（控制理论与控制工程专业论文）基于wsn的建筑物节能管理系统研究.pdf

原创性声明 illliiiillliillilliw,w n i le wifiiiiiiiiilu删ll y 17 9 3 7 6 7 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明71 用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：c 纽匦! 颦日期：中汐囝 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部f - j r 机构送交论文的印刷件 和电子版，允许论文被查阅和借阅：本人授权山东大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蛐导师签名：耀龇日期：雌莎围 山力：人学硕十学位论文 山乃：人学硕十学何论文 目录 目录i c o n t e n t s iii 摘要i a b s t r a c t i i i 缩略词v 第一章绪论1 1 1 课题背景及意义1 1 2 目前国内外发展情况2 1 2 1 高校教室节能管理发展现状2 1 2 2 无线传感器技术发展现状4 1 3 论文研究内容5 第二章w s n 在建筑物应用可行性研究8 2 1 个人区域网络技术8 2 2 电磁波传输过程中的损耗9 2 3 穿墙能力分析1 0 2 4 在建筑内应用的w s n 设计原则1 0 第三章基于w s n 的教室节能管理系统设计1 2 3 1 系统分析1 2 3 2 系统设计1 2 3 3 硬件设计1 5 3 3 1 概述1 5 3 3 2 射频模块微处理器1 9 3 3 3 射频收发器2 0 3 3 4 存储模块2 1 3 3 5 检测单元2 2 3 3 6 检测输入模块2 5 3 3 7 输出控制模块2 7 3 3 8 协调器微控制器2 7 3 3 9 以太网接口2 8 3 3 1 0 电源接口3 0 、j - - 1 山东人学硕十学侍论文 第四章基于w s n 检测控制网络的软件设计3 1 4 1 软件结构设计3 1 4 2 嵌入式实时操作系统设计3 4 4 2 1 概述3 4 4 2 2 嵌入式实时操作系统的组成3 5 4 3 设备驱动设计3 6 4 4 存储管理设计3 7 4 5 无线传感器网络协议栈设计3 9 4 5 1 设计思想3 9 4 5 2 结构模型4 1 4 5 3 网络拓扑结构4 4 4 5 4 组网过程4 5 4 5 5c s m a c c a 机制4 7 4 5 6 确认重发机制4 8 4 5 7 地址分配策略4 8 4 5 8 路由策略5 0 4 6 以太网协议栈5 2 4 7 检测控制节点软件5 3 4 8 路由器节点软件5 4 4 9 协调器节点软件5 4 第五章教室= 爷能检测控制方法5 8 5 1 现有控制方案分析5 8 5 2 检测、控制方法研究5 9 5 3 系统节能经济效益分析6 3 第六章总结与展望6 5 6 1 系统总结6 5 6 2 系统展望6 6 参考文献6 7 致谢7 1 i i i 尔人学硕十学何论文 c o n t e n t s c o n t e n t s i a b s t r a c t i c h a p t e rli n t r o d u c t i o n 1 1 1 t o p i c sb a c k g r o u n d sa n ds i g n i f i c a n c e s 1 1 2t h ed o m e s t i ca n do v e r s e a sd e v e l o p m e n t s 2 1 2 1c u r r e n t d e v e l o p m e n t o f c o l l e g e c l a s s r o o m s e n e r g y - s a v i n g m a n a g e m e n t 2 1 2 2c u r r e n td e v e l o p m e n to fw i r e l e s ss e n s o rt e c h n o l o g y 4 1 3h a r d w a r ed e s i g n 5 c h a p t e ri if e a s i b i l i t ys t u d y o nw s na p p l i c a t i o n si nb u i l d l n g s 8 2 1t h et e c h n o l o g yo fp e r s o n a la r e an e t w o r k s 8 2 2t h el o s so fe l e c t r o m a g n e t i cw a v et r a n s m i s s i o n 9 2 3t h ea n a l y s i so nw a l l - p a s s e rc a p a c i t y 10 2 4d e s i g np r i n c i p l e so fw s n a p p l i c a t i o n si nb u i l d i n g 1 0 c h a p t e ri i it h ed e s i g no fw s n b a s e de n e r g ym a n a g e m e n t s y s t e mi nc l a s s r o o m s 12 ：；1 s y s t e ma n a l y s i s 12 3 2s y s t e md e s i g n 1 2 3 3h a r d w a r ed e s i g n 15 3 3 1o v e r v i e w 1 5 3 3 2r fm o d u l em i c r o p r o c e s s o r 1 9 3 3 3r ft r a n s c e i v e r 一2 0 3 3 4s t o r a g em o d u l e 2 1 3 ：i 5d e t e c tu n i t 2 2 3 3 