便携式室内照度舒适度测试系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

1879年，科学家爱迪生发明了白炽灯，人类世界从此大放光明，黑夜如白昼，极大地方便了人们的夜间生产生活，大大地提高了生产效率，世界向现代化迈出了重要的一步。由此可见，拥有良好的照明设备对人类社会发展的重要性。然而随着社会科技水平的快速发展和人们生活水平的日益提高，人类美好生活的需求体现在生活的方方面面，逐渐室内照明就不仅仅满足于照的亮、看得见，越来越多的人开始关注室内照明的舒适性的问题，因此设计一个便携式室内照度舒适度测试系统是十分必要的。

互联网行业兴起和后疫情时代的到来，人们待在室内的时间显著增加，对着电脑工作、上课时，一个合适的室内照度有助于人们的精神集中。2023年中国青少年近视发病率位居世界第二。在青少年学习时，将室内照度调整到最适合用眼的值，能在一定程度上保护视力，有利于青少年的健康成长。对于有儿童的家庭来说，拥有一个便携式室内照度舒适度系统更是必要的。一个合适的照度可以帮助孩子提高睡眠质量也可以帮助孩子在用眼时保护视力。而便携式系统携带方便，使用方便，任何时间地点都可以使用它来调整室内照度。除此之外，便携式室内照度舒适度测试系统还可以智能地满足人们氛围营造的需求，如约会时的浪漫氛围和观影时的沉浸氛围。不仅如此，便携式室内照度舒适度测试系统还能帮助人们放松身心。一个舒适的、科学的、合理的室内照度，对个人的健康发展和社会的稳步向前都是大有裨益的，所以开展室内照度研究和舒适度测试研究是具有重要现实意义的。

在研究控制建筑内相关系统时，常见的方法有模糊控制、pid控制等，但是这些传统方法在控制较为复杂的系统或多个被控对象时存在收敛速度慢或者收敛性能较差等缺点。针对此问题，提出了一种基于同策蒙特卡罗(on—policy montecarlo，0mc)算法的控制器，用于控制建筑内的相关设备，在提供室内人员最基本环境需求的同时提高室内环境舒适度。蒙特卡罗算法是强化学习里的一种算法，通过状态和动作得到奖赏值从而评估策略的好坏[1]。针对优化室内照度问题,以多目标优化理论为基础，将目标建立成与灯具调光水平相关的数学模型，通过多目标遗传算法计算每个灯具的最佳调光水平，以实现室内照明质量的优化。最后采用非支配排序遗传算法ii对室内照明进行调光优化，从而顺利解决这个问题[3]。针对开展实验问题，采用了通过广义舒适度模拟试验平台的大量人群试验，根据统计学原理，研究不同照明下人体的舒适性感受情况，建立照明与舒适度之间的关系模型的方法。同时在不同照度值、不同照度变化率以及不同频率的闪烁

光环境下，对被测人员进行问卷调查，被测试人员按照不同性别、不同年龄段进行区分调查[4]。针对照度舒适度数学模型的问题，采用了将舒适程度进行量化，转换为可以进行定量的值，再利用统计学原理进行分析，利用数学语言将视觉舒适度这个定性的量转换为定量的值。即得到照度舒适性的数学关系模型[4]。针对关于便携式室内照度舒适度测试系统产生的干扰问题，主要考虑两个方面，硬件抗干扰和软件抗干扰。硬件方面抗干扰设计的主要措施有四个方面：器件选型、去耦电容配置、布线时注意问题和隔离抗干扰。软件方面抗干扰设计的主要措施有三个方面：(1)编写上电延时程序。 (2)在非程序区设计拦截措施，迫使程序进入一个特定的地址。(3)使用良好的编程技巧[5]。针对有哪些因素会影响到照度舒适度这个问题，根据光源照明特性，设计一套基于光谱仪和亮度计装置的测量方案，搭建了不同光源布置方式的室内环境，完成了对室内环境中照度，均匀度，色温，显色性，眩光等照明舒适度指标的评估，并辅助以照明设计软件dialux进行仿真，通过对比，验证测量[6]。针对高效率的测量需求，利用 microsoft visual studio 软件开发平台，对光谱仪软件开发包进行开发，实现一个功能完善、界面美观的测量软件，配合光谱仪使用，效果达到预期[7]。针对照度适宜区间问题，文献[12]进行了实验分析。

2. 研究内容和预期目标

系统通过采集传感器所反映的关键信息，借助于控制核心和人机交互，设计相应的数据分析和计算算法，通过外部硬件电路设计，建立功能较为完备、界面友好、可以全自动运行的系统。

（1）掌握选用控制器的基本原理

（2）掌握选用控制器的硬件组成及结构

3. 研究的方法与步骤

本课题拟运用物理评价方法与心理评价相结合的照度舒适度研究方法，采用实验测试与相关问卷调查相结合的方式，建立室内照度舒适度评价标准与评价方法。基于照度舒适度的评价标准，采用单片机作为处理器、高速a/d转换器、led显示屏、光敏电阻等必要硬件，设计照度检测与综合照度舒适度评价系统。具体包括：系统的特定场景需求分析、方案设计与对比优化、硬件电路设计与优化、软件编程与调试。

其设计的主要步骤：

(1)先查阅文献了解已有的便携式室内照度舒适度测试系统的模型，单片机控制器的相关的一些书籍和材料，整理出自己论文所需要的一些重要的文献资料，分析便携式室内照度舒适度测试系统的工作特点及要求。

4. 参考文献

[1]葛双,付保川,许馨尹. 改善室内环境舒适度的一种新型控制方法. 计算机测量与控制,2018,26(9):67-71.

[2]梁梦珂. 室内不同热光环境对人体舒适度和工作效率的影响研究. 山东:青岛理工大学,2019.

[3]张坤. 基于占用和照度信息的室内照明调光策略研究. 天津:天津理工大学,2019.

5. 计划与进度安排

（1）2024-2-20～2024-3-03（2周） 查阅和总结相关背景及技术资料，进一步细化研究计划，初步提出设计方案，撰写开题报告。

（2）2024-3-06～2024-3-17（2周） 完善和优化设计方案，熟悉控制器硬件资源及编程技巧，完成器件选型。

（3）2024-3-20～2024-4-07（3周） 设计电路原理图，制订程序框图，编制控制程序。