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[导读]摘 要:将物联网技术应用于传统照明,设计一种高校教室智能照明系统。该系统包含监控层、网络层和设备层,可实现 探测照明状况、分发信息、控制灯具,并且运行于服务器的监控软件远程监控照明状况的功能。通过物联网技术实现自动控 制教室照明灯,解决了高校教室长明灯现象,从而达到节能的目的。

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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