TRIZ理論在教室分區(qū)域照明控制系統(tǒng)研究中的應用

滕海坤 梁欣欣 蔣翊彬 黑河學院計算機與信息工程學院

1 前言

習近平總書記在2017年新年賀詞中提到過“打造人類命運共同體”這一理念；同時也強調(diào)“綠水青山就是金山銀山”這一概念的重要性，共建“人類命運共同體”，打造“綠水青山”，那么我們就應該從源頭和使用中節(jié)約資源、避免浪費。據(jù)了解，目前我國高校教室照明都采用手動開關控制，這就存在“人走燈不滅”的可能性，即使加強了用電管理，也沒有從根源上解決問題，從而造成電力資源的浪費；同時，教室中只有一人或部分人活動，整個教室的燈都亮著，這樣沒有人的區(qū)域，就造成了資源的浪費。因此，為了解決上述問題，本文利用TRIZ理論設計了一款基于單片機的教室分區(qū)域照明控制系統(tǒng)，將照明分區(qū)域化，既方便了學校的管理，也更高效的達到節(jié)能、環(huán)保的目的[1][2]。

2 工作原理

該照明控制系統(tǒng)首先由光敏電阻傳感器感應教室區(qū)域內(nèi)的光線強度，再用紅外傳感器發(fā)射紅外信號感應教室里是否有人。如果教室內(nèi)光線強度低于設定值同時感應到教室內(nèi)有人，再將這些信息經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換傳送到控制單元STC89C52單片機，通過設定的控制程序?qū)τ腥藚^(qū)域的照明設施進行控制，并且將相關用電情況顯示在液晶屏上[3]。當系統(tǒng)檢測到教室內(nèi)無人或者教室內(nèi)光線強度高于設定值，教室內(nèi)的整個照明設置都不會亮，無需人手動控制開關，達到達節(jié)能、環(huán)保的效果[4][5]。系統(tǒng)總體組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體組成框圖

3 應用TRIZ的解決思路

3.1 系統(tǒng)完備性法則

一個完整的控制系統(tǒng)應具有執(zhí)行功能、傳動功能、能源功能和控制功能等集中功能。本文利用TRIZ理論中的完備性法則判斷整個系統(tǒng)都包含哪些執(zhí)行裝置、傳動裝置、動力裝置、能量源、控制裝置和產(chǎn)品組成[6]。系統(tǒng)完備性法則如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)完備性法則

3.2 組件分析

使用TRIZ理論中功能分析法中組件分析對系統(tǒng)進行深度的剖析，將本系統(tǒng)與超系統(tǒng)有條理的羅列出來，條理清晰，層次分明。本系統(tǒng)包括的組件及其他因素如表1和表2所示。

表1 系統(tǒng)組件

表2 超系統(tǒng)組件

3.3 九屏幕圖

九屏幕圖法是TRIZ理論中提出的一種克服思維慣性的創(chuàng)新思維方法。同時也是技術創(chuàng)新過程中廣泛應用于解決工程問題的一種有效工具[7]。本文利用九屏幕圖涉及到系統(tǒng)的現(xiàn)在、過去和未來等九個方面，使作者能夠從更廣的視角多方面、多層次和多維度系統(tǒng)地看待問題，從而更好地解決創(chuàng)新問題。從本文來講，教室等辦公場所的燈早期使用開關控制，遙控器逐步取代了開關，進而用傳感器感應人體來開關燈，拒絕“人走電未停”的現(xiàn)象，再到分區(qū)域的控制，實現(xiàn)“電力資源絲毫不浪費”的理念。教室分區(qū)域照明系統(tǒng)的九屏幕圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)的九屏幕圖

3.4 資源分析

TRIZ理論認為：解決創(chuàng)新問題必須指明“給定的條件”和要求“應得的結(jié)果”。本文使用資源分析法對系統(tǒng)需求的資源進行詳細分析，做到低成本、低功耗，符合當代環(huán)保的時代特征。如表3和表4所示。

表3 選擇資源的順序

表4 所占用的資源

3.5 方案生成

根據(jù)TRIZ理論中的系統(tǒng)完備性法則、組件分析、九屏幕圖和資源分析，結(jié)合實際需求，最終確定本系統(tǒng)的設計方案，并得出試驗品，經(jīng)操作人員實際使用，從組裝過程到節(jié)能各方面指標都滿足當前的節(jié)能需求。

4 結(jié)束語

照明節(jié)能是一項綠色環(huán)保的實踐工程，其意義較為深遠，有廣闊的發(fā)展空間。本文中所述的教室分區(qū)域照明控制系統(tǒng)，適用于學校等大型室內(nèi)場所的照明智能控制，可以有效地對教室照明燈分區(qū)域智能控制，減少電能浪費，提高資源利用率。而TRIZ創(chuàng)新理論作為創(chuàng)新方法的一種，在解決實際問題、產(chǎn)品改進、新產(chǎn)品研發(fā)等方面起到了積極作用。本文利用這一創(chuàng)造性的思維方法，結(jié)合現(xiàn)有的解決方案存在的現(xiàn)實問題進行創(chuàng)新性的解決，并進一步對整個裝置進行創(chuàng)造研發(fā)，最終設計出一個具有創(chuàng)新性、實用性、智能化的設計方案。

[1]曹福全.創(chuàng)新思維與方法概論[M].黑龍江教育出版社，2009

[2]仇成，馮俊文，郭春明.TRIZ與可拓學的比較研究[J].工業(yè)技術經(jīng)濟，2007

[3]周康，張文斌.楊峰基于STM32的教室智能燈控系統(tǒng)設計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2016

[4]郭申，宋寅卯.建筑照明節(jié)能控制技術[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2015

[5]王靚，朱瑞華.教學樓宇智能照明控制管理系統(tǒng)的設計[J].現(xiàn)代電子技術，2015

[6]孫超等.基于TRIZ理論下的節(jié)能裝置設計與分析[J].時代農(nóng)機，2017

[7]邊義祥，丁淵.TRIZ機械創(chuàng)新設計方法的教學軟件設計[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2016