教室光环境与教学状态动态联动的多媒体教室智能控制系统的制作方法

本发明属于教学设施，具体涉及一种教室光环境与教学状态动态联动的多媒体教室智能控制系统。

背景技术：

1、由于青少年长时间、近距离、高频率的使用手机、平板电脑、电话手表等各种电子设备，以及户外活动时间的减少，我国青少年近视患病率呈快速增长趋势，并长期处于高水平，且近视患病的发生越来越“低龄化”。据统计，我国青少年近视患病率已高达52.7％，因此对青少年的近视防控工作已经迫在眉睫。

2、光环境是影响屈光发育的重要因素，光照可通过刺激视网膜促进多巴胺的分泌，进而减少眼轴的轴向伸长，这是光照影响或抑制近视发生的可能通道。通常，青少年在教室学习时间占在校时间的70％～80％，因此教室的光环境质量将直接关系到青少年的近视防控效果。

3、现有技术中，教室的光环境通常受照明灯的工作状态以及窗帘的遮蔽状态影响，其中照明灯大部分是通过人工来控制光照强度，而更为简单的仅仅能控制其开关状态，但是由于每天的中午、傍晚等不同时间以及天气的突然变化，将导致教室内的自然光强度也随之变化，此时通过人工控制照明灯难以保证教室内光照强度的均衡，容易产生教室内过亮或过暗的情况发生。另外，现有的窗帘通常是设置在窗户顶部，并通过手动控制窗帘的升降，而为了遮挡窗户外部经过的行人以及景物以防止对学习产生干扰，需要将窗帘全部手动下放以将窗户完全遮挡，但是如此会影响窗户的采光，而当课间休息时，为了给学生提供宽敞便于远眺的视野，又需要将窗帘手动部分或全部拉起，操作十分麻烦。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种教室光环境与教学状态动态联动的多媒体教室智能控制系统，其可根据教室内学生和教师的动态行为自动判断出多媒体教室内所处的教学状态，并自动控制窗帘和照明灯具的工作状态，以形成对应的光环境模式，使教室光环境与教学状态智能动态联动，且通过设置上升式补光窗帘替代传统的窗帘以及对光环境模式进行二次修正，可维持教室内始终处于一个稳定的光照环境，以保证多媒体教室内的光照健康和节约能源。

2、本发明通过下述技术方案实现。

3、教室光环境与教学状态动态联动的多媒体教室智能控制系统，包括内嵌于设置于黑板内的教学多媒体一体机，设置于多媒体教室内顶部的照明灯，设置于黑板正上方的黑板灯，其特征在于，还包括设置于多媒体教室两侧窗户上的上升式补光窗帘，摄像装置，视频图像信息处理分析模块，信息录入模块，教学状态分析模块，教室智能管控模块；

4、所述信息录入模块用以录入该多媒体教室对应的教师、学生人脸信息；

5、所述上升式补光窗帘包括能从窗户底部自动升起或下降的窗帘布，设置于窗帘布面向多媒体教室一侧表面的led柔性灯带，设置于多媒体教室内靠近窗户处的补光传感器；所述补光传感器用以实时监测对应位置窗户的窗帘布升起前后的光照强度差值作为补光强度值，并将补光强度值发送至教室智能管控模块；

6、所述摄像装置用于实时拍摄获取多媒体教室内的视频图像，并将视频图像信息发送至视频图像信息处理分析模块；

7、所述视频图像信息处理分析模块包括：用以对接收到的视频图像信息进行分析和处理，以获得多媒体教室内的人员数量信息、人员行为信息和实时光环境信息，并将人员数量信息、人员行为信息发送至教学状态分析模块以及将实时光环境信息发送至教室智能管控模块；用以基于信息录入模块录入的教师、学生人脸信息，对视频图像信息中的人脸进行识别，以获得人员身份信息并发送至教学状态分析模块；

8、所述教学状态分析模块用以对人员数量信息、人员行为信息和人员身份信息进行分析统计，以判断多媒体教室内当前所处的教学状态，并将教学状态信息发送至教室智能管控模块；所述教学状态包括离休状态、午休状态、下课状态、自习状态和上课状态；

9、所述教室智能管控模块包括：用以接收和识别教学状态信息，并根据多媒体教室内当前所处的教学状态，发出指令先控制窗帘布的升降以调节窗帘遮蔽状态，之后再控制照明灯、黑板灯和led柔性灯带的开关，且在开启led柔性灯带时调节led柔性灯带的光照强度与补光强度值相同以调节教室照明状态，进而使多媒体教室的光环境模式匹配当前的教学状态；用以当多媒体教室内处于上课或自习状态时，根据实时光环境信息，发出指令控制照明灯、黑板灯和led柔性灯带的照度和控制窗帘布的升降，对当前光环境模式的窗帘遮蔽状态和/或教室照明状态进行二次调节。

