TRIZ理论在教室分区域照明控制系统研究中的应用

滕海坤 梁欣欣 蒋翊彬 黑河学院计算机与信息工程学院

1 前言

习近平总书记在2017年新年贺词中提到过“打造人类命运共同体”这一理念；同时也强调“绿水青山就是金山银山”这一概念的重要性，共建“人类命运共同体”，打造“绿水青山”，那么我们就应该从源头和使用中节约资源、避免浪费。据了解，目前我国高校教室照明都采用手动开关控制，这就存在“人走灯不灭”的可能性，即使加强了用电管理，也没有从根源上解决问题，从而造成电力资源的浪费；同时，教室中只有一人或部分人活动，整个教室的灯都亮着，这样没有人的区域，就造成了资源的浪费。因此，为了解决上述问题，本文利用TRIZ理论设计了一款基于单片机的教室分区域照明控制系统，将照明分区域化，既方便了学校的管理，也更高效的达到节能、环保的目的[1][2]。

2 工作原理

该照明控制系统首先由光敏电阻传感器感应教室区域内的光线强度，再用红外传感器发射红外信号感应教室里是否有人。如果教室内光线强度低于设定值同时感应到教室内有人，再将这些信息经数模转换传送到控制单元STC89C52单片机，通过设定的控制程序对有人区域的照明设施进行控制，并且将相关用电情况显示在液晶屏上[3]。当系统检测到教室内无人或者教室内光线强度高于设定值，教室内的整个照明设置都不会亮，无需人手动控制开关，达到达节能、环保的效果[4][5]。系统总体组成框图如图1所示。

图1 系统总体组成框图

3 应用TRIZ的解决思路

3.1 系统完备性法则

一个完整的控制系统应具有执行功能、传动功能、能源功能和控制功能等集中功能。本文利用TRIZ理论中的完备性法则判断整个系统都包含哪些执行装置、传动装置、动力装置、能量源、控制装置和产品组成[6]。系统完备性法则如图2所示。

图2 系统完备性法则

3.2 组件分析

使用TRIZ理论中功能分析法中组件分析对系统进行深度的剖析，将本系统与超系统有条理的罗列出来，条理清晰，层次分明。本系统包括的组件及其他因素如表1和表2所示。

表1 系统组件

表2 超系统组件

3.3 九屏幕图

九屏幕图法是TRIZ理论中提出的一种克服思维惯性的创新思维方法。同时也是技术创新过程中广泛应用于解决工程问题的一种有效工具[7]。本文利用九屏幕图涉及到系统的现在、过去和未来等九个方面，使作者能够从更广的视角多方面、多层次和多维度系统地看待问题，从而更好地解决创新问题。从本文来讲，教室等办公场所的灯早期使用开关控制，遥控器逐步取代了开关，进而用传感器感应人体来开关灯，拒绝“人走电未停”的现象，再到分区域的控制，实现“电力资源丝毫不浪费”的理念。教室分区域照明系统的九屏幕图如图3所示。

图3 系统的九屏幕图

3.4 资源分析

TRIZ理论认为：解决创新问题必须指明“给定的条件”和要求“应得的结果”。本文使用资源分析法对系统需求的资源进行详细分析，做到低成本、低功耗，符合当代环保的时代特征。如表3和表4所示。

表3 选择资源的顺序

表4 所占用的资源

3.5 方案生成

根据TRIZ理论中的系统完备性法则、组件分析、九屏幕图和资源分析，结合实际需求，最终确定本系统的设计方案，并得出试验品，经操作人员实际使用，从组装过程到节能各方面指标都满足当前的节能需求。

4 结束语

照明节能是一项绿色环保的实践工程，其意义较为深远，有广阔的发展空间。本文中所述的教室分区域照明控制系统，适用于学校等大型室内场所的照明智能控制，可以有效地对教室照明灯分区域智能控制，减少电能浪费，提高资源利用率。而TRIZ创新理论作为创新方法的一种，在解决实际问题、产品改进、新产品研发等方面起到了积极作用。本文利用这一创造性的思维方法，结合现有的解决方案存在的现实问题进行创新性的解决，并进一步对整个装置进行创造研发，最终设计出一个具有创新性、实用性、智能化的设计方案。

[1]曹福全.创新思维与方法概论[M].黑龙江教育出版社，2009

[2]仇成，冯俊文，郭春明.TRIZ与可拓学的比较研究[J].工业技术经济，2007

[3]周康，张文斌.杨峰基于STM32的教室智能灯控系统设计[J].物联网技术，2016

[4]郭申，宋寅卯.建筑照明节能控制技术[J].科技创新与生产力，2015

[5]王靓，朱瑞华.教学楼宇智能照明控制管理系统的设计[J].现代电子技术，2015

[6]孙超等.基于TRIZ理论下的节能装置设计与分析[J].时代农机，2017

[7]边义祥，丁渊.TRIZ机械创新设计方法的教学软件设计[J].现代制造技术与装备，2016