基于物聯網的高校教室照明節能方案研究

劉謀黎

摘 要：將物聯網技術應用于傳統照明，設計一種高校教室智能照明系統。該系統包含監控層、網絡層和設備層，可實現探測照明狀況、分發信息、控制燈具，并且運行于服務器的監控軟件遠程監控照明狀況的功能。通過物聯網技術實現自動控制教室照明燈，解決了高校教室長明燈現象，從而達到節能的目的。

關鍵詞：教室照明;物聯網;節能;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，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象的出現，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，但不能實現教室照明的遠程監控。本文嘗試利用物聯網技術，構建基于物聯網的高校教室照明監控系統，實現高校教室照明自動控制、遠程監控的功能。

1 ?物聯網技術

物聯網是通過信息傳感設備等方式獲取物理世界的各種信息，結合互聯網、通信網等網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，從而提高對物質世界的感知能力，實現智能化的決策和控制。其主要由感知層、網絡層和應用層組成，其中：感知層包括傳感器、二維碼、RFID（射頻識別）、多媒體設備等數據采集和自組織網絡系統;網絡層包括各種網關和接入網絡以及異構網融合、云計算等承載網支撐系統;應用層包括信息管理、業務分析管理、服務管理、目錄管理等物聯網業務中間件和物聯網應用子系統。

針對高校資源浪費現象，可以采用物聯網技術來實現智能控制，通過物聯網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，使智能照明系統能夠“感知”環境，根據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，物聯網控制實時性強，而且可以全天候工作。

2 ?智能照明系統設計

2.1 ?智能照明系統架構

高校教學樓照明按區域劃分為教室內照明、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境的光照度，自動調整教師燈的開啟關閉。

高校教室智能照明系統分成三層架構：監控層、網絡層和設備層，如圖1智能照明系統架構所示。設備層主要是采集信息和控制照明燈的功能;網絡層負責信息傳輸，實現監控層與設備層之間的通信;監控層主要功能是對整個系統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絡與底層設備進行信息交換，從而達到控制室內照明燈的目的。

圖1 ?智能照明系統架構

2.2 ?通信系統設計

在圖2可以看到智能照明通信系統采用了CAN總線、ZigBee無線網路和以太網三種網路。ZigBee具有低功耗、低成本和組網能力強的特點，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。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，將其傳輸到ZigBee模塊，ZigBee模塊再將信號傳輸到網關，網關收到信息后進行判斷，繼而控制相應回路輸出。ZigBee模塊將控制信息發送到控制模塊，控制模塊實現對照明燈的開關控制。控制模塊是一種靠繼電器輸出開關量的元件。

圖1 ?照明系統拓撲通信結構

2.3 ?監控中心設計

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

3 ?結 ?語

本文對高校教室智能照明系統提出構想，下一步工作將對系統的底層硬件設備、組網方式和服務器作研究開發。若有需要可以通過通用接口，將智能照明網絡與智能樓宇系統聯動起來工作，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，能夠滿足教學節能需求，對建設節約型校園有較高的應用價值。

參考文獻

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

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

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

摘 要：將物聯網技術應用于傳統照明，設計一種高校教室智能照明系統。該系統包含監控層、網絡層和設備層，可實現探測照明狀況、分發信息、控制燈具，并且運行于服務器的監控軟件遠程監控照明狀況的功能。通過物聯網技術實現自動控制教室照明燈，解決了高校教室長明燈現象，從而達到節能的目的。

關鍵詞：教室照明;物聯網;節能;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，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象的出現，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，但不能實現教室照明的遠程監控。本文嘗試利用物聯網技術，構建基于物聯網的高校教室照明監控系統，實現高校教室照明自動控制、遠程監控的功能。

1 ?物聯網技術

物聯網是通過信息傳感設備等方式獲取物理世界的各種信息，結合互聯網、通信網等網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，從而提高對物質世界的感知能力，實現智能化的決策和控制。其主要由感知層、網絡層和應用層組成，其中：感知層包括傳感器、二維碼、RFID（射頻識別）、多媒體設備等數據采集和自組織網絡系統;網絡層包括各種網關和接入網絡以及異構網融合、云計算等承載網支撐系統;應用層包括信息管理、業務分析管理、服務管理、目錄管理等物聯網業務中間件和物聯網應用子系統。

針對高校資源浪費現象，可以采用物聯網技術來實現智能控制，通過物聯網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，使智能照明系統能夠“感知”環境，根據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，物聯網控制實時性強，而且可以全天候工作。

