基于校園自習室環境下智能照明控制系統研究

楊博文，劉 航

（吉林建筑大學，吉林 長春 130118）

隨著傳感器技術、計算機通信技術、自動控制技術的發展越來越成熟，智能化照明控制技術已經發展成為校園建筑物控制系統中不可或缺的一部分。照明系統在樓宇能耗中占很大的比例，因此，選擇合適的照明設計方案和好的控制策略，不僅體現在減少學校的用電量，也能夠節約能源，保護環境，提高校園的智能化管理水平。在國外，照明系統的智能化控制已經是現代校園管理必不可少的一部分，并且經濟效益可觀，社會效益明顯，應用的范圍越來越廣泛。因此，研究校園自習室的智能照明控制系統具有重要意義。

為了設計一個基于校園自習室環境下的智能照明控制系統，本文先介紹了國內外常見的照明控制系統，然后在此基礎上提出了自己的設計方案。研究表明，與傳統的粗放式管理狀態相比，該方案所設計的智能照明控制系統能夠在保證燈具壽命不受影響下達到良好的節能效果，提高了校園的管理水平。

1 智能照明控制系統現狀研究

國外照明控制系統常見的有四種［1－2］：Dynalite智能照明控制系統、C－Bus智能照明控制系統、EIB智能安裝系統、DALI控制系統。Dynalite系統采用的是DyNet智能化分布式網絡連接方式，由調光模塊、開關模塊、控制面板、智能傳感器、時鐘管理器和PC監控機等模塊組成，其中用戶可以利用控制面板選擇一個預置場景來控制照明模式或者通過時鐘控制器來控制照明。從網絡架構上區分，照明控制系統大致分為三類：集中控制模式、分布控制模式、DCS控制模式。集中控制雖然方便人員管理但存在結構隱患，往往總控制器出現問題，整個系統都停止工作，近年來這種模式使用越來越少；分布控制采用分布式總線（如DyNet），將各子系統掛接在總線上通過通信協議進行信息通訊，這種系統發生故障，不會影響整個系統，具有良好的容錯性和擴展性，但是不方便管理；DCS控制系統采用的集中式管理和分布式控制方式，這種控制模式在智能照明系統中的應用越來越廣泛。

而國內校園照明管理用電仍然是處于一種粗放式管理模式，分為以下幾種：（1）無專人管理，由學生自行控制教室燈具的開關，然后再由值班老師進行檢查，這種模式在初中、高中比較常見；（2）管理人員利用每一棟樓的配電箱總閘進行控制，這種控制缺乏人性化管理，影響了室內人員的工作［3］，這種模式在大學比較常見；（3）紅外傳感或熱釋電檢測人員走動進行控制樓道燈具的開關狀態，這種應用在校園樓道中應用比較常見，但在室內很少用到。

通過以上分析，現代智能照明控制系統具有系統化、網絡化、智能化、信息化等諸多特點。本文借鑒以上優點，提出了本系統的設計方案，如圖1所示。

2 單個教室的系統硬件設計

圖1 校園自習室智能照明系統框圖

本系統選用智能控制器MSP430F149為主控芯片的采集數據和處理裝置，電路組成包括電源模塊、復位模塊、數據采集模塊、通信模塊等。主控模塊連接光照傳感器模塊和紅外感應模塊，分別檢測室內的光照強度和教室里邊是否有人，來控制教室區域燈的狀態，然后結合串口通信將這些數據發送給上位機，由終端來檢測燈狀態，系統結構圖如圖2所示。

圖2 某教室照明控制硬件系統

上位機利用PC機RS232通信接口并結合RS－232／RS485轉換器接入RS485通信網絡中，實現與校園教室照明系統的交互。上位機和末端硬件系統是整個教室智能照明系統的關鍵，通過末端系統傳遞教室當前的照度數據和人員檢測數據，從而實現監測燈的狀態；并且可以通過發送指令來控制教室的燈具。

3 教室照明控制器軟件設計

教室照明控制器實現的功能：先通過紅外人體感應探測器感應范圍內是否有人活動，若沒人，則將關閉該范圍的燈具；若有人活動，則檢測光照強度，如果照度值大于所設定值，則關閉部分燈具；如果照度值小于所設定的值，則打開相應的燈具，流程圖如圖3所示。

4 照明系統工作流程

圖3 照明控制系統軟件流程圖

通過以上介紹，現代智能照明控制系統具有系統化、網絡化、智能化、信息化等諸多特點。本系統的工作流程如下：（1）利用無源紅外傳感器檢測自習室里邊是否有人，根據光照度傳感器實現自習室的區域燈具自動控制；（2）將紅外傳感器采集過來的數據通過RS485通信協議傳給服務器，然后客戶端可以查看和控制終端各個自習室燈狀態；（3）客戶端信息管理軟件提供學校各個區域的自習室燈狀態信息界面，通過TCP／IP協議以C／S架構模式訪問服務器數據庫，將教室房間燈的狀態以各種直觀的交互方式顯示出來，從而方便控制和管理。（4）系統具有合理的設計、簡單易安裝、更改、擴展方便等優點，更便于人性化管理，實現“綠色照明”。

5 結 論

本論文重點介紹了整個照明系統的框架、教室照明系統硬件結構圖及其對應的軟件流程圖，該系統能夠實現由一個教室照明控制器與PC上位機組成的測試系統。由于整個系統還處于研發階段，后期打算完成以下工作：進一步優化照明控制策略，將根據時間劃分來設計假期階段與在校階段、上課階段與自習階段、白天和晚上工作模式去設計控制策略，以達到節能效果。

［1］ 許嘉宏.智能照明系統在現代建筑照明中的應用與研究［J］.建筑論壇與建筑設計，2007，27（4）：74－77.

［2］ 鄧 鵬.基于物聯網的校園節能監控系統的研究［D］.長沙：湖南工業大學，2013.

［3］ 程 春.大學生智能照明控制器及其系統的研究與開發［D］.北京：北京化工大學，2010.