基于IOT架構(gòu)的節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)

趙雪崧　白娜　胡博　陳鑫博　趙磊　劉佳旭

摘 要：現(xiàn)在全世界都注重節(jié)能減排，保護(hù)地球生態(tài)系統(tǒng)，因此節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)具有一定的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用價(jià)值，本論文主要從基于IOT架構(gòu)的節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)概述、基于IOT架構(gòu)的節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)組成進(jìn)行闡述，希望為研究節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)的專家和學(xué)者提供理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：IOT架構(gòu)；節(jié)能型；智能照明控制系統(tǒng)

近年來(lái)，節(jié)能減排戰(zhàn)略的深入人心，使人們?cè)诩揖由钪性絹?lái)越重視節(jié)能減排。與此同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，也進(jìn)一步促進(jìn)了家居生活的智能化轉(zhuǎn)變，越來(lái)越多的家用電器和照明燈具等都可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行集成化控制，在實(shí)現(xiàn)智能控制的同時(shí)，也在最大限度上發(fā)揮了節(jié)能效果。目前，IOT產(chǎn)業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，而家居生活也和IOT產(chǎn)業(yè)之間的關(guān)聯(lián)變得越來(lái)越緊密，以LED為代表的節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)更是已經(jīng)成為IOT中的重要組成部分。

一、基于IOT架構(gòu)的節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)概述

在基于IOT架構(gòu)的節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)中，綜合應(yīng)用了遠(yuǎn)程通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)等多種現(xiàn)代化信息技術(shù)。該系統(tǒng)可通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線控制燈具，使系統(tǒng)能夠切換不同的照明模式，除此之外，系統(tǒng)還可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身的運(yùn)行狀態(tài)、工作環(huán)境溫度等。除了上述功能以外，節(jié)能型智能照明系統(tǒng)利用傳感器技術(shù)來(lái)進(jìn)行光照度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，進(jìn)而為人們的生活創(chuàng)造一個(gè)舒適、溫馨、安全的照明環(huán)境。基于IOT架構(gòu)的節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)主要由智能網(wǎng)關(guān)、遠(yuǎn)程控制中心、溫度傳感器、照度傳感器、觸控面板以及ZigBee共同組成。

二、基于IOT架構(gòu)的節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)組成

基于IOT架構(gòu)的節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)可分為操控面板和控制終端兩個(gè)組成部分，該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，因此按照模塊功能進(jìn)行劃分，又可將其劃分成控制模塊、通信模塊、電源模塊以及驅(qū)動(dòng)模塊等。

（一）主控單元

在節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)中，主控單元是其IOT架構(gòu)中的重要元件，主控單元包括兩大組成部分，分別是數(shù)據(jù)采集終端與燈具控制終端，其中，數(shù)據(jù)采集終端利用各種類型的傳感器來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如照度傳感器、溫度傳感器等；而燈具控制終端中的核心則是ARM處理器，該處理器的型號(hào)為STM32，其組成部分包括光照傳感器、電源及其外圍電路。在主控單元中，數(shù)據(jù)采集終端的工作原理是，由ARM STM32處理器對(duì)溫濕度傳感器、光照傳感器及電源模塊傳輸?shù)男盘?hào)參數(shù)進(jìn)行處理，并利用ZigBee無(wú)線通信模塊發(fā)送信號(hào)。燈具控制終端的工作原理是，由ARM STM32處理器對(duì)光照傳感器、電源模塊、熱釋電紅外傳感器及ZigBee無(wú)線通信模塊所傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行處理，并將處理后的信號(hào)發(fā)送給燈具驅(qū)動(dòng)器中，由燈具驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制燈具的開(kāi)啟與關(guān)閉。