2 ?智能照明系統設計

2.1 ?智能照明系統架構

高校教學樓照明按區域劃分為教室內照明、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境的光照度，自動調整教師燈的開啟關閉。

高校教室智能照明系統分成三層架構：監控層、網絡層和設備層，如圖1智能照明系統架構所示。設備層主要是采集信息和控制照明燈的功能;網絡層負責信息傳輸，實現監控層與設備層之間的通信;監控層主要功能是對整個系統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絡與底層設備進行信息交換，從而達到控制室內照明燈的目的。

圖1 ?智能照明系統架構

2.2 ?通信系統設計

在圖2可以看到智能照明通信系統采用了CAN總線、ZigBee無線網路和以太網三種網路。ZigBee具有低功耗、低成本和組網能力強的特點，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。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，將其傳輸到ZigBee模塊，ZigBee模塊再將信號傳輸到網關，網關收到信息后進行判斷，繼而控制相應回路輸出。ZigBee模塊將控制信息發送到控制模塊，控制模塊實現對照明燈的開關控制。控制模塊是一種靠繼電器輸出開關量的元件。

圖1 ?照明系統拓撲通信結構

2.3 ?監控中心設計

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

3 ?結 ?語

本文對高校教室智能照明系統提出構想，下一步工作將對系統的底層硬件設備、組網方式和服務器作研究開發。若有需要可以通過通用接口，將智能照明網絡與智能樓宇系統聯動起來工作，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，能夠滿足教學節能需求，對建設節約型校園有較高的應用價值。

參考文獻

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

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

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

摘 要：將物聯網技術應用于傳統照明，設計一種高校教室智能照明系統。該系統包含監控層、網絡層和設備層，可實現探測照明狀況、分發信息、控制燈具，并且運行于服務器的監控軟件遠程監控照明狀況的功能。通過物聯網技術實現自動控制教室照明燈，解決了高校教室長明燈現象，從而達到節能的目的。

關鍵詞：教室照明;物聯網;節能;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，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象的出現，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，但不能實現教室照明的遠程監控。本文嘗試利用物聯網技術，構建基于物聯網的高校教室照明監控系統，實現高校教室照明自動控制、遠程監控的功能。

1 ?物聯網技術

物聯網是通過信息傳感設備等方式獲取物理世界的各種信息，結合互聯網、通信網等網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，從而提高對物質世界的感知能力，實現智能化的決策和控制。其主要由感知層、網絡層和應用層組成，其中：感知層包括傳感器、二維碼、RFID（射頻識別）、多媒體設備等數據采集和自組織網絡系統;網絡層包括各種網關和接入網絡以及異構網融合、云計算等承載網支撐系統;應用層包括信息管理、業務分析管理、服務管理、目錄管理等物聯網業務中間件和物聯網應用子系統。

針對高校資源浪費現象，可以采用物聯網技術來實現智能控制，通過物聯網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，使智能照明系統能夠“感知”環境，根據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，物聯網控制實時性強，而且可以全天候工作。

2 ?智能照明系統設計

2.1 ?智能照明系統架構

高校教學樓照明按區域劃分為教室內照明、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境的光照度，自動調整教師燈的開啟關閉。

高校教室智能照明系統分成三層架構：監控層、網絡層和設備層，如圖1智能照明系統架構所示。設備層主要是采集信息和控制照明燈的功能;網絡層負責信息傳輸，實現監控層與設備層之間的通信;監控層主要功能是對整個系統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絡與底層設備進行信息交換，從而達到控制室內照明燈的目的。

圖1 ?智能照明系統架構

2.2 ?通信系統設計

在圖2可以看到智能照明通信系統采用了CAN總線、ZigBee無線網路和以太網三種網路。ZigBee具有低功耗、低成本和組網能力強的特點，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。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，將其傳輸到ZigBee模塊，ZigBee模塊再將信號傳輸到網關，網關收到信息后進行判斷，繼而控制相應回路輸出。ZigBee模塊將控制信息發送到控制模塊，控制模塊實現對照明燈的開關控制。控制模塊是一種靠繼電器輸出開關量的元件。

圖1 ?照明系統拓撲通信結構

2.3 ?監控中心設計

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

3 ?結 ?語

本文對高校教室智能照明系統提出構想，下一步工作將對系統的底層硬件設備、組網方式和服務器作研究開發。若有需要可以通過通用接口，將智能照明網絡與智能樓宇系統聯動起來工作，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，能夠滿足教學節能需求，對建設節約型校園有較高的應用價值。

參考文獻

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

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

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