引言

在我國(guó)照明耗電占年發(fā)電量的10%，而對(duì)照明場(chǎng)所多的 高校而言，照明耗電超過(guò)了學(xué)校年耗電量的40%。高校教室 照明用電的管理基本是一種粗放式的管理狀態(tài)，高耗能、低 光效的照明器材仍普遍采用。高校教室具有學(xué)生流動(dòng)率高、 教室學(xué)生人數(shù)不定的特點(diǎn)。教室作為公共資源隨時(shí)都有學(xué)生進(jìn) 來(lái)和離去，這樣很容易造成能源浪費(fèi)現(xiàn)象的出現(xiàn)，例如人走燈 未滅；教室只有幾個(gè)學(xué)生，但整個(gè)教室的燈都開(kāi)著。

由于高校教室學(xué)生流動(dòng)性大，教室照明具有明顯無(wú)序性 的特點(diǎn)。針對(duì)此特點(diǎn)業(yè)界提出了聲控方案、紅外感應(yīng)方案、 定時(shí)滅燈方案等，這些方案對(duì)單點(diǎn)控制效果明顯，但不能實(shí) 現(xiàn)教室照明的遠(yuǎn)程監(jiān)控。本文嘗試?yán)?a href="/tags/物聯(lián)網(wǎng)" target="_blank">物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建基 于物聯(lián)網(wǎng)的高校教室照明監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高校教室照明自動(dòng)控 制、遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)信息傳感設(shè)備等方式獲取物理世界的各種 信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳送與交互，采用 智能計(jì)算技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行分析處理，從而提高對(duì)物質(zhì)世界的 感知能力，實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制。其主要由感知層、網(wǎng)絡(luò) 層和應(yīng)用層組成，其中：感知層包括傳感器、二維碼、RFID （射頻識(shí)別）、多媒體設(shè)備等數(shù)據(jù)采集和自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò) 層包括各種網(wǎng)關(guān)和接入網(wǎng)絡(luò)以及異構(gòu)網(wǎng)融合、云計(jì)算等承載網(wǎng) 支撐系統(tǒng)；應(yīng)用層包括信息管理、業(yè)務(wù)分析管理、服務(wù)管理、 目錄管理等物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中間件和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用子系統(tǒng)。

針對(duì)高校資源浪費(fèi)現(xiàn)象，可以采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)智 能控制，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)所提供的大量的傳感技術(shù)、無(wú)線通信技 術(shù)，以及微處理控制系統(tǒng)，使智能照明系統(tǒng)能夠“感知”環(huán)境, 根據(jù)外界情況的變化作出相應(yīng)的解決方案，避免能源浪費(fèi)。相 比人工控制教學(xué)樓照明燈，物聯(lián)網(wǎng)控制實(shí)時(shí)性強(qiáng)，而且可以全 天候工作。

2智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1智能照明系統(tǒng)架構(gòu)

高校教學(xué)樓照明按區(qū)域劃分為教室內(nèi)照明、過(guò)道照明、 廁所照明。針對(duì)照明要求不同，分三種回路控制，分為教室內(nèi) 照明回路、過(guò)道照明回路、廁所照明回路。白天過(guò)道采光充足 的情況下不需要開(kāi)燈，晚上教學(xué)樓關(guān)門(mén)后在沒(méi)有人的情況也不 需要開(kāi)燈，可以采用定時(shí)器控制。對(duì)于廁所照明也可采用定時(shí) 器控制，在早上教學(xué)樓開(kāi)門(mén)時(shí)接通廁所照明總閘，在晚上關(guān)門(mén) 時(shí)斷開(kāi)總閘。而對(duì)于教室照明需要更智能化的控制，可通過(guò)傳 感器識(shí)別有無(wú)人進(jìn)入房間或檢測(cè)環(huán)境的光照度，自動(dòng)調(diào)整教 師燈的開(kāi)啟關(guān)閉。

高校教室智能照明系統(tǒng)分成三層架構(gòu)：監(jiān)控層、網(wǎng)絡(luò)層 和設(shè)備層，如圖1智能照明系統(tǒng)架構(gòu)所示。設(shè)備層主要是采集 信息和控制照明燈的功能；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)信息傳輸，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控層 與設(shè)備層之間的通信；監(jiān)控層主要功能是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控 制和管理工作。這三部分共同完成了服務(wù)器通過(guò)多種網(wǎng)絡(luò)與底 層設(shè)備進(jìn)行信息交換，從而達(dá)到控制室內(nèi)照明燈的目的。

2.2 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在圖 2 可以看到智能照明通信系統(tǒng)采用了 CAN 總線、ZigBee無(wú)線網(wǎng)路和以太網(wǎng)三種網(wǎng)路。ZigBee具有低功耗、低 成本和組網(wǎng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但是它傳輸距離只有75 m,因 此遠(yuǎn)距離傳輸部分采用了以太網(wǎng)。感知單元的所有元器件通 過(guò)CAN總線連接到ZigBee模塊，每個(gè)元器件均分配唯一的 單元地址。當(dāng)感知單元的元器件采集到信息后，將其傳輸?shù)?ZigBee模塊，ZigBee模塊再將信號(hào)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)收到 信息后進(jìn)行判斷，繼而控制相應(yīng)回路輸出。ZigBee模塊將控 制信息發(fā)送到控制模塊，控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈的開(kāi)關(guān)控制。 控制模塊是一種靠繼電器輸出開(kāi)關(guān)量的元件。

2.3監(jiān)控中心設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心運(yùn)行在服務(wù)器上，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與智能網(wǎng)關(guān) 通訊。監(jiān)控中心主要對(duì)教學(xué)樓內(nèi)教室的照明情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān) 視，并能遠(yuǎn)程控制照明燈的開(kāi)關(guān)，如系統(tǒng)要控制分布的照明燈 具，可由監(jiān)控中心來(lái)完成。監(jiān)控中心需要完成的功能包括：查 詢(xún)教室照度、網(wǎng)絡(luò)連接情況、教室照明燈開(kāi)啟情況；可選擇手 動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行模式，手動(dòng)模式下可在監(jiān)控界面上遠(yuǎn)程控制開(kāi) 關(guān)燈，自動(dòng)模式則是系統(tǒng)更加照度自行調(diào)節(jié)照明；教室的用電 情況、照明時(shí)長(zhǎng)等記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)，方便查詢(xún)。

3結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)高校教室智能照明系統(tǒng)提出構(gòu)想，下一步工作將 對(duì)系統(tǒng)的底層硬件設(shè)備、組網(wǎng)方式和服務(wù)器作研究開(kāi)發(fā)。若 有需要可以通過(guò)通用接口，將智能照明網(wǎng)絡(luò)與智能樓宇系統(tǒng)聯(lián) 動(dòng)起來(lái)工作，使高校校園管理更加方便。本文所提出的通過(guò) 光照度變化和紅外人體感應(yīng)的智能照明系統(tǒng)，能夠滿(mǎn)足教學(xué) 節(jié)能需求，對(duì)建設(shè)節(jié)約型校園有較高的應(yīng)用價(jià)值。

20211223_61c4667c46a3d__基于物聯(lián)網(wǎng)的高校教室照明節(jié)能方案研究