罗倩倩

（湖北文理学院物电学院，湖北 襄阳 441053）

一种室内照明节能控制和人群活动监控系统

罗倩倩

（湖北文理学院物电学院，湖北 襄阳 441053）

为节约电力资源，基于室内照明节能控制、人群流量监控和灯联网三个技术领域，提出了一种基于电力载波通信网络的室内照明节能控制和人群活动监控系统，可根据行人活动情况实现区域内灯具协同照明控制，达到在不影响照明体验情况下的最优节能控制并可同时实现人群活动热点监控功能。阐述了系统的工作原理及结构设计思路。该设计对于节能控制和人群活动监控具有一定的参考意义。

电力载波通信；节能控制；人群活动监控

1 引言

目前，室内公共场所的照明灯具大部分采用“全天候亮灯、恒照度”模式，即使某些时段行人稀少，照明灯具依然全功率运作，这种模式造成了电能的巨大浪费［1］。为了解决此问题，部分室内照明灯具采用了“分时段功率亮度调节”模式，这种模式对单个灯具进行功率参数设置，使得单个灯具依时段按设定功率亮灯，例如 18:00-23:00全功率亮，23:00-6:00半功率亮，但这种模式仍然不是最优［2］。根据室内公共场所灯具的功能特点，灯具节能的最优策略应是有行人时亮灯，没有行人时熄灯［3-4］。要想实现“节能最优策略”模式，灯具须能识别行人并及时做出反应亮灯，目前通用的解决方法是在单个灯具上安装红外感应模块或微波雷达感应模块［5］，这种人体感应式灯具在楼道中已经得到了很好的应用，但是如果将这种人体感应式灯具应用在大型室内公共场所的环境中，由于这些灯具之间彼此独立，行人的行进前方仍然会处于非照明状态，这会影响行人的方向判断和整体照明体验。

为了克服上述技术中的缺陷与不足，本文基于灯联网技术的思想［7］，采用电力载波通信（power carrier communication，PLC）技术将室内所有的人体感应式灯具连接起来组成一个通信网络［8-10］，使得相邻的人体感应式灯1具之间可以相互发送控制信息，从而实现一个区域内多个灯具协同照明控制，可以在不影响照明体验的情况下实现最优化节能控制［11-12］。由于每个灯具均安装有一个人体感应模块，将其与灯具控制模块相关联，可实现人群活动热点监控功能。

2 系统架构

一种室内照明节能控制和人群活动监控系统，系统结构如图1所示，包括多个PLC感应式智能灯具、PLC网关、低压电力线、WiFi网络和计算机监控终端。

图1 一种室内照明节能控制和人群活动监控系统结构示意图

2.1 PLC感应式灯具结构

PLC感应式智能灯具由平板灯具、人体感应探头、人体感应模块、灯具驱动电源、单片机系统模块、开关管控制模块、PLC电力载波数据收发模块和AC/DC电源组成，组成结构如图2所示。

图2 PLC感应式智能灯具结构示意图

人体感应探头安装在平板灯灯罩上，用于感知行人，人体感应探头通过驱动控制线路与人体感应模块相连，人体感应模块通过驱动控制线路与单片机系统模块的 I/O口引脚相连，单片机系统模块的收发数据引脚与PLC电力载波数据收发模块相连，PLC电力载波数据收发模块的数据收发端与220V低压电力线相连，单片机系统模块接收到的人体感应触发信息通过PLC电力载波数据收发模块传输至电力线上；单片机系统模块通过驱动控制线路与开关管控制模块连接，开关管控制模块的一端与灯具驱动电源的负极相连接，另一端与灯具光源的负极相连接，单片机系统模块通过驱动开关管控制模块实现平板灯具的开关控制，灯具驱动电源的 AC端口分别与 220V市电的火线和零线相连；单片机系统模块的PWM引脚与灯具驱动电源的PWM端相连，单片机系统模块通过驱动灯具驱动电源实现灯具功率亮度的调节；AC/DC电源的AC端与220V市电相连，DC端与单片机控制模块和PLC电力载波数据收发模块的供电引脚相连，为两模块提供合适的工作电压。每个PLC感应式智能灯具拥有唯一的地址编码（PLC-ID）。

2.2 PLC网关结构

PLC网关由嵌入式处理器最小系统、PLC电力载波数据收发模块、WiFi无线数据传输模块、数据存储模块和AC/DC电源组成，组成结构如图3所示。

图3 PLC网关结构示意图

PLC电力载波数据收发模块的收发引脚与嵌入式处理器最小系统相连，嵌入式处理器最小系统与WiFi无线数据传输模块和数据存储模块相连，PLC网关的功能是将PLC电力载波数据转换成WiFi无线通信数据，同时将一些实时数据存储在数据存储模块中；AC/DC电源一端与220V市电相连，一端与嵌入式处理器最小系统、PLC电力载波数据收发模块、WiFi无线数据传输模块的供电引脚相连，为三模块提供合适的工作电压。