6d e t e c ti n p u tm o d u l e 2 5 3 3 7o u t p u tc o n t r o lm o d u l e 2 7 3 3 8c o o r d i n a t o rm i c r o c o n t r o l l e r 2 7 3 3 9e t h e r n e ti n t e r f a c e 2 8 3 3 10p o w e ri n t e r f a c e 3 0 c h a p t e ri vs o f t w a r ed e s i g no nw s n b a s e dd e t e c t i o na n d 山东人学硕+ 学位论文 c o n t r o li nn e t w o r k 31 4 1s o f t w a r es t r u c t u r ed e s i g n 31 4 2t h ed e s i g no fe m b e d d e dr e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e m 3 4 4 2 1o v e r v i e w 3 4 4 2 2c o m p o s i t i o no fe m b e d d e dr e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e m 3 5 4 3d e v i c ed r i v e rd e s i g n 3 6 4 4s t o r a g em a n a g e m e n td e s i g n 3 7 4 5w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r kp r o t o c o ls t a c kd e s i g n 3 9 4 5 1t h o u g h t so f d e s i g n 3 9 4 ! ；：! m o d e ls t r u c t u r e 4 1 4 5 3n e t w o r kt o p o l o g ys t r u c t u r e 4 4 4 5 4n e t w o r kp r o c e s s 4 5 4 5 5c s m a c c am e c h a n i s m 4 7 4 5 6c o n f i r mr e t r a n s m i s s i o nm e c h a n i s m 4 8 4 5 7a d d r e s sa l l o c a t i o np o l i c y 4 8 4 5 8r o u t i n gp o l i c y 5 0 4 6e t h e r n e tp r o t o c o ls t a c k 5 2 4 7d e t e c t i o no fc o n t r o ln o d es o f t w a r e 5 3 4 8r o u t e rn o d es o f t w a r e 5 4 4 9c o o r d i n a t o rn o d es o f t w a r e 5 4 c h a p t e rvt h em e t h o d o l o g yo fm e a s u r i n ga n dc o n t r o l l n 、j g e n e r g yi nc l a s s r o o m s 5 8 5 1t h ea n a l y s i so ne x i s t i n gc o n t r o lp r o g r a m s 5 8 5 2t h es t u d yo nt h em e t h o d o l o g yo fd e t e c t i o na n dc o n t r 0 1 5 9 5 3e c o n o m i cb e n e f i ta n a l y s i so f e n e r g yc o n s e r v a t i o n 6 3 c h a p t e rv is u m m a r ya n do u t l o o k 一6 5 6 1s y s t e ms u m m a r y 6 5 6 2s y s t e mo u t l o o k 6 6 r e f e r j ! n c e s 6 7 a c k n o w l e d g e m e n t s 一7 1 i l i 尔人学硕 ：学何论文 摘要 当前随着经济的发展，能源消耗越来越大。能源问题成为制约我国经济发展 的重要因素，建设节约型社会成为我国经济和社会发展的一项战略任务。在满足 f 常的工作学习条件下，如何利用和管理照明、风扇及空调等用电设施、减少用 电浪费、节省能源对社会具有重要意义。 对于建筑物节能来讲，不同的用途的建筑物对节能产品的要求也不尽相同， 但节能技术具有普遍的使用意义。研究建筑物节能技术，本文采取了以教室节能 为背景的研究方式，通过分析教室节能的特点，设计基于w s n 的教室节能管理 系统，实现了对教室灯具、空调、j x l 扇的合理控制，达到了节能的目的。通过对 w s n 在教室节能中的应用研究，为其他建筑物节能提供了一种可靠的节能管理 方案。本文的主要内容有： 首先，深入研究了目i j i 建筑物节能系统的现状，并分析了存在的优缺点；分 析了无线传感网络在建筑中应用的可行性与技术难点。 其次，设计了基于w s n 的教室节能管理系统硬件。分析了教室节能的特点， 设计了无线传感节能管理系统的网络拓扑结构：根据建筑物节能管理网络的功能 用途，设计传感器网络的检测控制节点、路由节点和协调器节点所需硬件电路。 实现标准的a i 、d i 输入电路，d o 输出电路设计。 再次，设计并实现了基于w s n 检测控制网络的软件。研究i e e e8 0 2 1 5 4 标 准协议内容，掌握无线传感器网络通信的相关原理和协议，利用成熟的无线传感 器网络协议栈，设计教室节能控制系统，实现网络的建立、网络的通信、管理和 维护，通过信道扫描、载波侦听避免碰撞机制、重传机制、安全机制为系统的正 常工作提供了可靠的网络接入和媒介访问，保证通信网络的可靠性和安全性。 