許慶陽

摘要當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)運(yùn)用范圍越來越廣，LED照明商品憑借節(jié)能環(huán)保、性能穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)可靠等優(yōu)勢(shì)，在智能家庭和社區(qū)照明系統(tǒng)中占據(jù)著極其重要的地位。本研究在物聯(lián)網(wǎng)及嵌入式技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)室內(nèi)LED智能照明節(jié)能系統(tǒng)的總體架構(gòu)和硬件軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了系統(tǒng)的科學(xué)性與可行性。

關(guān)鍵詞嵌入式系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；LED智能照明系統(tǒng)

1室內(nèi)LED智能照明節(jié)能系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

本研究主要針對(duì)室內(nèi)LED智能照明節(jié)能系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，構(gòu)建了無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使設(shè)計(jì)的用戶接口具有遠(yuǎn)程監(jiān)控的作用。系統(tǒng)在監(jiān)控LED燈時(shí)，可以借助APP軟件或Web網(wǎng)站接口來實(shí)現(xiàn)。低功率是該設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，需要整合物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式技術(shù)，將無線模塊作為嵌入式處理器的關(guān)鍵部分，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，保證用戶在客戶端就能夠遠(yuǎn)程管控LED照明終端，降低照明能耗。在此結(jié)構(gòu)的支持下，有利于系列后期的維護(hù)管理工作，便于用戶進(jìn)行操作和管理，滿足了用戶多樣化、個(gè)性化的照明需求，提高了用戶的體驗(yàn)水平。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)也便于后期功能擴(kuò)展和二次開發(fā)，延長了LED設(shè)備的壽命，有效降低了能源消耗，具有環(huán)保、節(jié)能和便利等多種優(yōu)勢(shì)。

2LED智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本研究基于嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，結(jié)合LED芯片、驅(qū)動(dòng)及通信技術(shù)并利用傳感器對(duì)系統(tǒng)硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。該部分包括光強(qiáng)傳感器、熱釋紅外傳感器、人體紅外檢測(cè)模塊、存儲(chǔ)模塊、GSM模塊、液晶顯示屏、語音提示模塊、按鍵控制、電源模塊、無線通信模塊、日光燈驅(qū)動(dòng)電路、LED驅(qū)動(dòng)電路、主控機(jī)。系統(tǒng)可有效對(duì)室內(nèi)照明狀況和燈具進(jìn)行監(jiān)控，并通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸遠(yuǎn)程指令數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)照明情況數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端對(duì)室內(nèi)照明的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，提高電力資源的利用效率。

3LED智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本LED智能照明節(jié)能系統(tǒng)在軟件部分以zigbee的無線傳感網(wǎng)絡(luò)為例，利用zigbee2006協(xié)議棧代碼，發(fā)揮其節(jié)點(diǎn)功能，體現(xiàn)其無線網(wǎng)絡(luò)通信作用。終端節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器兩大內(nèi)容的是軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，前者的主要功能是收集信息向協(xié)調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)，并結(jié)合獲取的數(shù)據(jù)對(duì)LED燈具進(jìn)行智能調(diào)控；而后者的目的是對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)建，對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，并向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，利用系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集模塊，對(duì)室內(nèi)燈具進(jìn)行智能調(diào)控。具體管控流程如圖1。

4LED節(jié)能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

本實(shí)驗(yàn)選取普通家居室內(nèi)環(huán)境，檢測(cè)和驗(yàn)證室內(nèi)LED智能照明節(jié)能系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，并同運(yùn)用常規(guī)照明系統(tǒng)的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行對(duì)照。

4.1系統(tǒng)亮度采集節(jié)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

由表1，監(jiān)測(cè)點(diǎn)1、監(jiān)測(cè)點(diǎn)2對(duì)應(yīng)LED燈的開關(guān)閩值定位為1800；監(jiān)測(cè)點(diǎn)3的亮度檢測(cè)值若小于1728則需開啟LED照明燈；監(jiān)測(cè)點(diǎn)4的亮度檢測(cè)值若小于1853則需開啟LED照明燈。

4.2人體信號(hào)檢測(cè)結(jié)果及分析

由實(shí)驗(yàn)可知，人體信號(hào)有效檢測(cè)范圍在5m且小于100度內(nèi)，但系統(tǒng)不能對(duì)靜態(tài)的物體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2。通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：人體紅外傳感器在靜態(tài)或無人等情況下輸出的均為低電平。若監(jiān)測(cè)到人體活動(dòng)信息，傳感器管腳輸出電平為3.3V；若人的活動(dòng)數(shù)量較多，則傳感器會(huì)一直保持高電平狀態(tài)；若人體處于靜態(tài)，一段時(shí)間后單片機(jī)將恢復(fù)到低電平狀態(tài)。

4.3系統(tǒng)能耗測(cè)試及分析

如圖3，應(yīng)用該系統(tǒng)房間耗電量和常規(guī)照明系統(tǒng)房間分別用紅色、藍(lán)色表示。前者電能消耗量明顯比后者要少，說明該室內(nèi)LED智能照明節(jié)能系統(tǒng)能夠有效的節(jié)約電能并具有較高的科學(xué)性和可行性。

5結(jié)論

將嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于室內(nèi)LED智能照明節(jié)能系統(tǒng)中能夠有效的節(jié)約能源、便于操作。系統(tǒng)可結(jié)合人員數(shù)量、亮度數(shù)值，利用情況等信息對(duì)LED燈具進(jìn)行智能管控，保證照度的合理性，降低系統(tǒng)設(shè)備的故障發(fā)生幾率，節(jié)約電能，減少用電成本。