2.3 计算机监控终端

计算机监控终端包括前台监控操作界面和数据库两大部分。

数据库用来存储PLC感应式智能灯具的地址编码，灯具的工作状态（亮或熄）、灯具触发信息的起始时间和结束时间。

前台监控操作界面用来显示每个 PLC感应式智能灯具所在位置的人群热点信息，从而可以跟踪任意时间点的室内公共场域的人群分布状态；前台监控操作界面可以对所有智能灯具进行区域分组和关联，实现多个灯具协同照明控制，还以操作数据库查看灯具过去任意时刻的工作状态和触发信息。

3 系统工作原理

通过以上电路和系统结构设计，本系统的工作原理为：PLC感应式智能灯具和 PLC网关被分配一个独一无二的PLC-ID号，每一个PLC感应式智能灯具均有一组智能灯具与之相关联，当行人经过一个PLC灯具下方，灯具中的人体感应探头会产生一个感应触发信息交由单片机系统模块处理，单片机系统模块会驱动开关管控制模块控制灯具光源亮灯，同时将感应触发信息交给PLC电力载波数据收发模块，PLC电力载波数据收发模块将感应触发信息传送至电力线上，感应触发信息通过电力线传送至与本灯具相关联的智能灯具，从而触发相关联的多个智能灯具亮灯，感应触发信息通过电力线传送至PLC网关，PLC网关将信息转换成WiFi信息，将信息传至WiFi网络中，联网的计算机监控终端接收到此感应触发信息，立即关联对应的时间，将感应触发信息和时间存储至数据库中。当行人离开此灯具下方，灯具的人体感应探头会产生一个感应复位信息，此时，单片机系统模块会产生一个延时时钟信号控制灯具光源延时熄灯或者通过 PWM引脚驱动灯具驱动电源逐渐降低光源亮度进行延时熄灯，同时将感应复位信息交给PLC电力载波数据收发模块，PLC电力载波数据收发模块将感应复位信息传送至电力线上，感应复位信息通过电力线传送至与本灯具相关联的智能灯具，从而触发相关联的多个智能灯具进行延时熄灯操作，感应复位信息通过电力线传送至 PLC网关，PLC网关将信息转换成WIFI信息，将信息传至WIFI网络中，联网的计算机监控终端接收到此感应复位信息，立即关联对应的时间，将感应复位信息和时间存储至数据库中。用户可以通过对数据库中的所有灯具的感应触发和复位信息及对应时间进行统计分析获取任意时间点的区域内的人群活动热点分布状况。

4 系统效果分析

提出的一种室内照明节能控制和人群活动监控系统，采用PLC灯联网技术将传统的感应式灯具连接起来，实现了一个灯具和与之相关联的灯具协同照明的功能，在不影响行人的照明体验的情况下实现了节能优化，同时，由于所有的智能灯具的感应触发和复位信息会实时的传送至计算机监控终端中的数据库中，通过对感应触发和复位信息及对应的时间大数据进行统计分析，可以有效的获取任意时间点的室内公共场所的人群活动热点分布状况。

5 总结

以上为结合实际情况对室内照明节能控制的一些探讨，在系统设计时兼顾考虑了人群活动监控的功能。事实上该系统还可以扩展到更多的场景。例如为了进一步提高整体照明效果，一个PLC智能灯具可以关联更多的相邻的智能灯具，人体感应模块如果采用可以判断行人移动方向的微波雷达，可以将关联的灯具和行人运动方向相结合，仅仅控制行人的行进前方的灯具亮灯，进一步优化节能。

［1］ 涂金龙.绿色照明与智能照明节能控制系统［J］.电气时代，2007（9）:88-90.

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An intelligent lighting controlling and crowd activity monitoring system

In order to save the power， a kind of indoor lighting controlling and crowd activity monitoring system based on power carrier communication network is put forward. According to the pedestrian activity， it can coordinate the lamps to reach the optimal energy saving and monitor the crowd activity at the same time. The working principle and structure design of this system is proposed. The design for energy-saving control and crowd activity monitoring has certain

ignificance.

Power carrier communication； energy-saving control； crowd activity monitoring

TM923

A

1008-1151（2016）08-0010-03

2016-07-10

2014襄阳市科学技术局项目（襄科计［2014］12号）。

罗倩倩（1982-），女，湖北潜江人，湖北文理学院物电学院讲师，从事IP网络通信、光通信、LED照明方面的研究。