智能家居節(jié)能照明系統(tǒng)研究

孟 瑜，吳柔倩，李勝男，于 蘭

(1.長春工程學(xué)院，長春 130000； 2.長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，長春 130000)

智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用為人們生活水平的提升作出了重要貢獻(xiàn)[1]。智能技術(shù)可與家居環(huán)境相結(jié)合，提高人們生活的舒適度[2]。家居環(huán)境中，照明系統(tǒng)是重要的組成部分。傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)節(jié)能性較差，無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，不符合環(huán)保理念的發(fā)展要求[3]。分析了智能家居節(jié)能照明系統(tǒng)的優(yōu)勢，提出設(shè)計原則。

1 節(jié)能照明系統(tǒng)的優(yōu)勢

節(jié)能照明系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在高效節(jié)能和綠色環(huán)保方面。與傳統(tǒng)照明系統(tǒng)相比，節(jié)能照明系統(tǒng)在日光感應(yīng)和人體感應(yīng)方面的能力更強，可以進(jìn)行自動調(diào)節(jié)和操控，其設(shè)計、控制更合理，可以讓用戶獲得更好的體驗。節(jié)能照明系統(tǒng)主要是通過專業(yè)的軟件進(jìn)行管理，以對照明系統(tǒng)運行過程中的功耗進(jìn)行監(jiān)控，掌握電路損耗情況并進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，實現(xiàn)高效、節(jié)能的運行，減少節(jié)能照明系統(tǒng)的能耗和開支[4]。

節(jié)能照明系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效提升經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用節(jié)能照明系統(tǒng)，可對照明產(chǎn)品進(jìn)行更為精準(zhǔn)的控制和有效調(diào)節(jié)，不斷提高照明系統(tǒng)的管理水平。智能家居中的節(jié)能照明系統(tǒng)安裝了更為先進(jìn)的控制設(shè)施，軟件可以對參數(shù)和運行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為用戶提供更多的參考數(shù)據(jù)。節(jié)能照明系統(tǒng)可以對照明燈具是否正常運行、是否存在漏電風(fēng)險等進(jìn)行預(yù)判和分析，降低安全事故的發(fā)生率，維修與養(yǎng)護(hù)難度較小，可有效節(jié)約時間成本，實現(xiàn)效益的有效提高。

節(jié)能照明系統(tǒng)的應(yīng)用可以顯著提高家居環(huán)境的舒適度。與傳統(tǒng)照明系統(tǒng)相比，節(jié)能照明控制系統(tǒng)可以為不同類型用戶及場合提供針對性更強、更為舒適的照明環(huán)境，讓不同場所變得更為舒適、愉悅。用戶可以通過電腦或手機(jī)對節(jié)能照明系統(tǒng)進(jìn)行操控，隨時調(diào)節(jié)照明亮度，這對用戶而言十分重要。

2 智能控制原理

智能控制主要包括智能信息處理、信息反饋及控制決策三個方面。智能控制主要是以人工智能和計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，對相關(guān)理論、技術(shù)等不斷進(jìn)行擴(kuò)展，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法等，加入自適應(yīng)控制、自組織控制等，以實現(xiàn)智能控制。智能家居中，節(jié)能照明系統(tǒng)的智能控制主要包括照明燈具的自動開關(guān)、分組控制與亮度適應(yīng)控制等。

在智能控制中，傳感器技術(shù)是實現(xiàn)智能控制的關(guān)鍵。傳感器的主要部件一般位于智能控制的最外層，可以將所獲得的信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)設(shè)備中，再由計算機(jī)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的處理和分析。節(jié)能照明系統(tǒng)的傳感器包括雷達(dá)、聲控與亮度感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器等[5]。

3 智能家居節(jié)能照明系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 感知層設(shè)計

智能家居中的節(jié)能照明系統(tǒng)要做好感知層的設(shè)計。感知層是節(jié)能照明系統(tǒng)的最前端結(jié)構(gòu)，主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集。紅外定位傳感器、溫度傳感器及雷達(dá)傳感器在感知層采集設(shè)備中較為常見。結(jié)合家居環(huán)境的特點，節(jié)能照明系統(tǒng)主要存在于客廳、臥室、衛(wèi)生間及走廊、停車庫等，結(jié)合不同地點和用戶照明習(xí)慣，可以選擇對應(yīng)類型的采集設(shè)備。如在停車庫的節(jié)能照明系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計人員可以選擇雷達(dá)傳感器，當(dāng)感知到汽車信號時，點亮照明燈具，等到汽車信號消失后，關(guān)掉燈具。衛(wèi)生間的節(jié)能照明系統(tǒng)可以選擇人體紅外探測傳感器，在感知到人體發(fā)出的紅外信號后，點亮照明燈具，等到人走后，再關(guān)閉燈具。臥室與客廳可以選擇紅外遙控傳感器，便于用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，不必親自開關(guān)燈具。走廊可以選擇聲控傳感器，用戶在上下樓梯發(fā)出聲音時，節(jié)能照明系統(tǒng)感應(yīng)到信號，將燈具點亮。

