能性，生成未来照明需求概率，采用公式如下：

47、

48、其中，是时间的未来照明需求概率，是时间的照明需求变化趋势，是日周期性调整因子，是时间的倒数匹次方根调整系数，是日周期性的余弦调整因子；

49、根据所述未来照明需求概率，优化灯光的亮度和开关策略，生成照明需求预测值，采用公式如下：

50、

51、其中，是时间的照明需求预测值，是照明需求概率的权重系数，是照明调整的基线系数，是指数增长调整系数。

52、优选的，所述照明强度和开关时间的调整步骤为：

53、通过所述照明需求预测值，计算每个时间段的目标照明强度，生成结果项为目标照明强度，采用公式如下：

54、

55、其中，是时间的目标照明强度，是照明需求预测值的权重系数，是时间的照明需求预测值，是时间的倒数四次方根调整系数，是平方根调整系数；

56、基于所述目标照明强度，比较当前照明强度与目标照明强度，计算需要的调整量，生成照明强度调整量，

57、

58、其中，是时间的照明强度调整量，是调整反应系数是时间的目标照明强度，是当前照明强度基线，是正弦调整因子；

59、根据所述照明强度调整量，并进行照明开关时间调整，采用公式如下：

60、

61、其中，是时间的照明开关时间调整结果，是照明强度调整量的权重系数，是时间的照明强度调整量，是能效目标调整的基线系数，是指数增长调整系数，是时间的倒数平方根调整系数。

62、优选的，所述照明调节计划的获取步骤具体为：

63、根据所述照明强度调整量和照明开关时间调整，根据实时情况调整灯光亮度，制定初步照明策略，采用公式如下：

64、

65、其中，是时间的初步照明策略，是照明强度调整量的权重系数，是时间的照明强度调整量，是开关时间调整的权重系数，是时间的照明开关时间调整结果；

66、基于所述初步照明策略，比较当前照明能效与目标照明能效，根据差异迭代优化初步照明策略，生成照明调节计划，采用公式如下：

67、

68、其中，是时间的照明调节计划，是时间的初步照明调节计划，是能效差异的权重系数，是目标能效，是当前能效，是日周期性调整因子，是时间的倒数平方根调整系数。

69、本技术中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

70、通过引入天气预报数据与光强检测传感器的实时监测，能够精准地评估教室光照需求与教学时间的匹配度，并根据数据动态调整照明的基础亮度，这种处理方式不仅提高照明的响应速度，而且由于更细致地考虑了自然光照和使用频率，显著提升能源使用的效率。通过统计和比较不同时间段的亮度数据，能够精确地识别出关键活动时间段和目标光照强度需求，从而更好地满足教室内的实际照明需求。这种对历史和实时数据的深度分析，使照明不仅在节能方面表现出色，还能提供更符合用户需求的照明环境，从而提高学习环境的整体质量。通过计算未来时间段的照明需求概率和变化趋势，系统能够提前调整策略，避免过度或不足照明，进一步降低能源浪费，同时保证照明质量的稳定性和连续性，使得系统在应对不同教学活动和环境变化时更为灵活和高效。

71、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。