鄒磊 陳偉利 王亞娟 吳金龍

（吉林建筑大學電氣與計算機學院，吉林長春 130000）

1 背景

隨著我國國民經(jīng)濟的極速發(fā)展，人們對電能的需求日益加大，電能的供需矛盾逐漸凸顯。尤其是在“十三五”以來，全國用電量和用電負荷的增長是極其迅速地，全國一部分地區(qū)出現(xiàn)了缺電現(xiàn)象，這種情況在一定程度上阻礙了我們經(jīng)濟社會的發(fā)展和人民生活水平地提高，因此照明節(jié)能的勢在必行。同時，國內(nèi)房產(chǎn)行業(yè)的飛速發(fā)展，各類寫字樓和辦公樓不斷出現(xiàn)，這類人員高度密集的建筑，對照明的質(zhì)量要求越來越高。隨著照明技術(shù)的發(fā)展，辦公樓照明節(jié)電已成為節(jié)能的重要途徑。

傳統(tǒng)照明模式無法滿足照明的節(jié)能需求，智能照明技術(shù)應(yīng)運而生。隨著照明系統(tǒng)應(yīng)用場合的不斷變化，應(yīng)用情況也逐步復(fù)雜和豐富多彩，僅靠簡單的開關(guān)控制已不能完成所需要的控制，所以要求照明控制也應(yīng)隨之發(fā)展和變化，以滿足實際應(yīng)用的需要。

智能照明控制系統(tǒng)運用了計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、總線技術(shù)、信號檢測技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和相互滲透，使得照明控制技術(shù)有了很大的發(fā)展，照明進入了智能化控制的時代。

實現(xiàn)照明控制系統(tǒng)智能化的主要目的有兩個：一是可以提高照明系統(tǒng)地控制和管理水平，減少照明系統(tǒng)的維護成本；二是可以節(jié)約能源，減少照明系統(tǒng)的運營成本。

2 傳統(tǒng)照明與智能照明的對比

2.1 傳統(tǒng)照明

傳統(tǒng)照明通常只能實現(xiàn)照明設(shè)備開、關(guān)操作，部分可以調(diào)節(jié)亮度的照明設(shè)備也都依賴于人為操作。若面積較大、房間較多、沒有遙控功能，無法實現(xiàn)照明設(shè)備的全開全關(guān)等操作。而燈具越多，墻壁上的控制開關(guān)就越多，嚴重影響了室內(nèi)美觀。多個房間電燈同時打開，關(guān)閉時需要人為逐間關(guān)閉，耗費能源和時間。

（1）開關(guān)依靠手動控制，使用不便利；布線十分繁瑣，并且手動開關(guān)存在著較大的安全隱患，影響著人們高質(zhì)量的生活。

（2）系統(tǒng)功能薄弱，無法調(diào)光，沒有護眼功能，沒有記憶儲存功能。

（3）技術(shù)缺乏創(chuàng)新，建筑布線模式化嚴重，對人力、物力、工時也是一種浪費。

（4）傳統(tǒng)照明光亮固定化，消耗功率較大，能源浪費。

2.2 智能照明

相比于傳統(tǒng)照明，智能照明采用了最新的科學技術(shù)對傳統(tǒng)照明進行了優(yōu)化，避免了傳統(tǒng)照明的缺點。智能照明能夠?qū)崿F(xiàn)全自動調(diào)光，智能照明控制系統(tǒng)可以預(yù)設(shè)和增加全自動的工作狀態(tài)，并且各個狀態(tài)間可以直接地、自由地切換。智能照明現(xiàn)有的基本優(yōu)點如下：

（1）智能照明擁有定時功能，可以根據(jù)用戶設(shè)定的時間對指定照明設(shè)備進行全自動控制，而不需要人為控制。

（2）智能照明設(shè)備可以智能調(diào)光，根據(jù)當前室內(nèi)環(huán)境照度來智能調(diào)節(jié)有控光功能的建筑照明設(shè)備，以此調(diào)節(jié)屋內(nèi)整體的照明情況，使室內(nèi)光照效果始終保持在預(yù)設(shè)的水平，進而降低電費支出，減輕供電壓力。

（3）另外，智能照明還具有情景聯(lián)動、遠控控制、一鍵控制、語音控制等基本功能，而這些功能都在極大的程度上提高了照明設(shè)備的使用效率，降低了能耗。

（4）智能照明控制系統(tǒng)通常是采用軟啟動的方式，能很好地控制沖擊和電涌，使燈絲免受熱沖擊，使光源壽命得以提高。

3 ESP8266 Wi-Fi

ESP8266 是一款無線WIFI 模塊，ESP8266 模組既可以通過ESP-AT 指令固件，為外部主機MCU 提供Wi-Fi 連接功能；也可以作為獨立Wi-Fi MCU 運行，用戶通過基于RTOS的SDK 開發(fā)帶Wi-Fi 連接功能的產(chǎn)品。用戶可以輕松實現(xiàn)開箱即用的云連接、低功耗運行模式，以及包括WPA3 在內(nèi)的Wi-Fi 安全支持等功能。

