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摘 要：针对现有教室电力浪费严重、教室资源配置不合理等现象，本文章提出了一种基于座位排位的新型智能电力控制系统。系统实现了根据教室的人员分布自动控制灯的开关，同时将座位信息上传至网络服务器供学生自习查询，实时显示教室人数供老师点名参考。从而有效的进行电量控制和资源的合理配置，缓解高校电力浪费的情况。在节约资源及教学效率方面都具有非常重大的意义。
关键词：新型；自动控制；智能；电力；信号
随着近年来高校在校人数的不断增加，教室的管理出了很多难题。如不对教室加以管理，将所有的教室资源开放给所有学生，一方面会加大教学楼管理人员、清洁人员的管理难度，另一方面也是对资源的浪费。教学区为学校用电的重要组成部分，用电量十分巨大。据统计，教学区用电量达高校用电量百分之二十，夏季更是达百分之三十二，而教学区的用电很大部分都是教室资源配置不合理所造成的，教室经常出现人员较少但灯火通明的情况，同时人走灯不关的情况也时有发生，浪费了巨大电量。所以提供一种好的电力控制系统对于能源与资金的节约具有重大意义。
1 现有的教室控制系统
现有的教室控制系统通过教室摄像头图像采集，WPF作为系统框架，基于对深度学习算法的改进实现进行图像处理与分析工作，获得教室图片中实际自习的学生人数等数据信息，判断教室人数，依据教室人数来判断是否接通教室电源。
这种方案只可大致估计教室人数，教室人员流动较大，现有的图像识别算法很难实现对数目的具体统计，当光线较暗时摄像头对人的识别会出现误判，例如将较暗状态下的书包和其他椭圆状物体误判为学生，造成人员统计错误，使电力控制系统错误的进行电路的通断。此方法因为有摄像头，所以必须有PC端一直处于工作状态，又造成另外一方面的能量损耗；同时摄像头只能识别人数，不能对人员的分布进行准确分区，实现教室电力系统的分区控制，当教室人员较少时也将电力系统全部打开，造成资源浪费和能量损失。
2 教室智能电力控制系统设计思路
整个教室智能电力控制系统主要由发电装置、信号接收发射装置组成。系统利用每个人坐下时的重力势能发电，用于信号传感器信号发射的电流激励，通过各发射器发射不同频率的信号，由接收器和控制器进行数据接收和处理，对教室座位信息进行识别，并由座位信息及座位数据的来源来控制相应分区的电力通断情况，来实现自动断电。并将教室数据发送至云服务器，通过微信小程序可以随时查询教室的利用情况。
2.1 发电系统
2.1.1发电机结构设计
发电机结构部分包括金属连接件、机构外壳、圆形齿轮、直流发电机、T型内齿轮、弧形弹簧、端盖固定螺母。金属连接件通过螺栓固定于座椅转轴，通过榫卯结构与T型内齿轮连接。T型内齿轮与微型直流发电机配合的圆形齿轮啮合。人坐下时带动桌椅的轴转动，使金属连接器带动T型内齿轮转动，通过齿轮传动使微型直流电动机产生正向电压。弧形弹簧两端分别与端部固定螺母和T型内齿轮产生应力，形变后会产生一个使之复原的力，并带动微型电机反向转动，产生反向电流。
2.1.2发电机电路设计
发电机电路采用微型永磁直流电机发电电源，齿轮带动永磁电机发电给无限波信号发射器提供不同方向的电流激励。永磁直流电机成本低，价格便宜，可以大量使用，同时不同转向时可提供不同方向的电压。
2.2 信号发射器
信号发射电路采用OOK调制电路，OOK调制是载波的振幅随着数字基带信号而变化的数字调制。在家庭自动化、工业网络、无线基站、遥控钥匙门禁（RKE）和胎压检测系统（TPMS）等系统中，基本上都使用了这种电路。
2.3 接收装置设计
2.3.1信号接收
信号接收采用的电磁波接收器配备了性能可靠的一体化接收头，在其接收到脉冲串信号后，对信号进行放大、检波、整形，得到TTL电平的编码信号。
2.3.2信号处理
