一種室內照明節能控制和人群活動監控系統

羅倩倩

（湖北文理學院物電學院，湖北 襄陽 441053）

一種室內照明節能控制和人群活動監控系統

羅倩倩

（湖北文理學院物電學院，湖北 襄陽 441053）

為節約電力資源，基于室內照明節能控制、人群流量監控和燈聯網三個技術領域，提出了一種基于電力載波通信網絡的室內照明節能控制和人群活動監控系統，可根據行人活動情況實現區域內燈具協同照明控制，達到在不影響照明體驗情況下的最優節能控制并可同時實現人群活動熱點監控功能。闡述了系統的工作原理及結構設計思路。該設計對于節能控制和人群活動監控具有一定的參考意義。

電力載波通信；節能控制；人群活動監控

1 引言

目前，室內公共場所的照明燈具大部分采用“全天候亮燈、恒照度”模式，即使某些時段行人稀少，照明燈具依然全功率運作，這種模式造成了電能的巨大浪費［1］。為了解決此問題，部分室內照明燈具采用了“分時段功率亮度調節”模式，這種模式對單個燈具進行功率參數設置，使得單個燈具依時段按設定功率亮燈，例如 18:00-23:00全功率亮，23:00-6:00半功率亮，但這種模式仍然不是最優［2］。根據室內公共場所燈具的功能特點，燈具節能的最優策略應是有行人時亮燈，沒有行人時熄燈［3-4］。要想實現“節能最優策略”模式，燈具須能識別行人并及時做出反應亮燈，目前通用的解決方法是在單個燈具上安裝紅外感應模塊或微波雷達感應模塊［5］，這種人體感應式燈具在樓道中已經得到了很好的應用，但是如果將這種人體感應式燈具應用在大型室內公共場所的環境中，由于這些燈具之間彼此獨立，行人的行進前方仍然會處于非照明狀態，這會影響行人的方向判斷和整體照明體驗。

為了克服上述技術中的缺陷與不足，本文基于燈聯網技術的思想［7］，采用電力載波通信（power carrier communication，PLC）技術將室內所有的人體感應式燈具連接起來組成一個通信網絡［8-10］，使得相鄰的人體感應式燈1具之間可以相互發送控制信息，從而實現一個區域內多個燈具協同照明控制，可以在不影響照明體驗的情況下實現最優化節能控制［11-12］。由于每個燈具均安裝有一個人體感應模塊，將其與燈具控制模塊相關聯，可實現人群活動熱點監控功能。

2 系統架構

一種室內照明節能控制和人群活動監控系統，系統結構如圖1所示，包括多個PLC感應式智能燈具、PLC網關、低壓電力線、WiFi網絡和計算機監控終端。

圖1 一種室內照明節能控制和人群活動監控系統結構示意圖

2.1 PLC感應式燈具結構

PLC感應式智能燈具由平板燈具、人體感應探頭、人體感應模塊、燈具驅動電源、單片機系統模塊、開關管控制模塊、PLC電力載波數據收發模塊和AC/DC電源組成，組成結構如圖2所示。

圖2 PLC感應式智能燈具結構示意圖

人體感應探頭安裝在平板燈燈罩上，用于感知行人，人體感應探頭通過驅動控制線路與人體感應模塊相連，人體感應模塊通過驅動控制線路與單片機系統模塊的 I/O口引腳相連，單片機系統模塊的收發數據引腳與PLC電力載波數據收發模塊相連，PLC電力載波數據收發模塊的數據收發端與220V低壓電力線相連，單片機系統模塊接收到的人體感應觸發信息通過PLC電力載波數據收發模塊傳輸至電力線上；單片機系統模塊通過驅動控制線路與開關管控制模塊連接，開關管控制模塊的一端與燈具驅動電源的負極相連接，另一端與燈具光源的負極相連接，單片機系統模塊通過驅動開關管控制模塊實現平板燈具的開關控制，燈具驅動電源的 AC端口分別與 220V市電的火線和零線相連；單片機系統模塊的PWM引腳與燈具驅動電源的PWM端相連，單片機系統模塊通過驅動燈具驅動電源實現燈具功率亮度的調節；AC/DC電源的AC端與220V市電相連，DC端與單片機控制模塊和PLC電力載波數據收發模塊的供電引腳相連，為兩模塊提供合適的工作電壓。每個PLC感應式智能燈具擁有唯一的地址編碼（PLC-ID）。

2.2 PLC網關結構

PLC網關由嵌入式處理器最小系統、PLC電力載波數據收發模塊、WiFi無線數據傳輸模塊、數據存儲模塊和AC/DC電源組成，組成結構如圖3所示。

圖3 PLC網關結構示意圖

PLC電力載波數據收發模塊的收發引腳與嵌入式處理器最小系統相連，嵌入式處理器最小系統與WiFi無線數據傳輸模塊和數據存儲模塊相連，PLC網關的功能是將PLC電力載波數據轉換成WiFi無線通信數據，同時將一些實時數據存儲在數據存儲模塊中；AC/DC電源一端與220V市電相連，一端與嵌入式處理器最小系統、PLC電力載波數據收發模塊、WiFi無線數據傳輸模塊的供電引腳相連，為三模塊提供合適的工作電壓。

