基于校園自習(xí)室環(huán)境下智能照明控制系統(tǒng)研究

楊博文，劉 航

（吉林建筑大學(xué)，吉林 長春 130118）

隨著傳感器技術(shù)、計算機(jī)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展越來越成熟，智能化照明控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為校園建筑物控制系統(tǒng)中不可或缺的一部分。照明系統(tǒng)在樓宇能耗中占很大的比例，因此，選擇合適的照明設(shè)計方案和好的控制策略，不僅體現(xiàn)在減少學(xué)校的用電量，也能夠節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，提高校園的智能化管理水平。在國外，照明系統(tǒng)的智能化控制已經(jīng)是現(xiàn)代校園管理必不可少的一部分，并且經(jīng)濟(jì)效益可觀，社會效益明顯，應(yīng)用的范圍越來越廣泛。因此，研究校園自習(xí)室的智能照明控制系統(tǒng)具有重要意義。

為了設(shè)計一個基于校園自習(xí)室環(huán)境下的智能照明控制系統(tǒng)，本文先介紹了國內(nèi)外常見的照明控制系統(tǒng)，然后在此基礎(chǔ)上提出了自己的設(shè)計方案。研究表明，與傳統(tǒng)的粗放式管理狀態(tài)相比，該方案所設(shè)計的智能照明控制系統(tǒng)能夠在保證燈具壽命不受影響下達(dá)到良好的節(jié)能效果，提高了校園的管理水平。

1 智能照明控制系統(tǒng)現(xiàn)狀研究

國外照明控制系統(tǒng)常見的有四種［1－2］：Dynalite智能照明控制系統(tǒng)、C－Bus智能照明控制系統(tǒng)、EIB智能安裝系統(tǒng)、DALI控制系統(tǒng)。Dynalite系統(tǒng)采用的是DyNet智能化分布式網(wǎng)絡(luò)連接方式，由調(diào)光模塊、開關(guān)模塊、控制面板、智能傳感器、時鐘管理器和PC監(jiān)控機(jī)等模塊組成，其中用戶可以利用控制面板選擇一個預(yù)置場景來控制照明模式或者通過時鐘控制器來控制照明。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上區(qū)分，照明控制系統(tǒng)大致分為三類：集中控制模式、分布控制模式、DCS控制模式。集中控制雖然方便人員管理但存在結(jié)構(gòu)隱患，往往總控制器出現(xiàn)問題，整個系統(tǒng)都停止工作，近年來這種模式使用越來越少；分布控制采用分布式總線（如DyNet），將各子系統(tǒng)掛接在總線上通過通信協(xié)議進(jìn)行信息通訊，這種系統(tǒng)發(fā)生故障，不會影響整個系統(tǒng)，具有良好的容錯性和擴(kuò)展性，但是不方便管理；DCS控制系統(tǒng)采用的集中式管理和分布式控制方式，這種控制模式在智能照明系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。

而國內(nèi)校園照明管理用電仍然是處于一種粗放式管理模式，分為以下幾種：（1）無專人管理，由學(xué)生自行控制教室燈具的開關(guān)，然后再由值班老師進(jìn)行檢查，這種模式在初中、高中比較常見；（2）管理人員利用每一棟樓的配電箱總閘進(jìn)行控制，這種控制缺乏人性化管理，影響了室內(nèi)人員的工作［3］，這種模式在大學(xué)比較常見；（3）紅外傳感或熱釋電檢測人員走動進(jìn)行控制樓道燈具的開關(guān)狀態(tài)，這種應(yīng)用在校園樓道中應(yīng)用比較常見，但在室內(nèi)很少用到。

通過以上分析，現(xiàn)代智能照明控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化等諸多特點(diǎn)。本文借鑒以上優(yōu)點(diǎn)，提出了本系統(tǒng)的設(shè)計方案，如圖1所示。

