基于物聯(lián)網(wǎng)的高校教室燈光智能控制

閆 姝

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院，蘭州 730060）

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)智能照明控制系統(tǒng)中信息傳輸?shù)闹饕夹g(shù)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通過(guò)紅外、藍(lán)牙、Zigbee等技術(shù)實(shí)現(xiàn)各類(lèi)電子設(shè)備的互聯(lián)互通與智能控制。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以提供更大的機(jī)動(dòng)性與便利性，使空間的使用更加彈性化，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于學(xué)校網(wǎng)絡(luò)已成為勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)通過(guò)光照傳感器設(shè)備對(duì)外界的光照強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，分析燈光強(qiáng)度，判斷是否達(dá)到需要開(kāi)啟照明燈的臨界條件，且通過(guò)紅外計(jì)數(shù)器全方位檢測(cè)自習(xí)室的狀況，利用紅外感應(yīng)設(shè)備，在自習(xí)室的門(mén)上進(jìn)行人員出入自習(xí)室的統(tǒng)計(jì)，采集相關(guān)數(shù)據(jù)。對(duì)學(xué)校自習(xí)室作比較全面的智能化監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)合成，最后各照明設(shè)備做出遠(yuǎn)程或自動(dòng)化控制。基于物聯(lián)網(wǎng)的教室燈光智能控制包括光照度采集、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、劃分區(qū)域、燈光控制，我們采用提供基于服務(wù)器的簡(jiǎn)單物聯(lián)網(wǎng)中間件。

本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如下：

下面就各部分組成與功能介紹：

（1）進(jìn)出教室人員計(jì)數(shù)

為降低系統(tǒng)硬件成本，采用了兩個(gè)普通的紅外感應(yīng)設(shè)備，將它們安裝在一扇門(mén)上，是否擋住紅外而以此產(chǎn)生的電壓變化，由無(wú)線電壓電感模塊采集，并發(fā)送信息給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器與網(wǎng)關(guān)通信，在網(wǎng)關(guān)上通過(guò)嵌入式編程來(lái)處理電壓數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人員進(jìn)出教室的統(tǒng)計(jì)。該部分硬件由嵌入式網(wǎng)關(guān)、電源板、CC2530無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊、電壓采集模塊、兩個(gè)紅外感應(yīng)設(shè)備、供電板（給紅外感應(yīng)設(shè)備供電）等組成。

（2）光照數(shù)據(jù)采集

依照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，為保護(hù)學(xué)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(guó)大部分高校的教室照度都高于標(biāo)準(zhǔn)，造成不必要的支出。通過(guò)光敏傳感器采集光照數(shù)據(jù)（關(guān)照度傳感器插在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器上），協(xié)調(diào)器與嵌入式網(wǎng)關(guān)通信，將關(guān)照度數(shù)據(jù)信息上傳給網(wǎng)關(guān)，在網(wǎng)關(guān)做相應(yīng)處理，顯示出光照數(shù)據(jù)值。該部分硬件由智能主板、CC2530無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊、光照度傳感器模塊、嵌入式網(wǎng)關(guān)等組成。

（3）劃分區(qū)域

為方便起見(jiàn)，將教室劃分為4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域有一盞燈。該部分硬件由4個(gè)日光燈、控制燈開(kāi)啟的4個(gè)繼電器及給燈供電的電源板等組成。

總之，本設(shè)計(jì)利用無(wú)線電壓模塊采集模擬教室門(mén)上兩個(gè)紅外感應(yīng)設(shè)備因人員進(jìn)入產(chǎn)生的電壓信號(hào)變化，利用光照度傳感器采集戶(hù)外的關(guān)照強(qiáng)度，光照度傳感器插在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器上，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立和維護(hù)，在本系統(tǒng)中協(xié)調(diào)器建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（插有光照度傳感器）和無(wú)線電壓模塊組成，無(wú)線電壓模塊把采集得到的電壓信號(hào)發(fā)送給無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)與嵌入式網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，把光照信息和電壓信息發(fā)送給嵌入式網(wǎng)關(guān)，在嵌入式網(wǎng)關(guān)上進(jìn)行編程，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)送過(guò)來(lái)數(shù)據(jù)的處理，并向協(xié)調(diào)器發(fā)送相應(yīng)開(kāi)燈命令，協(xié)調(diào)器把接收到的命令無(wú)線轉(zhuǎn)發(fā)給下面各個(gè)節(jié)點(diǎn)。這些命令通過(guò)控制繼電器的工作來(lái)實(shí)現(xiàn)教室燈光的分區(qū)域智能控制。

2 硬件設(shè)計(jì)

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(wú)線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，其中智能主板既實(shí)現(xiàn)了無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊與傳感及控制模塊的連接，又實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)供電，目前主要兩節(jié)電池供電，保留外接電源接口，可以直接由直流電源供電。

無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊：主要由射頻單片機(jī)構(gòu)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(jìn)行15倍衰減，然后使用差分單端運(yùn)放，將其變換到0～3V 的范圍，經(jīng)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(jié)描述，MSB方式。

最后通過(guò)嵌入式網(wǎng)關(guān)，Cortex A8DB開(kāi)發(fā)板作為人機(jī)交互的應(yīng)用端。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的總體思想是通過(guò)編寫(xiě)程序不斷執(zhí)行人數(shù)采集功能，只有通過(guò)人數(shù)變化且達(dá)到掃描時(shí)間才會(huì)跳轉(zhuǎn)到光照采集程序，并在光照采集程序窗體函數(shù)中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的教室分區(qū)域智能化亮滅燈，處理完后又跳回到人數(shù)采集功能，實(shí)現(xiàn)教室燈光分區(qū)域智能化、自動(dòng)化。

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)通過(guò)教室人員計(jì)數(shù)，光照采集來(lái)分區(qū)域亮相應(yīng)的燈，實(shí)現(xiàn)光照資源充分利用，節(jié)約能源，解決教室燈光控制管理工作量大的問(wèn)題。避免了傳統(tǒng)的依靠人來(lái)開(kāi)關(guān)燈，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制教室燈，高效利用教室燈。