2.3 計算機監控終端

計算機監控終端包括前臺監控操作界面和數據庫兩大部分。

數據庫用來存儲PLC感應式智能燈具的地址編碼，燈具的工作狀態（亮或熄）、燈具觸發信息的起始時間和結束時間。

前臺監控操作界面用來顯示每個 PLC感應式智能燈具所在位置的人群熱點信息，從而可以跟蹤任意時間點的室內公共場域的人群分布狀態；前臺監控操作界面可以對所有智能燈具進行區域分組和關聯，實現多個燈具協同照明控制，還以操作數據庫查看燈具過去任意時刻的工作狀態和觸發信息。

3 系統工作原理

通過以上電路和系統結構設計，本系統的工作原理為：PLC感應式智能燈具和 PLC網關被分配一個獨一無二的PLC-ID號，每一個PLC感應式智能燈具均有一組智能燈具與之相關聯，當行人經過一個PLC燈具下方，燈具中的人體感應探頭會產生一個感應觸發信息交由單片機系統模塊處理，單片機系統模塊會驅動開關管控制模塊控制燈具光源亮燈，同時將感應觸發信息交給PLC電力載波數據收發模塊，PLC電力載波數據收發模塊將感應觸發信息傳送至電力線上，感應觸發信息通過電力線傳送至與本燈具相關聯的智能燈具，從而觸發相關聯的多個智能燈具亮燈，感應觸發信息通過電力線傳送至PLC網關，PLC網關將信息轉換成WiFi信息，將信息傳至WiFi網絡中，聯網的計算機監控終端接收到此感應觸發信息，立即關聯對應的時間，將感應觸發信息和時間存儲至數據庫中。當行人離開此燈具下方，燈具的人體感應探頭會產生一個感應復位信息，此時，單片機系統模塊會產生一個延時時鐘信號控制燈具光源延時熄燈或者通過 PWM引腳驅動燈具驅動電源逐漸降低光源亮度進行延時熄燈，同時將感應復位信息交給PLC電力載波數據收發模塊，PLC電力載波數據收發模塊將感應復位信息傳送至電力線上，感應復位信息通過電力線傳送至與本燈具相關聯的智能燈具，從而觸發相關聯的多個智能燈具進行延時熄燈操作，感應復位信息通過電力線傳送至 PLC網關，PLC網關將信息轉換成WIFI信息，將信息傳至WIFI網絡中，聯網的計算機監控終端接收到此感應復位信息，立即關聯對應的時間，將感應復位信息和時間存儲至數據庫中。用戶可以通過對數據庫中的所有燈具的感應觸發和復位信息及對應時間進行統計分析獲取任意時間點的區域內的人群活動熱點分布狀況。

4 系統效果分析

提出的一種室內照明節能控制和人群活動監控系統，采用PLC燈聯網技術將傳統的感應式燈具連接起來，實現了一個燈具和與之相關聯的燈具協同照明的功能，在不影響行人的照明體驗的情況下實現了節能優化，同時，由于所有的智能燈具的感應觸發和復位信息會實時的傳送至計算機監控終端中的數據庫中，通過對感應觸發和復位信息及對應的時間大數據進行統計分析，可以有效的獲取任意時間點的室內公共場所的人群活動熱點分布狀況。

5 總結

以上為結合實際情況對室內照明節能控制的一些探討，在系統設計時兼顧考慮了人群活動監控的功能。事實上該系統還可以擴展到更多的場景。例如為了進一步提高整體照明效果，一個PLC智能燈具可以關聯更多的相鄰的智能燈具，人體感應模塊如果采用可以判斷行人移動方向的微波雷達，可以將關聯的燈具和行人運動方向相結合，僅僅控制行人的行進前方的燈具亮燈，進一步優化節能。

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An intelligent lighting controlling and crowd activity monitoring system

In order to save the power， a kind of indoor lighting controlling and crowd activity monitoring system based on power carrier communication network is put forward. According to the pedestrian activity， it can coordinate the lamps to reach the optimal energy saving and monitor the crowd activity at the same time. The working principle and structure design of this system is proposed. The design for energy-saving control and crowd activity monitoring has certain

ignificance.

Power carrier communication； energy-saving control； crowd activity monitoring

TM923

A

1008-1151（2016）08-0010-03

2016-07-10

2014襄陽市科學技術局項目（襄科計［2014］12號）。

羅倩倩（1982-），女，湖北潛江人，湖北文理學院物電學院講師，從事IP網絡通信、光通信、LED照明方面的研究。