最后，分析目前教室节能检测控制方法存在的问题，针对教室特殊应用环境， 利用红外探测器、温度、照度参数，研究适应教室应用的控制策略及算法。经过 简单的测试，系统实现了对教室内的温度、照度和人员信息的数据采集，能对照 明、风扇实施控制，并将传感器数据传输到管理中心，实现了节能控, j j 年t j 数据传 输功能。 关键词：节能，无线传感器网络，地址分配，树型路由，实时操作系统 山东人学硕十学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dg r o w t ho fe c o n o m ya n dt h ea c c e l e r a t i o no f u r b a n i z a t i o ni nr e c e n t y e a r s , c h i n a si n c r e a s i n gc o n s u m p t i o no f e n e r g yi sg e t t i n gs e r i o u s ，w h i c hh a sb e c o m e av i t a lf a c t o ri nr e s t r i c t i n gt h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y b e i n gae n e r g y 。s a v i n g s o c i e t yh a sb e c o m eo u rc o u n t r y si n e v i t a b l ec h o i c e t h ec o n s u m p t i o no fw a t e r a n d e l e c t r i c i t y ，e s p e c i a l l yt h es e r i o u sw a s t eo fe l e c t r i c i t y , m a k e sc o n s i d e r a b l ep r o p o r t i o n i nt h ef i s c a le x p e n d i t u r ei nu n i v e r s i t i e s h o wt oe f f e c t i v e l yr e d u c et h ew a s t e i nu s i n g l i g h t s f a n s ，a i rc o n d i t i o n e r sa n do t h e re l e c t r o n i ce q u i p m e n t s w i l ls i g n i f i c a n t l yb e n e f i t o u rs o c i e t y a c c o r d i n gt ot h es t u d yo ft h ec u r r e n ts i t u a t i o n o fe n e r g ys a v i n gm a n a g e m e n t ，t o a v o i dt h ep r o b l e m sw h i c ha r eb r i e f l ym e n t i o n e da b o v e ，t h i sp a p e rc a r r i e so u ta n i n v e s t i g a t i o nt og e ta b e t t e ri n s i g h ti n t oa p p l i c a t i o n so fw i r e l e s s 。s e n s o r - n e t w o r k s t h i s d a p e ra i m st od e s i g naw i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k sb a s e dm a n a g e m e n ts y s t e m t h i s p a p e rs t u d i e st h eh a r d w a r ed e s i g nf o r w s n b a s e dc l a s s r o o me n e r g ym a n a g e m e n t s v s t e r na n dt h es o f t w a r ed e s i g nf o rw s n b a s e dt e s tc o n t r o ln e t w o r k ；a n dp r o p o s e s m e t h o d so fc l a s s r o o m e n e r g y sd e t e c t i o na n dc o n t r o l ，w h i c hc a na c h i e v ec l a s s r o o m e n e r g y - s a v m g f i r s t l y , t h ep a p e rc a r r i e so u ta ni n - d e p t hs t u d yo f t h ec u r r e n ts t a t u so fe n e r g y s a v i n gs y s t e mf o rc o l l e g ec l a s s r o o m s ，a n da n a l y z e si t sa d v a n t a g e sa n ds h o r t c o m i n g s a sw e l la st h ef e a s i b i l i t ya n dt e c h n i c a ld i f f i c u l t i e s o fw i r e l e s s s e n s o r - n e t w o r k a p p l i c a t i o n si nc o n s t r u c t i o n s s e c