3.1 引腳介紹

圖1

URXD UART_RXD，接收

圖2

UTXD UART_TXD，發(fā)送

RST 外部Reset 信號，低電平復(fù)位，高電平工作（默認高）

GND GND

VCC 3.3V，模塊供電

GPIO 0 工作模式選擇：懸空：FlashBoot，工作模式；下拉：UARTDownload，下載模式

CH_PD 高電平工作；低電平模塊供電關(guān)掉

GPIO 2 （1）開機上電時必須為高電平，禁止硬件下拉；（2）內(nèi)部默認已拉高。

3.2 ESP8266 的工作模式

ESP8266 可以用來做串口透傳，PWM 調(diào)控，遠程控制開關(guān)：控制插座、開關(guān)、電器等。該模塊有三種工作模式：STA 模式：ESP8266 模塊通過路由器連接互聯(lián)網(wǎng)，手機或電腦通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對設(shè)備的遠程控制。AP 模式：ESP8266 模塊作為熱點，手機或電腦直接與模塊連接，實現(xiàn)局域網(wǎng)無線控制。STA+AP 模式：兩種模式的共存模式，即可以通過互聯(lián)網(wǎng)控制可實現(xiàn)無縫切換，方便操作。

3.3 ESP8266 的使用方式

3.3.1 使用AT 指令進行操作：這是最常見的方式，也是最簡單是一種方式。無需編程，使用PC 端的串口助手配合簡單的指令就可以實現(xiàn)，也可以配合單片機發(fā)送指令使用。

3.3.2 LUA 語言編程：這是一種單獨8266 編程的方式，可以不依靠單片機和串口調(diào)試軟件，直接把程序編寫到8266 內(nèi)部。

3.3.3 Arduino 開發(fā)環(huán)境編程：這個接觸過Arduino 的都會比較熟悉?？梢灾苯釉贏rduino ide 的環(huán)境下使用Arduino 的開發(fā)方式進行開發(fā)。

4 系統(tǒng)地設(shè)計

4.1 照明節(jié)能控制系統(tǒng)的組成

在本套系統(tǒng)中，每個房間內(nèi)的插座和照明設(shè)備均可利用ESP8266 Wi-Fi 模塊來直接控制他們的工作狀態(tài)。在每個已經(jīng)命名或標號的房間外再設(shè)置另一個ESP8266 Wi-Fi 模塊，實現(xiàn)對屋內(nèi)的ESP8266Wi-Fi 模塊無線控制。另外，在房間入口設(shè)置一個紅外傳感器模組，紅外模塊與屋外的ESP8266 模塊的I/O 口連接，在紅外傳感器采集到的信號傳輸?shù)紼SP8266 模塊之后，由屋外的ESP8266Wi-Fi 模塊控制屋內(nèi)其他的Wi-Fi 模塊，進而實現(xiàn)對屋內(nèi)燈和插座的工作狀態(tài)進行控制。房間外的ESP8266 Wi-Fi 模塊通過RS485 總線相連接，方便對每一個ESP8266 Wi-Fi 模塊的編程，同時通過設(shè)置TCP/IP 轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)信息在RS485 總線和RJ45網(wǎng)線中的相互轉(zhuǎn)換，進而實現(xiàn)對屋內(nèi)插座和照明設(shè)備的控制。

4.2 本套系統(tǒng)的亮點

本智能照明節(jié)能系統(tǒng)充分利用了ESP8266 Wi-Fi 模塊的基本特性，用無線控制無線的模式，實現(xiàn)了對室內(nèi)的全部照明設(shè)備的無線控制，極大地減少了室內(nèi)墻體的布線和開關(guān)的數(shù)量。同時利用紅外的檢測功能，能夠有效且靈敏的判斷室內(nèi)人員情況。結(jié)合當下實際情況，紅外還可以增加測溫功能，對進入房間的每一個人進行測溫。另外，ESP8266Wi-Fi 模塊具有極高的可拓展性，可以增加本系統(tǒng)的多樣性和靈活性。

5 結(jié)論

經(jīng)濟社會的發(fā)展，能源的損耗是必然。但是我們能夠通過技術(shù)的不斷革新優(yōu)化來減少能源的不必要消耗。本套系統(tǒng)即是利用Wi-Fi 來進行無線的信號傳輸，實現(xiàn)設(shè)備的無線控制。Wi-Fi 技術(shù)是智能家居領(lǐng)域的一個重要的研究熱點和難點，也是目前設(shè)備智能化發(fā)展的一種趨勢。本智能照明系統(tǒng)的優(yōu)勢主要集中在以下方面：第一，無人干預(yù)，智能無線控制技術(shù)。第二，個性化、人性化照明，拓展照度感應(yīng)裝置后，可以根據(jù)環(huán)境光效情況智能調(diào)節(jié)照明設(shè)備亮度。第三，多燈聯(lián)網(wǎng)，通過上位機可以監(jiān)測照明設(shè)備的使用時長和運行情況，同時可以統(tǒng)一集中控制所有的照明設(shè)備，減少了設(shè)備的運維成本。第四，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)架清晰，具有極強的實用性，除了在辦公樓、寫字樓適用，廊道、地下停車庫等其他大型場合，也可以達到良好的照明、節(jié)能的效果。