编码信号传送给电磁波解码芯片，解码芯片对二进制编码波形进行解码。二进制信号数据格式与一般32位编码信号相似：前两段八位编码为用户码和用户反码，用于记录接受电磁波设备；后两段为数据码和数据反码，用于记录该键（所对应的座位）的分区及位置，数据反码用于数据纠错。解码后的电子信号通過有线传输传给计算机终端。
2.3.3 控制系统
控制器系统包括照明控制模块、风扇空调控制模块、电灯延时模块、照明控制模块。通过对接收器传输的座位信息进行处理，结合各分区人数并与当时环境情况综合判断，来控制电灯的开与关。风扇空调控制模块通过空调自带的感温模块信息反馈与接收器座位信息综合，控制教室风扇与空调的自动打开与关闭。电灯延时模块包括手动控制开关与处理器，若系统仅由时间信息判断可能出现误判（例如白天光线不好时）。基于以上误判，人员可通过手动延时模块手动控制，打开电灯，延时一段时间，若有人坐下则一直打开；人离开后再延时小一段时间关闭，方便人员离开时的照明。
3 该教室智能控制系统的创新性
相比于现有电力控制系统，省去了众多的检测传感器，直接将教室座位信息作为电力控制数据源，不仅大大提高了人员数据准确性，同时首次将人坐下座位时产生的重力势能巧妙利用，用于信号发射器的信号发射电流激励作用，省去传统传感器电量的大量浪费。利用RFID技术，采用无线射频传输，省去了复杂的布线过程和成本，易于实现和改装。与互联网技术相结合，实时位置数据共享，提高教室资源利用率。总体实现电力的自动控制，杜绝了人走电未断所造成的电力损失，同时减少了电器长时间工作所带来的硬件损耗、电器老化等损失，符合节能减排目标。提高了控制的自动化程度，也节省了人力、物力，具有现阶段教室电力控制系统无法比拟的优越性。
参考文献
[1]于超.基于RFID的智能教室管理系统的设计与实现[D].[吉林大学出版社]： 吉林大学，2015.
[2]聂丽锦.高校公共教室照明控制的智能化改进研究[D].山东大学，2016.
[3]陈子光，胡元太，杨嘉实.基于扭转模态的角振动压电俘能器研究[J].应用数学和力学，2007，卷缺失（6）：693-698.
[4]苏卫国.智能电网建设与电力市场发展分析[J].科技创新与应用，2012，卷缺失（31）：145-146.
关键词：新型；自动控制；智能；电力；信号
随着近年来高校在校人数的不断增加，教室的管理出了很多难题。如不对教室加以管理，将所有的教室资源开放给所有学生，一方面会加大教学楼管理人员、清洁人员的管理难度，另一方面也是对资源的浪费。教学区为学校用电的重要组成部分，用电量十分巨大。据统计，教学区用电量达高校用电量百分之二十，夏季更是达百分之三十二，而教学区的用电很大部分都是教室资源配置不合理所造成的，教室经常出现人员较少但灯火通明的情况，同时人走灯不关的情况也时有发生，浪费了巨大电量。所以提供一种好的电力控制系统对于能源与资金的节约具有重大意义。
1 现有的教室控制系统
现有的教室控制系统通过教室摄像头图像采集，WPF作为系统框架，基于对深度学习算法的改进实现进行图像处理与分析工作，获得教室图片中实际自习的学生人数等数据信息，判断教室人数，依据教室人数来判断是否接通教室电源。
这种方案只可大致估计教室人数，教室人员流动较大，现有的图像识别算法很难实现对数目的具体统计，当光线较暗时摄像头对人的识别会出现误判，例如将较暗状态下的书包和其他椭圆状物体误判为学生，造成人员统计错误，使电力控制系统错误的进行电路的通断。此方法因为有摄像头，所以必须有PC端一直处于工作状态，又造成另外一方面的能量损耗；同时摄像头只能识别人数，不能对人员的分布进行准确分区，实现教室电力系统的分区控制，当教室人员较少时也将电力系统全部打开，造成资源浪费和能量损失。
2 教室智能电力控制系统设计思路
