劉謀黎

摘 要：將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于傳統(tǒng)照明，設計一種高校教室智能照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含監(jiān)控層、網(wǎng)絡層和設備層，可實現(xiàn)探測照明狀況、分發(fā)信息、控制燈具，并且運行于服務器的監(jiān)控軟件遠程監(jiān)控照明狀況的功能。通過物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)自動控制教室照明燈，解決了高校教室長明燈現(xiàn)象，從而達到節(jié)能的目的。

關鍵詞：教室照明;物聯(lián)網(wǎng);節(jié)能;智能照明

中圖分類號：TP393 ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? 文章編號：2095-1302（2014）12-00-03

0 ?引 ?言

在我國照明耗電占年發(fā)電量的10%，而對照明場所多的高校而言，照明耗電超過了學校年耗電量的40%。高校教室照明用電的管理基本是一種粗放式的管理狀態(tài)，高耗能、低光效的照明器材仍普遍采用。高校教室具有學生流動率高、教室學生人數(shù)不定的特點。教室作為公共資源隨時都有學生進來和離去，這樣很容易造成能源浪費現(xiàn)象的出現(xiàn)，例如人走燈未滅;教室只有幾個學生，但整個教室的燈都開著。

由于高校教室學生流動性大，教室照明具有明顯無序性的特點。針對此特點業(yè)界提出了聲控方案、紅外感應方案、定時滅燈方案等，這些方案對單點控制效果明顯，但不能實現(xiàn)教室照明的遠程監(jiān)控。本文嘗試利用物聯(lián)網(wǎng)技術，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的高校教室照明監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)高校教室照明自動控制、遠程監(jiān)控的功能。

1 ?物聯(lián)網(wǎng)技術

物聯(lián)網(wǎng)是通過信息傳感設備等方式獲取物理世界的各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)等網(wǎng)絡進行信息傳送與交互，采用智能計算技術對信息進行分析處理，從而提高對物質(zhì)世界的感知能力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。其主要由感知層、網(wǎng)絡層和應用層組成，其中：感知層包括傳感器、二維碼、RFID（射頻識別）、多媒體設備等數(shù)據(jù)采集和自組織網(wǎng)絡系統(tǒng);網(wǎng)絡層包括各種網(wǎng)關和接入網(wǎng)絡以及異構(gòu)網(wǎng)融合、云計算等承載網(wǎng)支撐系統(tǒng);應用層包括信息管理、業(yè)務分析管理、服務管理、目錄管理等物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務中間件和物聯(lián)網(wǎng)應用子系統(tǒng)。

針對高校資源浪費現(xiàn)象，可以采用物聯(lián)網(wǎng)技術來實現(xiàn)智能控制，通過物聯(lián)網(wǎng)所提供的大量的傳感技術、無線通信技術，以及微處理控制系統(tǒng)，使智能照明系統(tǒng)能夠“感知”環(huán)境，根據(jù)外界情況的變化作出相應的解決方案，避免能源浪費。相比人工控制教學樓照明燈，物聯(lián)網(wǎng)控制實時性強，而且可以全天候工作。

2 ?智能照明系統(tǒng)設計

2.1 ?智能照明系統(tǒng)架構(gòu)

高校教學樓照明按區(qū)域劃分為教室內(nèi)照明、過道照明、廁所照明。針對照明要求不同，分三種回路控制，分為教室內(nèi)照明回路、過道照明回路、廁所照明回路。白天過道采光充足的情況下不需要開燈，晚上教學樓關門后在沒有人的情況也不需要開燈，可以采用定時器控制。對于廁所照明也可采用定時器控制，在早上教學樓開門時接通廁所照明總閘，在晚上關門時斷開總閘。而對于教室照明需要更智能化的控制，可通過傳感器識別有無人進入房間或檢測環(huán)境的光照度，自動調(diào)整教師燈的開啟關閉。

高校教室智能照明系統(tǒng)分成三層架構(gòu)：監(jiān)控層、網(wǎng)絡層和設備層，如圖1智能照明系統(tǒng)架構(gòu)所示。設備層主要是采集信息和控制照明燈的功能;網(wǎng)絡層負責信息傳輸，實現(xiàn)監(jiān)控層與設備層之間的通信;監(jiān)控層主要功能是對整個系統(tǒng)進行控制和管理工作。這三部分共同完成了服務器通過多種網(wǎng)絡與底層設備進行信息交換，從而達到控制室內(nèi)照明燈的目的。

