闵瑞杰 王卫东 陈振奎

【摘要】物联网是新一代信息技术的重要组成部分，它使物体之间可以通过网络实现信息的传输。本文利用物联网对教学楼、宿舍的电器节约电能进行了研究。

【关键词】节能；物联网；传感器；控制系统

一、目的和意义

在教学楼、学生宿舍等公共场合存在着白天光照良好，灯具却依旧长明及晚自习后不及时关灯的现象。一个长明灯看起来耗能不大，但对于整个学校，能耗却是相当大的，本文是利用ZigBee网络建立设计一套能进行自动控制的照明节能系统，在保护学生视力的同时实现节能降耗目的。

二、物联网技术.

物联网在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，它使物体之间可以通过一个网络实现信息的传输，目前业界内普遍认可的概念是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器、图像感知器等信息传感设备，按约定的协议，实现人与人、人与物及物与物，在任何时间、任何地点的连接，从而进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统，形成一个真正意义上的物物相连。

三、技术方案

1.硬件资源

（1）CC2530开发板。板上资源接口丰富，通用传感器即插即用，摆脱短路帽拔插的烦恼；采用底板加核心模块组合设计；板载USB转串口电路，方便笔记本以及没有串口的电脑用户；引出所有IO口，方便调试模块和扩展应用；增加串口收发指示灯，监控通讯状态一目了然。（2）仿真器。CC-Debugger主要用来调试和下载运行在CC2530的设备，PC端工具是SmartRF Flash Programmer和IAR Embedded Workbench for 8051 from IAR Systems.（3）传感器。本文主要是检测光的强度和教室内的人员，所以主要研究光敏传感器和热释红外传感器。

光敏传感器

本文所选择的是光敏电阻。光敏只需读取与之相连IO口电平，来判断当前环境是亮还是暗。需要配置好IO口，然后周期性检测、输出显示，上传给协调器即可。

红外热释电传感器

红外传感器的基本原理是靠传感器内部接收遇到障碍物时反射回来的红外光来判断是否有人存在。当有人存在时输出引脚输出高电平，否则为低电平。

热释电传感器一般由压电晶体元件或陶瓷氧化物组成，在有效范围内有温度变化时，它的两个电极之间会有微小的电压变化。当检测区域内有人体通过时，人体温度与环境温度产生温度差，会有信号输出。相反的，当人体站在检测范围内不动或是没有温度差的产生，这时则不能识别是否有人出入。热释电元件的敏感波长在8mm-12mm之间，所以为了准确的识别人体的红外辐射，常常需要在热释电元件的辐射面安装具有抗干扰功能的菲涅耳滤光片。（4）继电器。继电器是一种电控制器件，通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

2.控制系统开发

校园照明节能控制系统针对教室的灯进行控制，系统能判断教室内有无人员，并根据光照强度进行自动控制。首先需要检测教室内有无人员和教室内的光照情况，根据检测结果判断是开灯还是关灯，然后对灯的开关进行控制，仅在教室内有人且光照强度较差的情况下开灯，即可完成自动控制和节能。系统由光照度检测部分、人员检测部分、数据处理部分和灯开关控制部分组成。如图1所示。 （1）光照度检测。光照度检测部分由光照度节点完成，周期性采集教室内的光照强度，通过光敏传感器获得光照度数据，并将结果发送到数据处理部分。（2）人员检测。人员检测系统由人体热释电模块负责检测教室内有无人员，并将检测结果发送到数据处理部分。人员检测节点带有人体热释电传感器，该模块工作时，附近有人就从输出端输出高电平，没人则输出低电平。（3）数据处理。数据处理部分接收光照度检测部分和人员检测部分的数据，通过判断光照度信息和人员检测信息，得出应该开灯或者关灯的控制命令，然后将控制命令发送到灯开关控制部分。数据处理部分由ZigBee网路中的协调器完成。（4）灯开关控制。灯开关控制部分接收并执行数据处理部分发送过来的控制命令，根据指示自动地实现教室灯的开和关的控制。

3.软件开发

一个完整的系统离不开软件的支持，对于复杂信息的分析和管理，需要在单片机硬件系统的基础上，再配上相应的软件，才能构成一个完整的系统。嵌入式IAR Embedded Workbench有效提高用户的工作效率，通过IAR工具，用户可以大大节省工作时间。任何可用的工具都可以完整地嵌入其中，它为用户提供一个易学和具有最大量代码继承能力的开发环境。针对CC2530芯片的Zigbee开发套件可与IAR集成开发环境无缝连接，操作方便、连接方便，是开发Zigbee产品最好最实用的開发工具。通过USB接口连接电脑，具有代码高速下载，在线调试，断点、单步、变量观察，寄存器观察等功能，实现对CC2530系列无线单片机实时在线仿真、调试。

参考文献

[1]杜晓通.无线传感器网络技与工程应用[M].北京：机械工业出版社，2010：13-32.

[2]李金祥.物联网应用开发[M].电子工业出版社，2014

基金项目

本文为2015年河北省高等学校科学技术研究项目“基于物联网的校园节能系统研究”阶段性成果，项目编号：Z2015112