o n d l y ，t h ep a p e rd e s i g n sm a n a g e m e n ts y s t e m h a r d w a r eo fw s n - b a s e d c l a s s r o o me n e r g y - s a v i n g , a n da n a l y z e sm a i nf e a t u r e so f t h ec l a s s r o o me n e r g y - s a n 舀 t h e nd e s i g n sac l a s s r o o mm a n a g e m e n ts y s t e m f o re n e r g y - s a v i n gw i r e l e s ss e l l s o r n e t w o r kt o p o l o g y a c c o r d i n g t ot h ef u n c t i o n s o fc l a s s r o o me n e r g ys a v l n g m a n a g e m e n tn e t w o r k ，t h i sp a p e rd e s i g n sm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o l s e n s o rn e 附o n 【 n o d e s ，r o u t i n gn o d e sa n dc o o r d i n a t o rn o d e sr e q u i r e dh a r d w a r e ，w h i c hw i l la c h i e v e t h e s t a n d a r da i ，d ii n p u tc i r c u i ta n dd oo u t p u tc i r c u i td e s i g n t h i r d l y , t h ep a p e rd e s i g n sa n di m p l e m e n t s t h ew s n - b a s e ds o f t w a r ef o rd e t e c t i o n 锄dc o n t r o ln e t w o r k t h e nb ys t u d y i n gi e e e8 0 2 15 4s t a n d a r da g r e e m e n t ，t om a s t e r t h er e l a t e dp r i n c i p l e sa n dp r o t o c o l so fw i r e l e s s - s e n s o r - n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n u s i r g s o p h i s t i c a t e dw i r e l e s s s e n s o r - n e t w o r kp r o t o c o ls t a c k ，t h ep a p e rd e s i g n e s c l a s s r o o m e n e r g yc o n t r o ls y s t e m ，n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ，a sw e l la sn e t w o r km a n a g e m e n t a n d 山东人学硕十学位论文 s e r v i c e t h r o u g hc h a n n e ls c a n n i n g , c a r r i e rs e n s ec o l l i s i o na v o i d a n c em e c h a n i s m ， r e t r a n s m i s s i o nm e c h a n i s m ，a n dn o r m a ls e c u r i t ym e c h a n i s mf o r t h es y s t e m ，t h ep a p e r p r o v i d e sr e l i a b l en e t w o r ka c c e s sa n dm e d i aa c c e s st o e n s u r et h e r e l i a b i l i t yo f c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k sa n ds e c u r i t y f i n a l l y , t h ep a p e rp u t sf o r w a r da na n a l y s i st h ep r o b l e m so fc u r r e n tm e t h o d so f c l a s s r o o m e n e r g y - s a v i n gm e a s u r e m e n ta n dc o n t r 0 1 f o rs p e c i a la p p l i c a t i o n si n c l a s s r o o m s ，t h i sp a p e ru s ei n f r a r e dd e t e c t o r s ，t e m p e r a t u r ea n di l l u m i n a t i o np a r a m e t e r s ， t os t u d yt h es t r a t e g i e sa n da l g o r i t h m so fc l a s s r o o me n e r g y - s a v i n g i n n o v a t i o n so ft h i sp a p e ra le ：f i r s t l y , t h ew i r e l e s s s e n s o r - n e t w o r