圖1 ?智能照明系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 ?通信系統(tǒng)設計

在圖2可以看到智能照明通信系統(tǒng)采用了CAN總線、ZigBee無線網(wǎng)路和以太網(wǎng)三種網(wǎng)路。ZigBee具有低功耗、低成本和組網(wǎng)能力強的特點，但是它傳輸距離只有75 m，因此遠距離傳輸部分采用了以太網(wǎng)。感知單元的所有元器件通過CAN總線連接到ZigBee模塊，每個元器件均分配唯一的單元地址。當感知單元的元器件采集到信息后，將其傳輸?shù)絑igBee模塊，ZigBee模塊再將信號傳輸?shù)骄W(wǎng)關，網(wǎng)關收到信息后進行判斷，繼而控制相應回路輸出。ZigBee模塊將控制信息發(fā)送到控制模塊，控制模塊實現(xiàn)對照明燈的開關控制?？刂颇K是一種靠繼電器輸出開關量的元件。

圖1 ?照明系統(tǒng)拓撲通信結(jié)構(gòu)

2.3 ?監(jiān)控中心設計

監(jiān)控中心運行在服務器上，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)與智能網(wǎng)關通訊。監(jiān)控中心主要對教學樓內(nèi)教室的照明情況進行實時監(jiān)視，并能遠程控制照明燈的開關，如系統(tǒng)要控制分布的照明燈具，可由監(jiān)控中心來完成。監(jiān)控中心需要完成的功能包括：查詢教室照度、網(wǎng)絡連接情況、教室照明燈開啟情況;可選擇手動或自動運行模式，手動模式下可在監(jiān)控界面上遠程控制開關燈，自動模式則是系統(tǒng)更加照度自行調(diào)節(jié)照明;教室的用電情況、照明時長等記錄在數(shù)據(jù)庫，方便查詢。

3 ?結(jié) ?語

本文對高校教室智能照明系統(tǒng)提出構(gòu)想，下一步工作將對系統(tǒng)的底層硬件設備、組網(wǎng)方式和服務器作研究開發(fā)。若有需要可以通過通用接口，將智能照明網(wǎng)絡與智能樓宇系統(tǒng)聯(lián)動起來工作，使高校校園管理更加方便。本文所提出的通過光照度變化和紅外人體感應的智能照明系統(tǒng)，能夠滿足教學節(jié)能需求，對建設節(jié)約型校園有較高的應用價值。

參考文獻

[1]黃穎，黃鳳琴. 高校教室照明節(jié)試驗與對策分析[J]. 四川環(huán)境，2009（6）：51-53

[2]高懷恩，?？? 基于2.4 GHz無線通信技術的數(shù)字家庭控制網(wǎng)絡[J]. 電視技術，2012，36（S1）：37-42

[3]雷磊.智能家居照明系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 西安：西安電子科技大學， 2011

摘 要：將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于傳統(tǒng)照明，設計一種高校教室智能照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含監(jiān)控層、網(wǎng)絡層和設備層，可實現(xiàn)探測照明狀況、分發(fā)信息、控制燈具，并且運行于服務器的監(jiān)控軟件遠程監(jiān)控照明狀況的功能。通過物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)自動控制教室照明燈，解決了高校教室長明燈現(xiàn)象，從而達到節(jié)能的目的。

關鍵詞：教室照明;物聯(lián)網(wǎng);節(jié)能;智能照明

中圖分類號：TP393 ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? 文章編號：2095-1302（2014）12-00-03

0 ?引 ?言

在我國照明耗電占年發(fā)電量的10%，而對照明場所多的高校而言，照明耗電超過了學校年耗電量的40%。高校教室照明用電的管理基本是一種粗放式的管理狀態(tài)，高耗能、低光效的照明器材仍普遍采用。高校教室具有學生流動率高、教室學生人數(shù)不定的特點。教室作為公共資源隨時都有學生進來和離去，這樣很容易造成能源浪費現(xiàn)象的出現(xiàn)，例如人走燈未滅;教室只有幾個學生，但整個教室的燈都開著。

由于高校教室學生流動性大，教室照明具有明顯無序性的特點。針對此特點業(yè)界提出了聲控方案、紅外感應方案、定時滅燈方案等，這些方案對單點控制效果明顯，但不能實現(xiàn)教室照明的遠程監(jiān)控。本文嘗試利用物聯(lián)網(wǎng)技術，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的高校教室照明監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)高校教室照明自動控制、遠程監(jiān)控的功能。

