基于嵌入式與物聯網技術下的室內LED智能照明節能系統設計

許慶陽

摘要當前物聯網技術、嵌入式系統運用范圍越來越廣，LED照明商品憑借節能環保、性能穩定及經濟可靠等優勢，在智能家庭和社區照明系統中占據著極其重要的地位。本研究在物聯網及嵌入式技術的基礎上，對室內LED智能照明節能系統的總體架構和硬件軟件進行了設計，并通過實驗證實了系統的科學性與可行性。

關鍵詞嵌入式系統；物聯網技術；LED智能照明系統

1室內LED智能照明節能系統總體架構設計

本研究主要針對室內LED智能照明節能系統進行了設計，構建了無線網絡環境，使設計的用戶接口具有遠程監控的作用。系統在監控LED燈時，可以借助APP軟件或Web網站接口來實現。低功率是該設計的關鍵，需要整合物聯網和嵌入式技術，將無線模塊作為嵌入式處理器的關鍵部分，發揮網絡技術的優勢，保證用戶在客戶端就能夠遠程管控LED照明終端，降低照明能耗。在此結構的支持下，有利于系列后期的維護管理工作，便于用戶進行操作和管理，滿足了用戶多樣化、個性化的照明需求，提高了用戶的體驗水平。系統的設計結構也便于后期功能擴展和二次開發，延長了LED設備的壽命，有效降低了能源消耗，具有環保、節能和便利等多種優勢。

2LED智能照明節能控制系統硬件設計

本研究基于嵌入式與物聯網技術下，結合LED芯片、驅動及通信技術并利用傳感器對系統硬件部分進行設計。該部分包括光強傳感器、熱釋紅外傳感器、人體紅外檢測模塊、存儲模塊、GSM模塊、液晶顯示屏、語音提示模塊、按鍵控制、電源模塊、無線通信模塊、日光燈驅動電路、LED驅動電路、主控機。系統可有效對室內照明狀況和燈具進行監控，并通過GSM/GPRS網絡傳輸遠程指令數據及現場照明情況數據，實現遠端對室內照明的遠程實時監測和控制，提高電力資源的利用效率。

3LED智能照明節能控制系統軟件設計

本LED智能照明節能系統在軟件部分以zigbee的無線傳感網絡為例，利用zigbee2006協議棧代碼，發揮其節點功能，體現其無線網絡通信作用。終端節點、網絡協調器兩大內容的是軟件設計的關鍵，前者的主要功能是收集信息向協調器傳輸數據，并結合獲取的數據對LED燈具進行智能調控；而后者的目的是對無線網絡進行構建，對狀態數據進行接收，并向上位機傳輸數據，利用系統終端節點數據采集模塊，對室內燈具進行智能調控。具體管控流程如圖1。

4LED節能系統實驗結果及分析

本實驗選取普通家居室內環境，檢測和驗證室內LED智能照明節能系統的各項功能，并同運用常規照明系統的室內環境進行對照。

4.1系統亮度采集節點的實驗結果及分析

由表1，監測點1、監測點2對應LED燈的開關閩值定位為1800；監測點3的亮度檢測值若小于1728則需開啟LED照明燈；監測點4的亮度檢測值若小于1853則需開啟LED照明燈。

4.2人體信號檢測結果及分析

由實驗可知，人體信號有效檢測范圍在5m且小于100度內，但系統不能對靜態的物體進行監測，具體實驗數據如圖2。通過分析實驗結果：人體紅外傳感器在靜態或無人等情況下輸出的均為低電平。若監測到人體活動信息，傳感器管腳輸出電平為3.3V；若人的活動數量較多，則傳感器會一直保持高電平狀態；若人體處于靜態，一段時間后單片機將恢復到低電平狀態。

4.3系統能耗測試及分析

如圖3，應用該系統房間耗電量和常規照明系統房間分別用紅色、藍色表示。前者電能消耗量明顯比后者要少，說明該室內LED智能照明節能系統能夠有效的節約電能并具有較高的科學性和可行性。

5結論

將嵌入式與物聯網技術應用于室內LED智能照明節能系統中能夠有效的節約能源、便于操作。系統可結合人員數量、亮度數值，利用情況等信息對LED燈具進行智能管控，保證照度的合理性，降低系統設備的故障發生幾率，節約電能，減少用電成本。