基于校园自习室环境下智能照明控制系统研究

杨博文，刘 航

（吉林建筑大学，吉林 长春 130118）

随着传感器技术、计算机通信技术、自动控制技术的发展越来越成熟，智能化照明控制技术已经发展成为校园建筑物控制系统中不可或缺的一部分。照明系统在楼宇能耗中占很大的比例，因此，选择合适的照明设计方案和好的控制策略，不仅体现在减少学校的用电量，也能够节约能源，保护环境，提高校园的智能化管理水平。在国外，照明系统的智能化控制已经是现代校园管理必不可少的一部分，并且经济效益可观，社会效益明显，应用的范围越来越广泛。因此，研究校园自习室的智能照明控制系统具有重要意义。

为了设计一个基于校园自习室环境下的智能照明控制系统，本文先介绍了国内外常见的照明控制系统，然后在此基础上提出了自己的设计方案。研究表明，与传统的粗放式管理状态相比，该方案所设计的智能照明控制系统能够在保证灯具寿命不受影响下达到良好的节能效果，提高了校园的管理水平。

1 智能照明控制系统现状研究

国外照明控制系统常见的有四种［1－2］：Dynalite智能照明控制系统、C－Bus智能照明控制系统、EIB智能安装系统、DALI控制系统。Dynalite系统采用的是DyNet智能化分布式网络连接方式，由调光模块、开关模块、控制面板、智能传感器、时钟管理器和PC监控机等模块组成，其中用户可以利用控制面板选择一个预置场景来控制照明模式或者通过时钟控制器来控制照明。从网络架构上区分，照明控制系统大致分为三类：集中控制模式、分布控制模式、DCS控制模式。集中控制虽然方便人员管理但存在结构隐患，往往总控制器出现问题，整个系统都停止工作，近年来这种模式使用越来越少；分布控制采用分布式总线（如DyNet），将各子系统挂接在总线上通过通信协议进行信息通讯，这种系统发生故障，不会影响整个系统，具有良好的容错性和扩展性，但是不方便管理；DCS控制系统采用的集中式管理和分布式控制方式，这种控制模式在智能照明系统中的应用越来越广泛。

而国内校园照明管理用电仍然是处于一种粗放式管理模式，分为以下几种：（1）无专人管理，由学生自行控制教室灯具的开关，然后再由值班老师进行检查，这种模式在初中、高中比较常见；（2）管理人员利用每一栋楼的配电箱总闸进行控制，这种控制缺乏人性化管理，影响了室内人员的工作［3］，这种模式在大学比较常见；（3）红外传感或热释电检测人员走动进行控制楼道灯具的开关状态，这种应用在校园楼道中应用比较常见，但在室内很少用到。

通过以上分析，现代智能照明控制系统具有系统化、网络化、智能化、信息化等诸多特点。本文借鉴以上优点，提出了本系统的设计方案，如图1所示。

2 单个教室的系统硬件设计

图1 校园自习室智能照明系统框图

本系统选用智能控制器MSP430F149为主控芯片的采集数据和处理装置，电路组成包括电源模块、复位模块、数据采集模块、通信模块等。主控模块连接光照传感器模块和红外感应模块，分别检测室内的光照强度和教室里边是否有人，来控制教室区域灯的状态，然后结合串口通信将这些数据发送给上位机，由终端来检测灯状态，系统结构图如图2所示。

图2 某教室照明控制硬件系统

上位机利用PC机RS232通信接口并结合RS－232／RS485转换器接入RS485通信网络中，实现与校园教室照明系统的交互。上位机和末端硬件系统是整个教室智能照明系统的关键，通过末端系统传递教室当前的照度数据和人员检测数据，从而实现监测灯的状态；并且可以通过发送指令来控制教室的灯具。

3 教室照明控制器软件设计

教室照明控制器实现的功能：先通过红外人体感应探测器感应范围内是否有人活动，若没人，则将关闭该范围的灯具；若有人活动，则检测光照强度，如果照度值大于所设定值，则关闭部分灯具；如果照度值小于所设定的值，则打开相应的灯具，流程图如图3所示。

4 照明系统工作流程

图3 照明控制系统软件流程图

通过以上介绍，现代智能照明控制系统具有系统化、网络化、智能化、信息化等诸多特点。本系统的工作流程如下：（1）利用无源红外传感器检测自习室里边是否有人，根据光照度传感器实现自习室的区域灯具自动控制；（2）将红外传感器采集过来的数据通过RS485通信协议传给服务器，然后客户端可以查看和控制终端各个自习室灯状态；（3）客户端信息管理软件提供学校各个区域的自习室灯状态信息界面，通过TCP／IP协议以C／S架构模式访问服务器数据库，将教室房间灯的状态以各种直观的交互方式显示出来，从而方便控制和管理。（4）系统具有合理的设计、简单易安装、更改、扩展方便等优点，更便于人性化管理，实现“绿色照明”。

5 结 论

本论文重点介绍了整个照明系统的框架、教室照明系统硬件结构图及其对应的软件流程图，该系统能够实现由一个教室照明控制器与PC上位机组成的测试系统。由于整个系统还处于研发阶段，后期打算完成以下工作：进一步优化照明控制策略，将根据时间划分来设计假期阶段与在校阶段、上课阶段与自习阶段、白天和晚上工作模式去设计控制策略，以达到节能效果。

［1］ 许嘉宏.智能照明系统在现代建筑照明中的应用与研究［J］.建筑论坛与建筑设计，2007，27（4）：74－77.

［2］ 邓 鹏.基于物联网的校园节能监控系统的研究［D］.长沙：湖南工业大学，2013.

［3］ 程 春.大学生智能照明控制器及其系统的研究与开发［D］.北京：北京化工大学，2010.