1 ?物聯(lián)網(wǎng)技術

物聯(lián)網(wǎng)是通過信息傳感設備等方式獲取物理世界的各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)等網(wǎng)絡進行信息傳送與交互，采用智能計算技術對信息進行分析處理，從而提高對物質(zhì)世界的感知能力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。其主要由感知層、網(wǎng)絡層和應用層組成，其中：感知層包括傳感器、二維碼、RFID（射頻識別）、多媒體設備等數(shù)據(jù)采集和自組織網(wǎng)絡系統(tǒng);網(wǎng)絡層包括各種網(wǎng)關和接入網(wǎng)絡以及異構(gòu)網(wǎng)融合、云計算等承載網(wǎng)支撐系統(tǒng);應用層包括信息管理、業(yè)務分析管理、服務管理、目錄管理等物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務中間件和物聯(lián)網(wǎng)應用子系統(tǒng)。

針對高校資源浪費現(xiàn)象，可以采用物聯(lián)網(wǎng)技術來實現(xiàn)智能控制，通過物聯(lián)網(wǎng)所提供的大量的傳感技術、無線通信技術，以及微處理控制系統(tǒng)，使智能照明系統(tǒng)能夠“感知”環(huán)境，根據(jù)外界情況的變化作出相應的解決方案，避免能源浪費。相比人工控制教學樓照明燈，物聯(lián)網(wǎng)控制實時性強，而且可以全天候工作。

2 ?智能照明系統(tǒng)設計

2.1 ?智能照明系統(tǒng)架構(gòu)

高校教學樓照明按區(qū)域劃分為教室內(nèi)照明、過道照明、廁所照明。針對照明要求不同，分三種回路控制，分為教室內(nèi)照明回路、過道照明回路、廁所照明回路。白天過道采光充足的情況下不需要開燈，晚上教學樓關門后在沒有人的情況也不需要開燈，可以采用定時器控制。對于廁所照明也可采用定時器控制，在早上教學樓開門時接通廁所照明總閘，在晚上關門時斷開總閘。而對于教室照明需要更智能化的控制，可通過傳感器識別有無人進入房間或檢測環(huán)境的光照度，自動調(diào)整教師燈的開啟關閉。

高校教室智能照明系統(tǒng)分成三層架構(gòu)：監(jiān)控層、網(wǎng)絡層和設備層，如圖1智能照明系統(tǒng)架構(gòu)所示。設備層主要是采集信息和控制照明燈的功能;網(wǎng)絡層負責信息傳輸，實現(xiàn)監(jiān)控層與設備層之間的通信;監(jiān)控層主要功能是對整個系統(tǒng)進行控制和管理工作。這三部分共同完成了服務器通過多種網(wǎng)絡與底層設備進行信息交換，從而達到控制室內(nèi)照明燈的目的。

圖1 ?智能照明系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 ?通信系統(tǒng)設計

在圖2可以看到智能照明通信系統(tǒng)采用了CAN總線、ZigBee無線網(wǎng)路和以太網(wǎng)三種網(wǎng)路。ZigBee具有低功耗、低成本和組網(wǎng)能力強的特點，但是它傳輸距離只有75 m，因此遠距離傳輸部分采用了以太網(wǎng)。感知單元的所有元器件通過CAN總線連接到ZigBee模塊，每個元器件均分配唯一的單元地址。當感知單元的元器件采集到信息后，將其傳輸?shù)絑igBee模塊，ZigBee模塊再將信號傳輸?shù)骄W(wǎng)關，網(wǎng)關收到信息后進行判斷，繼而控制相應回路輸出。ZigBee模塊將控制信息發(fā)送到控制模塊，控制模塊實現(xiàn)對照明燈的開關控制?？刂颇K是一種靠繼電器輸出開關量的元件。

圖1 ?照明系統(tǒng)拓撲通信結(jié)構(gòu)