k ( w s n ) a p p l i c a t i o n si nc o n s t r u c t i o n sh a v ef e a t u r e si nl o wd i f f i c u l t i e so fc o n s t r u c t i n g ，l o w i n v e s t m e n t ，c o n v e n i e n to p e r a t i o n ，e a s ye x p a n s i o n ，a n de a s yf o rr e m o t em o n i t o r i n g a n dc o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s s e c o n d l y , t h i sp a p e rp r o p o s e sm o r er e l i a b l es t r a t e g i e s a n da l g o r i t h m sf o rc l a s s r o o m e n e r g y - s a v i n gc o n t r o ls y s t e m ，a n ds o l v e sm i s u s e p r o b l e m s t oc o n t r o l ，a n db a l a n c e st h ep r o b l e mb e t w e e nc o n t r o lp r e c i s i o na n d i n v e s t m e n tc o s t t h r o u g ht h et e s to ft h ew h o l es y s t e mb a s e do nt h ew s n ，i ts h o w se v i d e n t i a l r e s u l t st h a tt h es y s t e mi sf e a s i b l ea n ds a t i s f i e st h er e q u i r e m e n t so fs a v i n ge n e r g yi n u n i v e r s i t i e s k e y w o r d s ：e n e r g ys a v i n g ，w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k ，a d d r e s sa l l o c a t i o n ，t r e e r o u t i n g ，r e a l - t i m eo p e r a t i n gs y s t e m i v 山东人学硕十学何沦文 缩略词 w s nw i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k无线传感器网络 g s mg l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s全球移动通讯系统 c a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s sw i t h c s m a c d 载波侦听多点接入冲突检测 c o l l i s i o nd e r e c t i o n c a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s sw i t h c s m a c a 载波侦听多路访闯冲突避免 c o l l i s i o na v o i d a n c e p h y p h y s i c a ll a y e r 物理层 m a cm e d i aa c c e s sc o n t r 0 1媒体访问控制层 g t sg u a r a n t e e dt i m es l o t时槽保障机制 w p a n sw i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k s无线个人区域网 r f dr e d u c e d f u n c t i o nd e v i c e 简化功能器件 m c um i c r oc o n t r o l l e ru n i t微控制器 i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c s i e e e美国电气和电子i ：科师协会 e n g i n e e r s p i c p e r i p h e r a li n t e r f a c ec o n t r o l l e r 外同接口控制器 t t lt r a n s i s t o r - t r a n s i s t o rl o g i c品体管品体管逻辑电路 i r d al n f r a r e dd a t aa s s o c i a t i o n是红外数据组织 u w b u l t r a w i d e b a n d 超宽带 r t o sr e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e m 嵌入式实时操作系统 v i j l 东人学硕十学何论文 l j i 东人学硕十学何沦文 1 1 课题背景及意义 第一章绪论 中国是能源严重短缺的国家。石油、天然气人均剩余可采储量仅有世界平均 水平的7 7 和7 1 ，储量比较丰富的煤炭也只有世界平均水平的5 8 6 。近年 来能源消费急剧增长，供需矛盾同益突出，已经成为中国经济社会持续发展的最 大制约，直接威胁国家经济安全。建设节能型社会，促进经济可持续性发展，是 实现全面小康社会宏伟目标，构建和谐社会的重要基础保障。 对于建筑物节能来讲，不同的用途的建筑物对节能产品的要求也不尽相同， 但节能技术具有普遍的使用意义。研究建筑物节能技术，本文采取了以教室节能 为背景的研究方式，通过分析教室节能的特点，设计基于w s n 的教室节能管理 系统。