刘谋黎

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。

关键词：教室照明;物联网;节能;智能照明

中图分类号：TP393     文献标志码：A       文章编号：2095-1302（2014）12-00-03

0  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。

图1  智能照明系统架构

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。

图1  照明系统拓扑通信结构

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。

参考文献

[1]黄颖，黄凤琴. 高校教室照明节试验与对策分析[J]. 四川环境，2009（6）：51-53

[2]高怀恩，常克. 基于2.4 GHz无线通信技术的数字家庭控制网络[J]. 电视技术，2012，36（S1）：37-42

[3]雷磊.智能家居照明系统的设计与实现[D]. 西安：西安电子科技大学， 2011

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。

关键词：教室照明;物联网;节能;智能照明

中图分类号：TP393     文献标志码：A       文章编号：2095-1302（2014）12-00-03

0  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。

图1  智能照明系统架构

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。

图1  照明系统拓扑通信结构

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。

参考文献

[1]黄颖，黄凤琴. 高校教室照明节试验与对策分析[J]. 四川环境，2009（6）：51-53

[2]高怀恩，常克. 基于2.4 GHz无线通信技术的数字家庭控制网络[J]. 电视技术，2012，36（S1）：37-42

[3]雷磊.智能家居照明系统的设计与实现[D]. 西安：西安电子科技大学， 2011

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。

关键词：教室照明;物联网;节能;智能照明

中图分类号：TP393     文献标志码：A       文章编号：2095-1302（2014）12-00-03

0  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。

图1  智能照明系统架构

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。

图1  照明系统拓扑通信结构

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。

参考文献

[1]黄颖，黄凤琴. 高校教室照明节试验与对策分析[J]. 四川环境，2009（6）：51-53

[2]高怀恩，常克. 基于2.4 GHz无线通信技术的数字家庭控制网络[J]. 电视技术，2012，36（S1）：37-42

[3]雷磊.智能家居照明系统的设计与实现[D]. 西安：西安电子科技大学， 2011