上海娄山中学用智能灯光点亮创新教育

　　日前，由上海市教委等十部门举办的2022年上海市青少年“双碳”方案提案大赛正式收官!根据大赛评审要求及专家评委的初审和复审意见，上海市娄山中学选送的《基于Arduino单片机的教室智能照明系统设计》与来自全市115所大中小学校的团队同台竞技，最终斩获总决赛一等奖。

　　来自八(4)班蔡弈凡和郑楚煌两位同学组成的“smart”团队通过对学校教室灯光系统探究和二次设计，探寻护眼和节能的(píng)衡点，获得评委的一致好评。让我们一起走近两位获奖同学，倾听他们的设计初心!

　　设计理念

　　从早上第一个同学进入教室打开教室所有的灯，到放学最后一个同学离开关上灯，近10个小时的时间，教室的照明灯常常一开就是一整天，即使天气晴朗或者是教室人少的情况也是如此。

　　照明浪费现象背后的资源消耗和污染物的排放问题值得关注。我国虽然是能源大国，但是人均能源储备量却小，仍以火力发电为主要的发电方式，如2022年8月，火力发电占到全国发电的72.6%。通过查阅资料发现通过燃烧煤炭进行火力发电，既要消耗大量能源又要排放大量污染物，教室照明每节约一度电就可以减少997克的二氧化碳排放。

图1

　　有没有办法可以使得教室照明更加“聪明”呢?人工智能来助力!

　　“SMART”小组基于教室原有的照明控制系统，根据学生在班级人数变化，运用 arduino 单片机技术设计 2 种教室智能照明系统并进行仿真模拟，达到根据不同条件自动调节局部灯光亮度，既能低碳节能减排，又能满足教室照明的需求。

　　智能计数与照明亮度自动调节系统在教室每个座位上安装一枚电阻式薄膜压力传感器，通过传感器检测压力达到计算区域内人数的功能，系统根据事先设定好的数值调整上方灯具的开关与照明亮度。

图2 智能计数与照明亮度自动调节系统流程图

　　设计利用乐高型积木拼搭教室模型，KT 板做天花板，天花板中间安装 LED 灯，每个座位上贴上一枚电阻式薄膜压力传感器，玩偶模拟学生并进行仿真模拟，经过系统仿真与调试，实现了智能计数下的照明亮度自动调节。

图3 智能计数与照明亮度自动调节系统仿真与调试效果

　　智能感光与照明恒亮度自动调节系统则是在教室照明灯具安装光敏电阻光照亮度检测模块，检测相应范围的光照亮度是否超过超过恒亮度范围，自动关闭或调整灯具亮度，使该区域光照亮度能处于恒亮度值范围。

图4 智能感光与照明亮度自动调节系统流程图

　　在教室模型天花板上安装光敏电阻，用拉开/拉上窗帘模拟室外光线变化，经过系统仿真与调试，智能感光的照明亮度自动调节也得到实现。

图5 智能感光与照明亮度自动调节系统仿真与调试效果

　　“SMART”小组的设计也适用于大学自修教室、图书馆等场所达到，自动控制照明开关与亮度达到节电的效果，减少能源的消耗和污染物的排放，做到低碳节能减排。

　　娄山智能灯光

　　娄山中学在建设“智慧校园”的同时也非常重视学生的近视防控，努力改善学生的用眼环境，学校的灯光全部改造成智能灯光，根据不同的学习场景，有六种模式可以变换调节,且全部接入物联中心方便统一管理，学校也因此获颁上海市儿童青少年近视防控示范校称号。

　　新的形势和变化催生新的关注点和创新点，此次奖项的评选具有实验性、典型性，学校将紧跟时代潮流，统筹布局，坚持“五育并举”，加强对学生“健康、生态、智能”等方面综合素养的教育学习。

来源：上海市娄山中学