（二）操控面板

在IOT架構(gòu)中，操控面板采用ARM處理器來(lái)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，該處理器的型號(hào)為STM8S，這種處理器配置有觸摸軟件庫(kù)，其在運(yùn)行過(guò)程中主要是通過(guò)電容來(lái)進(jìn)行觸摸傳感檢測(cè)的，這是因?yàn)殡娙莸碾姾赊D(zhuǎn)移特性，所以憑借該特性來(lái)實(shí)現(xiàn)觸摸檢測(cè)是非常可行的。在操控面板中，還設(shè)置有亮度調(diào)節(jié)滾輪與燈具開(kāi)關(guān)，用戶只需滾動(dòng)亮度調(diào)節(jié)滾輪，即可手動(dòng)控制燈具的照明和亮度，而燈具開(kāi)關(guān)則可使用戶對(duì)燈具進(jìn)行手動(dòng)開(kāi)啟與關(guān)閉。

（三）通信模塊

基于IOT架構(gòu)的節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)可具備環(huán)境監(jiān)測(cè)功能，根據(jù)這一功能要求，需要在IOT架構(gòu)中設(shè)置無(wú)線通信模塊，該無(wú)線通信模塊利用物聯(lián)網(wǎng)來(lái)進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，在通信網(wǎng)絡(luò)中則分布著大量的ZigBee節(jié)點(diǎn)。該系統(tǒng)所使用的無(wú)線通信模塊型號(hào)為TI CC2530，該型號(hào)的ZigBee無(wú)線通信模塊中嵌入一種Soc或CMOS系統(tǒng)芯片，該系統(tǒng)芯片中內(nèi)置有相應(yīng)的解決方案，其有助于提高系統(tǒng)的通信性能，并可在頻段中進(jìn)行應(yīng)用，能夠滿足系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中的低功耗與低成本要求。該系統(tǒng)還應(yīng)用了射頻收發(fā)器，該射頻收發(fā)器的直接序列擴(kuò)頻為24GHz DSSS，并且該系統(tǒng)還應(yīng)用了一個(gè)8051工業(yè)級(jí)控制器。

（四）電源模塊

由于節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)是在民用場(chǎng)合中進(jìn)行應(yīng)用的，而民用場(chǎng)合的電壓常用220V，因此在對(duì)該系統(tǒng)的電源模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)電壓輸出值的不同進(jìn)行若干個(gè)分離元件的設(shè)計(jì)，以此設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路，這樣，當(dāng)5V電源與3V電源在通過(guò)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，220V的交流電便會(huì)通過(guò)穩(wěn)壓電路的作用而轉(zhuǎn)化成12V的直流電。要將12V轉(zhuǎn)化成5V，該系統(tǒng)還應(yīng)用了LM2576穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器可驅(qū)動(dòng)3A負(fù)載，這使其有著良好的負(fù)載調(diào)整與線性能力。而要將5V轉(zhuǎn)化成3.3V，該系統(tǒng)還應(yīng)用了AMS1117型的調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)電源，其輸出電流強(qiáng)度為1A，輸入和輸出電壓的最小值為1V，經(jīng)過(guò)5V穩(wěn)壓器至3.3V調(diào)節(jié)器對(duì)12V直流電的轉(zhuǎn)化，從而使不同電壓的能源分別提供給相應(yīng)的CPU與各個(gè)芯片。

三、結(jié)語(yǔ)

總而言之，基于IOT架構(gòu)的節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)可根據(jù)外界環(huán)境來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)照明亮度和色彩，通過(guò)亮度、溫濕度等傳感器的應(yīng)用，使該系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)節(jié)能化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制。該系統(tǒng)有著非常合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將現(xiàn)代化信息技術(shù)應(yīng)用于IOT架構(gòu)中，可有效滿足用戶對(duì)不同場(chǎng)景的照明需求，并且該系統(tǒng)還具有非常良好的拓展能力，可有效節(jié)約能源，因此具有極高的推廣與應(yīng)用價(jià)值。可以說(shuō)，節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)所具有的廣闊發(fā)展?jié)摿Γ艿皆絹?lái)越多用戶的歡迎與青睞，其在未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展中，必將為我國(guó)節(jié)能型社會(huì)的建設(shè)做出巨大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉友泉，沈友國(guó)，繆華勇.基于3G網(wǎng)絡(luò)的照明智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].浙江電力，2013（07）.

項(xiàng)目：2018年大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目：基于IOT架構(gòu)的節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)（項(xiàng)目編號(hào)201813299008）