通过对w s n 在教室节能中的应用研究，为其他建筑物节能提供了一种可 靠的节能管理方案。 随着国民经济的快速发展和社会进步，高等教育也迅速发展，校园规模伴随 受教育者的数量增加而不断扩大，教室的数量也大幅度增加。为了能够给学校师 生提供一个舒适的教学和学习环境，学校在教室面积、教学设施、照明、取暖、 制冷等方面投入了大量的财力、物力。长期以来，由于大学丌放型的管理模式， 全员节能意识的淡薄，教室等教学设施管理不到位，导致高校的教室经常出现“白 天”长明灯和“夜晚长明灯”现象。白天室内照度很高的情况下，教室的灯仍然普 遍开着；即使室内无人或人数很少的情况下，也是全部开启室内照明；夜间许多 教室，即使仅有几个学生在教室自习，但室内照明全部开启，绝不会有师生因为 只有少数人而仅开几盏灯；晚上下了晚自习后，由于学生的责任心和管理人员的 管理缺失，导致夜间长明灯比比皆是；在夏天，教室的风扇、空调也存在无人的 情况下一直丌着。种种有形和无形的浪费，大大加重了学校办公费用。据统计， 高校的水电支出约占全校运行经费支出的1 件一1 5 ，电费支出占据较重比例。其 中主要能耗浪费较大的是教室照明、风扇及空调的使用。教室照明的浪费源自白 天、夜晚的长明灯、不合理使用照明以及旧灯管的不及时更换。 近几年来，节约社会能源的观念逐渐深入人心，高校节能工作也在全国各地 山东人学硕+ 学位论文 蓬勃开展起来。按照国标的规定，教室照明的功率密度约为1 0 w m 2 【1 1 。假设教 室的平均面积为1 0 0m 2 ，则照明负荷约为l k w 。如果每天正常使用时间为1 5 小 时，则一天每间教室的用电量为l k w 1 5 h = 1 5k w h ，学生年在校为2 7 0 天，则 年用电量约为4 0 5 0 k w h 。如果学校按照1 0 0m 2 折合教室数量为2 0 0 问，则照明 用电量为8 l 万度左右。若节电率以平均3 0 计算，则一年可节电2 4 3 力度，可 节约电费1 5 - - - 2 0 万元右，以上估算尚未包括线损和灯具长时间开启而损坏的部 分。由此看出，教室节能无论是对减少办公支出还是节省能源都有重要意义。 本文经过研究当f i 高校教室节能管理的方法、措施，针对节能控制器存在成 本高、实施困难、效果差的问题，利用无线传感器网络技术，融合现代检测、控 制及通信技术，参照i e e e8 0 2 15 4 标准开发了一套教室无线节能管理系统。该 系统通过检测教室温度、照度及人员数量情况以及照度，结合时i 、b j 对教室的灯光、 j x l 扇、空调实施控制，杜绝白天、夜晚的长明灯现象。同时该系统能够采集每个 教室的温度、照度及人员流量参数，通过多跳中继的方式传输到教室管理中心， 通过管理软件进行统计、分析教室的使用频率，合理安排教室的使用情况。系统 采用三级网络结构，检测控制网络通过无线传感器网络技术实现，由每个教学楼 的管理平台通过i n t e m e t 或g s m 连接到学校后勤管理中心，实现远程管理。保 证教室的照明、j x l 扇、空调在满足正常的教学、学习要求下，尽可能提高教室的 利用率，节省能源，减少运行费用。该系统具有低成本、免布线、施工方便、安 全、可靠的特点，不但适合新建教室的节能监控和既有教室的节能改造，而且还 可以应用于宾馆、办公室等公共建筑节能管理。 1 2 目前国内外发展情况 1 2 1 高校教室节能管理发展现状 随着节能意识的深入，高校节能开始逐步展丌。很多节能措施、节能产品应 运而生，针对高校教室使用过程中存在的能源浪费现象，高校后勤采取多种措施， 实施节能方案，主要措施如下： 1 ) 宣传节能知识，加强管理 后勤部门通过提高师生节能意识，聘用人员专门对教室的照明、风扇、空调 2 【j i 尔人导：硕 ：号：何论文 进行管理以及进行电费承包等措施对教室进行管理，但终究没能长久峰持下去， 没有取得理想效果。首先，从生理上来看，当外界光照强度超过灯具光照度时， 人眼就很难察觉有灯存在；其次，从心理上来看，教师和学生精力集中于教学和 学习上，不可能分心来观察教室光照度的变化，也就不可能主动去关灯；再次， 专门管理人员很难了解各个楼层，各个朝向教室的实际情况，加上个人认知差异 的影响，很难做出准确的判断，由他们来负责开启和关闭灯具，不是关灯太早或 丌灯太晚造成学生看不清楚，就是关灯太晚或丌灯太早而造成浪费；最后，管理 人员的素质千差力别，个体差异还可能导致矛盾激化。 2 ) 采用计算机或单片机对教学区供电实施分时管理 采用计算机、单片机对教学区实施用电分时控制【2 1 。该方法解决了课余时间 的长明灯现象，但教学时i 日j 内无法解决不合理用电的浪费现象，例如白天在室内 照度很好的情况下丌灯现象。 3 ) 利用红外智能丌关对教室照明的每组灯进行细化控制 该方法实现白天室内照度达标灯不开，室内无人灯自灭，实现了高校教室照 明终端自动控制【3 4 1 。红外智能丌关从一定程度上解决了部分浪费现象，但对每 盏灯都进行精确控制的同时带来了一系列问剧5 】：首先，光照度难以保证。整个 教室的照度是根据房间面积设计的，只开一盏或2 盏灯，是很难保证照度满足国 标要求。在这种环境下学习，眼睛很容易疲劳，不但影响学习效果，长此以往， 必将对学生视力造成无可挽回的损害。其次，灯具容易老化。通过频繁地关闭灯 具来节能，势必要使这些灯具要根据人员情况的变化及时地开启或关闭。教室照 明一般使用的是同光灯，启动时，依靠的是加热灯丝上涂覆的氧化物产生的电子 来启辉的，每启动一次，氧化物就消耗一些，如果消耗尽，日光灯就不能点亮而 报废了。过于精细的控制，导致灯具起动过于频繁，容易造成灯管的提前老化， 严重缩短寿命，出现“节电不节钱”的现象。最后，容易出现错误控制。单纯依靠 单个红外传感器来实施独立的灯具控制，会出现误操作，特别是当学生安静学习 时候，控制器单纯的误认为没有人。 4 ) 利用电力载波技术，实现教学楼或教学区的教室照明控制 基于电力线载波多机通信的智能教室节能系统设计，突破了目l j i 大多数教室 节能控制器只针对单i 日j 教室节能控制的局限性，实现整个教学楼乃至整个教学区 山尔人亨：硕十学位论文 教室照明设备的集中控制【6 1 。该方法通过安装在门两侧的热