基于物联网的高校教室照明节能方案研究

引言

在我国照明耗电占年发电量的10%，而对照明场所多的 高校而言，照明耗电超过了学校年耗电量的40%。高校教室 照明用电的管理基本是一种粗放式的管理状态，高耗能、低 光效的照明器材仍普遍采用。高校教室具有学生流动率高、 教室学生人数不定的特点。教室作为公共资源随时都有学生进 来和离去，这样很容易造成能源浪费现象的出现，例如人走灯 未灭；教室只有几个学生，但整个教室的灯都开着。

由于高校教室学生流动性大，教室照明具有明显无序性 的特点。针对此特点业界提出了声控方案、红外感应方案、 定时灭灯方案等，这些方案对单点控制效果明显，但不能实 现教室照明的远程监控。本文尝试利用物联网技术，构建基 于物联网的高校教室照明监控系统，实现高校教室照明自动控 制、远程监控的功能。

1物联网技术

物联网是通过信息传感设备等方式获取物理世界的各种 信息，结合互联网、通信网等网络进行信息传送与交互，采用 智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对物质世界的 感知能力，实现智能化的决策和控制。其主要由感知层、网络 层和应用层组成，其中：感知层包括传感器、二维码、RFID （射频识别）、多媒体设备等数据采集和自组织网络系统；网络 层包括各种网关和接入网络以及异构网融合、云计算等承载网 支撑系统；应用层包括信息管理、业务分析管理、服务管理、 目录管理等物联网业务中间件和物联网应用子系统。

针对高校资源浪费现象，可以采用物联网技术来实现智 能控制，通过物联网所提供的大量的传感技术、无线通信技 术，以及微处理控制系统，使智能照明系统能够“感知”环境, 根据外界情况的变化作出相应的解决方案，避免能源浪费。相 比人工控制教学楼照明灯，物联网控制实时性强，而且可以全 天候工作。

2智能照明系统设计

2.1智能照明系统架构

高校教学楼照明按区域划分为教室内照明、过道照明、 厕所照明。针对照明要求不同，分三种回路控制，分为教室内 照明回路、过道照明回路、厕所照明回路。白天过道采光充足 的情况下不需要开灯，晚上教学楼关门后在没有人的情况也不 需要开灯，可以采用定时器控制。对于厕所照明也可采用定时 器控制，在早上教学楼开门时接通厕所照明总闸，在晚上关门 时断开总闸。而对于教室照明需要更智能化的控制，可通过传 感器识别有无人进入房间或检测环境的光照度，自动调整教 师灯的开启关闭。

高校教室智能照明系统分成三层架构：监控层、网络层 和设备层，如图1智能照明系统架构所示。设备层主要是采集 信息和控制照明灯的功能；网络层负责信息传输，实现监控层 与设备层之间的通信；监控层主要功能是对整个系统进行控 制和管理工作。这三部分共同完成了服务器通过多种网络与底 层设备进行信息交换，从而达到控制室内照明灯的目的。

2.2 通信系统设计

在图 2 可以看到智能照明通信系统采用了 CAN 总线、ZigBee无线网路和以太网三种网路。ZigBee具有低功耗、低 成本和组网能力强的特点，但是它传输距离只有75 m,因 此远距离传输部分采用了以太网。感知单元的所有元器件通 过CAN总线连接到ZigBee模块，每个元器件均分配唯一的 单元地址。当感知单元的元器件采集到信息后，将其传输到 ZigBee模块，ZigBee模块再将信号传输到网关，网关收到 信息后进行判断，继而控制相应回路输出。ZigBee模块将控 制信息发送到控制模块，控制模块实现对照明灯的开关控制。 控制模块是一种靠继电器输出开关量的元件。

2.3监控中心设计

监控中心运行在服务器上，通过以太网实现与智能网关 通讯。监控中心主要对教学楼内教室的照明情况进行实时监 视，并能远程控制照明灯的开关，如系统要控制分布的照明灯 具，可由监控中心来完成。监控中心需要完成的功能包括：查 询教室照度、网络连接情况、教室照明灯开启情况；可选择手 动或自动运行模式，手动模式下可在监控界面上远程控制开 关灯，自动模式则是系统更加照度自行调节照明；教室的用电 情况、照明时长等记录在数据库，方便查询。

3结语

本文对高校教室智能照明系统提出构想，下一步工作将 对系统的底层硬件设备、组网方式和服务器作研究开发。若 有需要可以通过通用接口，将智能照明网络与智能楼宇系统联 动起来工作，使高校校园管理更加方便。本文所提出的通过 光照度变化和红外人体感应的智能照明系统，能够满足教学 节能需求，对建设节约型校园有较高的应用价值。

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