2.3 ?監(jiān)控中心設計

監(jiān)控中心運行在服務器上，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)與智能網(wǎng)關通訊。監(jiān)控中心主要對教學樓內(nèi)教室的照明情況進行實時監(jiān)視，并能遠程控制照明燈的開關，如系統(tǒng)要控制分布的照明燈具，可由監(jiān)控中心來完成。監(jiān)控中心需要完成的功能包括：查詢教室照度、網(wǎng)絡連接情況、教室照明燈開啟情況;可選擇手動或自動運行模式，手動模式下可在監(jiān)控界面上遠程控制開關燈，自動模式則是系統(tǒng)更加照度自行調(diào)節(jié)照明;教室的用電情況、照明時長等記錄在數(shù)據(jù)庫，方便查詢。

3 ?結(jié) ?語

本文對高校教室智能照明系統(tǒng)提出構(gòu)想，下一步工作將對系統(tǒng)的底層硬件設備、組網(wǎng)方式和服務器作研究開發(fā)。若有需要可以通過通用接口，將智能照明網(wǎng)絡與智能樓宇系統(tǒng)聯(lián)動起來工作，使高校校園管理更加方便。本文所提出的通過光照度變化和紅外人體感應的智能照明系統(tǒng)，能夠滿足教學節(jié)能需求，對建設節(jié)約型校園有較高的應用價值。

參考文獻

[1]黃穎，黃鳳琴. 高校教室照明節(jié)試驗與對策分析[J]. 四川環(huán)境，2009（6）：51-53

[2]高懷恩，常克. 基于2.4 GHz無線通信技術的數(shù)字家庭控制網(wǎng)絡[J]. 電視技術，2012，36（S1）：37-42

[3]雷磊.智能家居照明系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 西安：西安電子科技大學， 2011

摘 要：將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于傳統(tǒng)照明，設計一種高校教室智能照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含監(jiān)控層、網(wǎng)絡層和設備層，可實現(xiàn)探測照明狀況、分發(fā)信息、控制燈具，并且運行于服務器的監(jiān)控軟件遠程監(jiān)控照明狀況的功能。通過物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)自動控制教室照明燈，解決了高校教室長明燈現(xiàn)象，從而達到節(jié)能的目的。

關鍵詞：教室照明;物聯(lián)網(wǎng);節(jié)能;智能照明

中圖分類號：TP393 ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? 文章編號：2095-1302（2014）12-00-03

0 ?引 ?言

在我國照明耗電占年發(fā)電量的10%，而對照明場所多的高校而言，照明耗電超過了學校年耗電量的40%。高校教室照明用電的管理基本是一種粗放式的管理狀態(tài)，高耗能、低光效的照明器材仍普遍采用。高校教室具有學生流動率高、教室學生人數(shù)不定的特點。教室作為公共資源隨時都有學生進來和離去，這樣很容易造成能源浪費現(xiàn)象的出現(xiàn)，例如人走燈未滅;教室只有幾個學生，但整個教室的燈都開著。

由于高校教室學生流動性大，教室照明具有明顯無序性的特點。針對此特點業(yè)界提出了聲控方案、紅外感應方案、定時滅燈方案等，這些方案對單點控制效果明顯，但不能實現(xiàn)教室照明的遠程監(jiān)控。本文嘗試利用物聯(lián)網(wǎng)技術，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的高校教室照明監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)高校教室照明自動控制、遠程監(jiān)控的功能。

1 ?物聯(lián)網(wǎng)技術

物聯(lián)網(wǎng)是通過信息傳感設備等方式獲取物理世界的各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)等網(wǎng)絡進行信息傳送與交互，采用智能計算技術對信息進行分析處理，從而提高對物質(zhì)世界的感知能力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。其主要由感知層、網(wǎng)絡層和應用層組成，其中：感知層包括傳感器、二維碼、RFID（射頻識別）、多媒體設備等數(shù)據(jù)采集和自組織網(wǎng)絡系統(tǒng);網(wǎng)絡層包括各種網(wǎng)關和接入網(wǎng)絡以及異構(gòu)網(wǎng)融合、云計算等承載網(wǎng)支撐系統(tǒng);應用層包括信息管理、業(yè)務分析管理、服務管理、目錄管理等物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務中間件和物聯(lián)網(wǎng)應用子系統(tǒng)。

針對高校資源浪費現(xiàn)象，可以采用物聯(lián)網(wǎng)技術來實現(xiàn)智能控制，通過物聯(lián)網(wǎng)所提供的大量的傳感技術、無線通信技術，以及微處理控制系統(tǒng)，使智能照明系統(tǒng)能夠“感知”環(huán)境，根據(jù)外界情況的變化作出相應的解決方案，避免能源浪費。相比人工控制教學樓照明燈，物聯(lián)網(wǎng)控制實時性強，而且可以全天候工作。