10、优选的，所述摄像装置包括设置于多媒体教室内远离黑板一侧的后置摄像头以及设置于多媒体教室内靠近黑板一侧的前置摄像头。

11、优选的，所述上升式补光窗帘还包括设置于窗户下方的窗帘卷筒，设置于窗户上方两侧的窗帘卷轮，窗帘拉绳，驱动机构；所述窗帘布下端绕设于窗帘卷筒上，所述窗帘布上端两侧通过窗帘拉绳与窗帘卷轮连接，所述驱动机构驱动窗帘卷筒和窗帘卷轮转动，并通过窗帘拉绳的配合，以带动窗帘布从窗户底部升起或下降。

12、优选的，判断多媒体教室内当前所处的教学状态的方法为：当人员数量信息中人员数量为0时，则多媒体教室内处于离休状态；当人员数量信息中人员数量大于0，且人员行为信息中趴坐的学生数量大于i时，则多媒体教室内处于午休状态；当人员数量信息中人员数量大于0，且人员行为信息中离座的学生数量大于j时，则多媒体教室内处于下课状态；当人员数量信息中人员数量大于0，且人员行为信息中离座的学生数量小于k，以及人员身份信息中不包含有教师时，则多媒体教室内处于自习状态；当人员数量信息中人员数量大于0，且人员行为信息中无学生离座以及人员身份信息中包含有教师时，则多媒体教室内处于上课状态。

13、优选的，所述多媒体教室的光环境模式与教学状态的匹配关系为：

14、当多媒体教室内处于离休状态时，对应的光环境模式为窗帘布收起，黑板灯、照明灯和led柔性灯带关闭；

15、当多媒体教室内处于午休状态时，对应的光环境模式为窗帘布全升，黑板灯、照明灯和led柔性灯带关闭；

16、当多媒体教室内处于下课状态时，对应的光环境模式为窗帘布收起，黑板灯、照明灯开启，led柔性灯带关闭；

17、当多媒体教室内处于自习状态或上课状态时，对应的光环境模式为窗帘布半升，黑板灯、照明灯和led柔性灯带开启，且led柔性灯带的光照强度与补光强度值相同。

18、优选的，所述实时光环境信息包括多媒体教室内是否眩光，多媒体教室内光照强度，教学多媒体一体机是否反光。

19、优选的，所述二次调节具体为：当多媒体教室内出一侧出现眩光时，则教室智能管控模块发出指令控制眩光对应侧的窗帘布由半升状态调节为全升状态；当多媒体教室内光照强度低于或高于正常照度预设值时，则教室智能管控模块发出指令调节照明灯和led柔性灯带的照度，以使多媒体教室内光照强度符合正常照度预设值要求；当教学多媒体一体机反光时，则教室智能管控模块发出指令控制窗帘布由半升状态调节为全升状态，同时发出指令调节照明灯、led柔性灯带的照度以及多媒体一体机的亮度，以使教学多媒体一体机的反光现象消失。

20、优选的，所述i，j，k的取值范围分别为5～10，10～15，1～5。

21、优选的，所述照明灯分区设置于多媒体教室内顶部，所述多媒体教室内划分成与照明灯分区对应的座位区；所述视频图像信息处理分析模块还包括：对每个座位区的落座学生数进行分析统计，当目标座位区和与之相邻的座位区落座学生数均为0时，则将该目标座位区的座位区号信息发送至教室智能管控模块；所述教室智能管控模块还包括：根据接收的座位区号信息，发送指令控制对应分区的照明灯关闭。

22、优选的，所述照明灯的分区数量大于12个，且各分区的大小相同并呈阵列均匀毗邻布置。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果或优点如下：1)本发明系统在应用时，其可利用图像识别技术，根据教室内学生和教师的动态行为自动判断出多媒体教室内所处的教学状态，并自动控制窗帘和照明灯具的工作状态，以形成对应的光环境模式，可使教室光环境与教学状态动态联动，以保证多媒体教室内的光照健康和节约能源，且全过程无需人工介入，智能化程度高，对不同年龄阶段如小学、初中、高中和大学的教学均能适应，具有较好的推广和应用价值。2)本发明中通过设置上升式补光窗帘，其改变了传统的窗帘由顶部下落的工作模式，窗帘只需从底部部分升起，即可遮挡室外行人或景物对学生学习的干扰，且不会完全遮蔽窗户的采光，且同时在窗帘布上设置有led柔性灯带进行补光，可弥补由于窗帘部分遮蔽造成的自然光采光损失，能维持教室内始终处于一个稳定的光照环境，与此同时系统还可根据实时光环境信息对自习或上课状态下的光环境模式进行二次修正，以应对天气变化、昼夜变化对教室光照条件产生的不良影响。