3.2 控制層設(shè)計

針對節(jié)能照明系統(tǒng)的控制層設(shè)計，應(yīng)了解控制器的主要類型，如單燈控制器、調(diào)光控制器等，分析感知層傳感器傳入的信號，對照明燈具進(jìn)行單燈控制或成組控制?？刂破骺梢允怯芯€形式或無線控制器，設(shè)計人員要將控制器與對應(yīng)的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接，以有效接收服務(wù)器下達(dá)的指令，對節(jié)能照明系統(tǒng)進(jìn)行有效控制?？刂破饕型ㄐ胚B接的功能，可以遠(yuǎn)程對燈具進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)，設(shè)計人員還要通過控制器的無線路由功能實現(xiàn)中繼處理。

3.3 網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)層處于感知層與應(yīng)用層之間，主要由網(wǎng)關(guān)節(jié)點構(gòu)成，可以在不同的控制器中傳遞相應(yīng)的信息。網(wǎng)關(guān)節(jié)點可以利用中間件接收傳感器發(fā)出的信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將其傳送至服務(wù)中心。網(wǎng)關(guān)節(jié)點收到服務(wù)器發(fā)出的指令后，將控制指令下達(dá)給對應(yīng)的控制器，從而對燈具亮度等進(jìn)行控制。在網(wǎng)絡(luò)層中，中間件的主要作用是為數(shù)據(jù)的采集和指令的下發(fā)提供統(tǒng)一的接口，從而完成對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和分析。對于數(shù)據(jù)適配中間件，由于不同類型和不同廠家生產(chǎn)的傳感器的格式不同，感知層需要對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和封裝處理，才能轉(zhuǎn)化為通用的協(xié)議格式，并傳送到服務(wù)器中，服務(wù)器接收到不同類型傳感信號之后，會向具體的控制器發(fā)出對應(yīng)的控制指令，以完成對節(jié)能照明系統(tǒng)的控制[6]。

3.4 應(yīng)用層設(shè)計

數(shù)據(jù)在經(jīng)過感知層與網(wǎng)絡(luò)層之后，會進(jìn)入控制中心，控制中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理和分析，并將其傳送至應(yīng)用層。節(jié)能照明系統(tǒng)的應(yīng)用層主要包括移動端和PC端。智能家居中，節(jié)能照明系統(tǒng)具有高效節(jié)能的特點，可以實現(xiàn)可視化操控和遠(yuǎn)程操控，能夠?qū)φ彰飨到y(tǒng)進(jìn)行任意一組或任意一個燈具的自定義控制，從而完成開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)等功能。在單燈控制方面，用戶可以在手機(jī)或電腦中對節(jié)能照明系統(tǒng)中的每一盞燈進(jìn)行對應(yīng)的開關(guān)控制，還可以對燈具進(jìn)行分組控制。用戶可以對節(jié)能照明系統(tǒng)進(jìn)行定時控制，設(shè)定相應(yīng)的開啟與關(guān)閉時間，實現(xiàn)燈具的自動開關(guān)，對燈具亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。可以通過遠(yuǎn)程查詢的方式，了解每一盞燈的開關(guān)情況，對燈具的各項參數(shù)進(jìn)行分析，對燈具進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，在出現(xiàn)安全隱患時預(yù)先進(jìn)行處理。

4 結(jié)語

照明系統(tǒng)是家居環(huán)境中的關(guān)鍵內(nèi)容，與人們的日常生活密切相關(guān)。傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)無法進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，在開關(guān)方面較為不便，無法對照明亮度進(jìn)行調(diào)控，節(jié)能性和環(huán)保性較差，無法適應(yīng)社會發(fā)展和智能化技術(shù)發(fā)展要求。要把握節(jié)能照明系統(tǒng)的優(yōu)勢，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計節(jié)能照明系統(tǒng)，使其融入智能家居，為人們的生活提供便利。