2 單個教室的系統(tǒng)硬件設(shè)計

圖1 校園自習(xí)室智能照明系統(tǒng)框圖

本系統(tǒng)選用智能控制器MSP430F149為主控芯片的采集數(shù)據(jù)和處理裝置，電路組成包括電源模塊、復(fù)位模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊等。主控模塊連接光照傳感器模塊和紅外感應(yīng)模塊，分別檢測室內(nèi)的光照強(qiáng)度和教室里邊是否有人，來控制教室區(qū)域燈的狀態(tài)，然后結(jié)合串口通信將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，由終端來檢測燈狀態(tài)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 某教室照明控制硬件系統(tǒng)

上位機(jī)利用PC機(jī)RS232通信接口并結(jié)合RS－232／RS485轉(zhuǎn)換器接入RS485通信網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)與校園教室照明系統(tǒng)的交互。上位機(jī)和末端硬件系統(tǒng)是整個教室智能照明系統(tǒng)的關(guān)鍵，通過末端系統(tǒng)傳遞教室當(dāng)前的照度數(shù)據(jù)和人員檢測數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測燈的狀態(tài)；并且可以通過發(fā)送指令來控制教室的燈具。

3 教室照明控制器軟件設(shè)計

教室照明控制器實(shí)現(xiàn)的功能：先通過紅外人體感應(yīng)探測器感應(yīng)范圍內(nèi)是否有人活動，若沒人，則將關(guān)閉該范圍的燈具；若有人活動，則檢測光照強(qiáng)度，如果照度值大于所設(shè)定值，則關(guān)閉部分燈具；如果照度值小于所設(shè)定的值，則打開相應(yīng)的燈具，流程圖如圖3所示。

4 照明系統(tǒng)工作流程

圖3 照明控制系統(tǒng)軟件流程圖

通過以上介紹，現(xiàn)代智能照明控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化等諸多特點(diǎn)。本系統(tǒng)的工作流程如下：（1）利用無源紅外傳感器檢測自習(xí)室里邊是否有人，根據(jù)光照度傳感器實(shí)現(xiàn)自習(xí)室的區(qū)域燈具自動控制；（2）將紅外傳感器采集過來的數(shù)據(jù)通過RS485通信協(xié)議傳給服務(wù)器，然后客戶端可以查看和控制終端各個自習(xí)室燈狀態(tài)；（3）客戶端信息管理軟件提供學(xué)校各個區(qū)域的自習(xí)室燈狀態(tài)信息界面，通過TCP／IP協(xié)議以C／S架構(gòu)模式訪問服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，將教室房間燈的狀態(tài)以各種直觀的交互方式顯示出來，從而方便控制和管理。（4）系統(tǒng)具有合理的設(shè)計、簡單易安裝、更改、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)，更便于人性化管理，實(shí)現(xiàn)“綠色照明”。

5 結(jié) 論

本論文重點(diǎn)介紹了整個照明系統(tǒng)的框架、教室照明系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖及其對應(yīng)的軟件流程圖，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)由一個教室照明控制器與PC上位機(jī)組成的測試系統(tǒng)。由于整個系統(tǒng)還處于研發(fā)階段，后期打算完成以下工作：進(jìn)一步優(yōu)化照明控制策略，將根據(jù)時間劃分來設(shè)計假期階段與在校階段、上課階段與自習(xí)階段、白天和晚上工作模式去設(shè)計控制策略，以達(dá)到節(jié)能效果。

［1］ 許嘉宏.智能照明系統(tǒng)在現(xiàn)代建筑照明中的應(yīng)用與研究［J］.建筑論壇與建筑設(shè)計，2007，27（4）：74－77.

［2］ 鄧 鵬.基于物聯(lián)網(wǎng)的校園節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的研究［D］.長沙：湖南工業(yè)大學(xué)，2013.

［3］ 程 春.大學(xué)生智能照明控制器及其系統(tǒng)的研究與開發(fā)［D］.北京：北京化工大學(xué)，2010.