基于物聯網的高校教室燈光智能控制

閆 姝

（蘭州石化職業技術學院電子電氣工程學院，蘭州 730060）

無線網絡技術是當前國內智能照明控制系統中信息傳輸的主要技術。無線網絡通過紅外、藍牙、Zigbee等技術實現各類電子設備的互聯互通與智能控制。無線網絡可以提供更大的機動性與便利性，使空間的使用更加彈性化，無線網絡技術應用于學校網絡已成為勢不可擋的趨勢。

1 系統的總體設計方案

本設計通過光照傳感器設備對外界的光照強度進行測試，采集相關數據，分析燈光強度，判斷是否達到需要開啟照明燈的臨界條件，且通過紅外計數器全方位檢測自習室的狀況，利用紅外感應設備，在自習室的門上進行人員出入自習室的統計，采集相關數據。對學校自習室作比較全面的智能化監測與數據合成，最后各照明設備做出遠程或自動化控制。基于物聯網的教室燈光智能控制包括光照度采集、人數統計、劃分區域、燈光控制，我們采用提供基于服務器的簡單物聯網中間件。

本系統的總體結構框圖如下：

下面就各部分組成與功能介紹：

（1）進出教室人員計數

為降低系統硬件成本，采用了兩個普通的紅外感應設備，將它們安裝在一扇門上，是否擋住紅外而以此產生的電壓變化，由無線電壓電感模塊采集，并發送信息給協調器，協調器與網關通信，在網關上通過嵌入式編程來處理電壓數據，實現人員進出教室的統計。該部分硬件由嵌入式網關、電源板、CC2530無線節點模塊、電壓采集模塊、兩個紅外感應設備、供電板（給紅外感應設備供電）等組成。

（2）光照數據采集

依照國家相關標準規定，為保護學生的視力健康，教室白天照度不低于200LUX，晚間照度不低于150 LUX。而我國大部分高校的教室照度都高于標準，造成不必要的支出。通過光敏傳感器采集光照數據（關照度傳感器插在無線網絡協調器上），協調器與嵌入式網關通信，將關照度數據信息上傳給網關，在網關做相應處理，顯示出光照數據值。該部分硬件由智能主板、CC2530無線節點模塊、光照度傳感器模塊、嵌入式網關等組成。

（3）劃分區域

為方便起見，將教室劃分為4個區域，每個區域有一盞燈。該部分硬件由4個日光燈、控制燈開啟的4個繼電器及給燈供電的電源板等組成。

總之，本設計利用無線電壓模塊采集模擬教室門上兩個紅外感應設備因人員進入產生的電壓信號變化，利用光照度傳感器采集戶外的關照強度，光照度傳感器插在無線網絡協調器上，無線網絡協調器負責網絡的建立和維護，在本系統中協調器建立了一個簡單的星狀網絡拓撲結構，由無線網絡協調器（插有光照度傳感器）和無線電壓模塊組成，無線電壓模塊把采集得到的電壓信號發送給無線網絡協調器，協調器負責與嵌入式網關進行通信，把光照信息和電壓信息發送給嵌入式網關，在嵌入式網關上進行編程，來實現對發送過來數據的處理，并向協調器發送相應開燈命令，協調器把接收到的命令無線轉發給下面各個節點。這些命令通過控制繼電器的工作來實現教室燈光的分區域智能控制。

2 硬件設計

以搭載了 CC2530芯片的智能主板為底板，加上ZigBee 模塊和光電傳感器模塊，作為無線網絡的協調器，其中智能主板既實現了無線節點模塊與傳感及控制模塊的連接，又實現了系統供電，目前主要兩節電池供電，保留外接電源接口，可以直接由直流電源供電。

無線節點模塊：主要由射頻單片機構成，MCU是CC2530 2.4G載頻棒狀天線。

電壓傳感器模塊：電壓輸入使用大于1MΩ的等效輸入阻抗的輸入取樣，將輸入電壓進行15倍衰減，然后使用差分單端運放，將其變換到0～3V 的范圍，經電壓二次緩沖后送到 AD采集輸入端。AD采集器使用10～12bit，一次采樣使用2 字節描述，MSB方式。

最后通過嵌入式網關，Cortex A8DB開發板作為人機交互的應用端。

3 軟件設計

本系統的總體思想是通過編寫程序不斷執行人數采集功能，只有通過人數變化且達到掃描時間才會跳轉到光照采集程序，并在光照采集程序窗體函數中實現相應的教室分區域智能化亮滅燈，處理完后又跳回到人數采集功能，實現教室燈光分區域智能化、自動化。

4 結束語

本設計通過教室人員計數，光照采集來分區域亮相應的燈，實現光照資源充分利用，節約能源，解決教室燈光控制管理工作量大的問題。避免了傳統的依靠人來開關燈，實現了自動控制教室燈，高效利用教室燈。