2 ?智能照明系統(tǒng)設計

2.1 ?智能照明系統(tǒng)架構(gòu)

高校教學樓照明按區(qū)域劃分為教室內(nèi)照明、過道照明、廁所照明。針對照明要求不同，分三種回路控制，分為教室內(nèi)照明回路、過道照明回路、廁所照明回路。白天過道采光充足的情況下不需要開燈，晚上教學樓關門后在沒有人的情況也不需要開燈，可以采用定時器控制。對于廁所照明也可采用定時器控制，在早上教學樓開門時接通廁所照明總閘，在晚上關門時斷開總閘。而對于教室照明需要更智能化的控制，可通過傳感器識別有無人進入房間或檢測環(huán)境的光照度，自動調(diào)整教師燈的開啟關閉。

高校教室智能照明系統(tǒng)分成三層架構(gòu)：監(jiān)控層、網(wǎng)絡層和設備層，如圖1智能照明系統(tǒng)架構(gòu)所示。設備層主要是采集信息和控制照明燈的功能;網(wǎng)絡層負責信息傳輸，實現(xiàn)監(jiān)控層與設備層之間的通信;監(jiān)控層主要功能是對整個系統(tǒng)進行控制和管理工作。這三部分共同完成了服務器通過多種網(wǎng)絡與底層設備進行信息交換，從而達到控制室內(nèi)照明燈的目的。

圖1 ?智能照明系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 ?通信系統(tǒng)設計

在圖2可以看到智能照明通信系統(tǒng)采用了CAN總線、ZigBee無線網(wǎng)路和以太網(wǎng)三種網(wǎng)路。ZigBee具有低功耗、低成本和組網(wǎng)能力強的特點，但是它傳輸距離只有75 m，因此遠距離傳輸部分采用了以太網(wǎng)。感知單元的所有元器件通過CAN總線連接到ZigBee模塊，每個元器件均分配唯一的單元地址。當感知單元的元器件采集到信息后，將其傳輸?shù)絑igBee模塊，ZigBee模塊再將信號傳輸?shù)骄W(wǎng)關，網(wǎng)關收到信息后進行判斷，繼而控制相應回路輸出。ZigBee模塊將控制信息發(fā)送到控制模塊，控制模塊實現(xiàn)對照明燈的開關控制?？刂颇K是一種靠繼電器輸出開關量的元件。

圖1 ?照明系統(tǒng)拓撲通信結(jié)構(gòu)

2.3 ?監(jiān)控中心設計

監(jiān)控中心運行在服務器上，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)與智能網(wǎng)關通訊。監(jiān)控中心主要對教學樓內(nèi)教室的照明情況進行實時監(jiān)視，并能遠程控制照明燈的開關，如系統(tǒng)要控制分布的照明燈具，可由監(jiān)控中心來完成。監(jiān)控中心需要完成的功能包括：查詢教室照度、網(wǎng)絡連接情況、教室照明燈開啟情況;可選擇手動或自動運行模式，手動模式下可在監(jiān)控界面上遠程控制開關燈，自動模式則是系統(tǒng)更加照度自行調(diào)節(jié)照明;教室的用電情況、照明時長等記錄在數(shù)據(jù)庫，方便查詢。

3 ?結(jié) ?語

本文對高校教室智能照明系統(tǒng)提出構(gòu)想，下一步工作將對系統(tǒng)的底層硬件設備、組網(wǎng)方式和服務器作研究開發(fā)。若有需要可以通過通用接口，將智能照明網(wǎng)絡與智能樓宇系統(tǒng)聯(lián)動起來工作，使高校校園管理更加方便。本文所提出的通過光照度變化和紅外人體感應的智能照明系統(tǒng)，能夠滿足教學節(jié)能需求，對建設節(jié)約型校園有較高的應用價值。

參考文獻

[1]黃穎，黃鳳琴. 高校教室照明節(jié)試驗與對策分析[J]. 四川環(huán)境，2009（6）：51-53

[2]高懷恩，?？? 基于2.4 GHz無線通信技術的數(shù)字家庭控制網(wǎng)絡[J]. 電視技術，2012，36（S1）：37-42

[3]雷磊.智能家居照明系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 西安：西安電子科技大學， 2011