整个教室智能电力控制系统主要由发电装置、信号接收发射装置组成。系统利用每个人坐下时的重力势能发电，用于信号传感器信号发射的电流激励，通过各发射器发射不同频率的信号，由接收器和控制器进行数据接收和处理，对教室座位信息进行识别，并由座位信息及座位数据的来源来控制相应分区的电力通断情况，来实现自动断电。并将教室数据发送至云服务器，通过微信小程序可以随时查询教室的利用情况。
2.1 发电系统
2.1.1发电机结构设计
发电机结构部分包括金属连接件、机构外壳、圆形齿轮、直流发电机、T型内齿轮、弧形弹簧、端盖固定螺母。金属连接件通过螺栓固定于座椅转轴，通过榫卯结构与T型内齿轮连接。T型内齿轮与微型直流发电机配合的圆形齿轮啮合。人坐下时带动桌椅的轴转动，使金属连接器带动T型内齿轮转动，通过齿轮传动使微型直流电动机产生正向电压。弧形弹簧两端分别与端部固定螺母和T型内齿轮产生应力，形变后会产生一个使之复原的力，并带动微型电机反向转动，产生反向电流。
2.1.2发电机电路设计
发电机电路采用微型永磁直流电机发电电源，齿轮带动永磁电机发电给无限波信号发射器提供不同方向的电流激励。永磁直流电机成本低，价格便宜，可以大量使用，同时不同转向时可提供不同方向的电压。
2.2 信号发射器
信号发射电路采用OOK调制电路，OOK调制是载波的振幅随着数字基带信号而变化的数字调制。在家庭自动化、工业网络、无线基站、遥控钥匙门禁（RKE）和胎压检测系统（TPMS）等系统中，基本上都使用了这种电路。
2.3 接收装置设计
2.3.1信号接收
信号接收采用的电磁波接收器配备了性能可靠的一体化接收头，在其接收到脉冲串信号后，对信号进行放大、检波、整形，得到TTL电平的编码信号。
2.3.2信号处理
编码信号传送给电磁波解码芯片，解码芯片对二进制编码波形进行解码。二进制信号数据格式与一般32位编码信号相似：前两段八位编码为用户码和用户反码，用于记录接受电磁波设备；后两段为数据码和数据反码，用于记录该键（所对应的座位）的分区及位置，数据反码用于数据纠错。解码后的电子信号通過有线传输传给计算机终端。
2.3.3 控制系统
控制器系统包括照明控制模块、风扇空调控制模块、电灯延时模块、照明控制模块。通过对接收器传输的座位信息进行处理，结合各分区人数并与当时环境情况综合判断，来控制电灯的开与关。风扇空调控制模块通过空调自带的感温模块信息反馈与接收器座位信息综合，控制教室风扇与空调的自动打开与关闭。电灯延时模块包括手动控制开关与处理器，若系统仅由时间信息判断可能出现误判（例如白天光线不好时）。基于以上误判，人员可通过手动延时模块手动控制，打开电灯，延时一段时间，若有人坐下则一直打开；人离开后再延时小一段时间关闭，方便人员离开时的照明。
3 该教室智能控制系统的创新性
相比于现有电力控制系统，省去了众多的检测传感器，直接将教室座位信息作为电力控制数据源，不仅大大提高了人员数据准确性，同时首次将人坐下座位时产生的重力势能巧妙利用，用于信号发射器的信号发射电流激励作用，省去传统传感器电量的大量浪费。利用RFID技术，采用无线射频传输，省去了复杂的布线过程和成本，易于实现和改装。与互联网技术相结合，实时位置数据共享，提高教室资源利用率。总体实现电力的自动控制，杜绝了人走电未断所造成的电力损失，同时减少了电器长时间工作所带来的硬件损耗、电器老化等损失，符合节能减排目标。提高了控制的自动化程度，也节省了人力、物力，具有现阶段教室电力控制系统无法比拟的优越性。
参考文献
[1]于超.基于RFID的智能教室管理系统的设计与实现[D].[吉林大学出版社]： 吉林大学，2015.
[2]聂丽锦.高校公共教室照明控制的智能化改进研究[D].山东大学，2016.
[3]陈子光，胡元太，杨嘉实.基于扭转模态的角振动压电俘能器研究[J].应用数学和力学，2007，卷缺失（6）：693-698.
[4]苏卫国.智能电网建设与电力市场发展分析[J].科技创新与应用，2012，卷缺失（31）：145-146.