引言

在我國照明耗電占年發(fā)電量的10%，而對照明場所多的 高校而言，照明耗電超過了學校年耗電量的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。高校教室具有學生流動率高、 教室學生人數(shù)不定的特點。教室作為公共資源隨時都有學生進 來和離去，這樣很容易造成能源浪費現(xiàn)象的出現(xiàn)，例如人走燈 未滅；教室只有幾個學生，但整個教室的燈都開著。

由于高校教室學生流動性大，教室照明具有明顯無序性 的特點。針對此特點業(yè)界提出了聲控方案、紅外感應方案、 定時滅燈方案等，這些方案對單點控制效果明顯，但不能實 現(xiàn)教室照明的遠程監(jiān)控。本文嘗試利用物聯(lián)網技術，構建基 于物聯(lián)網的高校教室照明監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)高校教室照明自動控 制、遠程監(jiān)控的功能。

1物聯(lián)網技術

物聯(lián)網是通過信息傳感設備等方式獲取物理世界的各種 信息，結合互聯(lián)網、通信網等網絡進行信息傳送與交互，采用 智能計算技術對信息進行分析處理，從而提高對物質世界的 感知能力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。其主要由感知層、網絡 層和應用層組成，其中：感知層包括傳感器、二維碼、RFID （射頻識別）、多媒體設備等數(shù)據采集和自組織網絡系統(tǒng)；網絡 層包括各種網關和接入網絡以及異構網融合、云計算等承載網 支撐系統(tǒng)；應用層包括信息管理、業(yè)務分析管理、服務管理、 目錄管理等物聯(lián)網業(yè)務中間件和物聯(lián)網應用子系統(tǒng)。

針對高校資源浪費現(xiàn)象，可以采用物聯(lián)網技術來實現(xiàn)智 能控制，通過物聯(lián)網所提供的大量的傳感技術、無線通信技 術，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, 根據外界情況的變化作出相應的解決方案，避免能源浪費。相 比人工控制教學樓照明燈，物聯(lián)網控制實時性強，而且可以全 天候工作。

2智能照明系統(tǒng)設計

2.1智能照明系統(tǒng)架構

高校教學樓照明按區(qū)域劃分為教室內照明、過道照明、 廁所照明。針對照明要求不同，分三種回路控制，分為教室內 照明回路、過道照明回路、廁所照明回路。白天過道采光充足 的情況下不需要開燈，晚上教學樓關門后在沒有人的情況也不 需要開燈，可以采用定時器控制。對于廁所照明也可采用定時 器控制，在早上教學樓開門時接通廁所照明總閘，在晚上關門 時斷開總閘。而對于教室照明需要更智能化的控制，可通過傳 感器識別有無人進入房間或檢測環(huán)境的光照度，自動調整教 師燈的開啟關閉。

高校教室智能照明系統(tǒng)分成三層架構：監(jiān)控層、網絡層 和設備層，如圖1智能照明系統(tǒng)架構所示。設備層主要是采集 信息和控制照明燈的功能；網絡層負責信息傳輸，實現(xiàn)監(jiān)控層 與設備層之間的通信；監(jiān)控層主要功能是對整個系統(tǒng)進行控 制和管理工作。這三部分共同完成了服務器通過多種網絡與底 層設備進行信息交換，從而達到控制室內照明燈的目的。

2.2 通信系統(tǒng)設計

在圖 2 可以看到智能照明通信系統(tǒng)采用了 CAN 總線、ZigBee無線網路和以太網三種網路。ZigBee具有低功耗、低 成本和組網能力強的特點，但是它傳輸距離只有75 m,因 此遠距離傳輸部分采用了以太網。感知單元的所有元器件通 過CAN總線連接到ZigBee模塊，每個元器件均分配唯一的 單元地址。當感知單元的元器件采集到信息后，將其傳輸?shù)?ZigBee模塊，ZigBee模塊再將信號傳輸?shù)骄W關，網關收到 信息后進行判斷，繼而控制相應回路輸出。ZigBee模塊將控 制信息發(fā)送到控制模塊，控制模塊實現(xiàn)對照明燈的開關控制。 控制模塊是一種靠繼電器輸出開關量的元件。

2.3監(jiān)控中心設計

監(jiān)控中心運行在服務器上，通過以太網實現(xiàn)與智能網關 通訊。監(jiān)控中心主要對教學樓內教室的照明情況進行實時監(jiān) 視，并能遠程控制照明燈的開關，如系統(tǒng)要控制分布的照明燈 具，可由監(jiān)控中心來完成。監(jiān)控中心需要完成的功能包括：查 詢教室照度、網絡連接情況、教室照明燈開啟情況；可選擇手 動或自動運行模式，手動模式下可在監(jiān)控界面上遠程控制開 關燈，自動模式則是系統(tǒng)更加照度自行調節(jié)照明；教室的用電 情況、照明時長等記錄在數(shù)據庫，方便查詢。

3結語

本文對高校教室智能照明系統(tǒng)提出構想，下一步工作將 對系統(tǒng)的底層硬件設備、組網方式和服務器作研究開發(fā)。若 有需要可以通過通用接口，將智能照明網絡與智能樓宇系統(tǒng)聯(lián) 動起來工作，使高校校園管理更加方便。本文所提出的通過 光照度變化和紅外人體感應的智能照明系統(tǒng)，能夠滿足教學 節(jié)能需求，對建設節(jié)約型校園有較高的應用價值。

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