基于物聯(lián)網(wǎng)的LED室內(nèi)照明系統(tǒng)設(shè)計趨勢探討

劉芳嬌　王琦　胡海華

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是新時代信息技術(shù)的核心，它借助互聯(lián)網(wǎng)將物物相連，實現(xiàn)延伸和擴展，通過智能感知、識別技術(shù)和普適計算的方法實現(xiàn)信息溝通，應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)融合。文章結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)LED照明系統(tǒng)概述，以物聯(lián)網(wǎng)的LED室內(nèi)變照度照明系統(tǒng)控制方法為例，探討了照明系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；LED；室內(nèi)照明系統(tǒng)；智能感知；識別技術(shù)；普適計算 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM762 文章編號：1009-2374（2016）16-0023-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.010

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，社會經(jīng)濟文化進入新的時期，人們對未來生活也開展了較多的探索，基于物聯(lián)網(wǎng)的照明系統(tǒng)設(shè)計研究具有重要的意義，也會對LED室內(nèi)照明領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用信息技術(shù)將互感器和控制器等聯(lián)系在一起，提高了系統(tǒng)中設(shè)備和資源的個性化和智能化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)保證日常應(yīng)用中的物品有思想，體現(xiàn)出智能化特點，為日常生活帶來重要的變革，基于物聯(lián)網(wǎng)的LED室內(nèi)照明系統(tǒng)也會為人們提供更高質(zhì)量的生活。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的LED照明系統(tǒng)概述

隨著人們生活水平的提高，對室內(nèi)照明系統(tǒng)的要求由原來的節(jié)能環(huán)保轉(zhuǎn)變?yōu)閷駥哟蔚淖非?，例如照明系統(tǒng)的健康化、智能化和藝術(shù)化。LED照明燈具應(yīng)用功能過程中充分體現(xiàn)出輕巧、不易碎、色彩豐富、便于光色控制和組合的優(yōu)點，為室內(nèi)照明燈具的健康化和藝術(shù)化奠定了基礎(chǔ)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中借助互聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)的優(yōu)勢，實現(xiàn)了室內(nèi)照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的大背景下，室外成員可以應(yīng)用計算機實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，自動發(fā)送電子郵件和短信，完善照明系統(tǒng)的報警功能。室內(nèi)照明燈具的生產(chǎn)廠家可以借助網(wǎng)絡(luò)對技術(shù)人員提供指導(dǎo)，便于及時排除故障，從而提高產(chǎn)品售后服務(wù)的質(zhì)量。智能化的室內(nèi)照明系統(tǒng)可以記錄用戶的生活習(xí)慣和作息方式，借助可靠的情景感知技術(shù)與其他家用電器之間產(chǎn)生互動，體現(xiàn)智能化的優(yōu)勢，提高人們的生活質(zhì)量。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在室內(nèi)LED照明系統(tǒng)中的深度融合，將徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞?，成為室?nèi)生活的重要角色。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的LED室內(nèi)變照度照明系統(tǒng)研究

2.1 照度要求

照度是指物體被照亮的程度，從一個方向上看，在固定方向上任何表面每單位投影面積上的光照強度，照度也是室內(nèi)照明系統(tǒng)的重要指標(biāo)。照度會對室內(nèi)人員的生活產(chǎn)生重要的影響，由于照度給人們的視覺感受不一樣，在連續(xù)工作的同時，如果照度不足，將會嚴(yán)重影響人們的視力，引發(fā)頭暈、皮膚病等問題。購物商場內(nèi)的照度將會影響商品的視覺效果，合適的照度將會激發(fā)客戶的購買欲望，有利于銷售。

在同一棟大樓中，由于房間位置的不同，人們對照度的要求也會不同。與傳統(tǒng)燈具相比，LED燈具具有良好的可調(diào)性，很容易滿足人們對室內(nèi)照度的需求，光線不足時可以將燈具調(diào)亮一些，也可以在光線充足時將燈具調(diào)暗一些或者關(guān)閉。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的照度控制方法

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于室內(nèi)LED照度控制，需要從室內(nèi)照度的智能感知層、智能建筑網(wǎng)絡(luò)層和智能變照度控制層方面進行分析。

為了實現(xiàn)對LED燈具的照度控制，需要及時掌握室內(nèi)的照度，目前在計算室內(nèi)光照度的過程中，需要結(jié)合燈具、室內(nèi)光反射情況和平均照度，現(xiàn)介紹以下方法：

第一步，選擇特定的房間，在地面上做出規(guī)劃，分出邊長為1m的正方形網(wǎng)格，同時測出不同交叉點的照度。

第二步，應(yīng)用不同交叉點的照度構(gòu)建光場模型。利用光場模型計算出房間中任何一點的照度。在應(yīng)用該模型的過程中，已知房間內(nèi)的點有A1、A2、A3、A4……An，并且已經(jīng)知道這些點的光照度，結(jié)合這些已知點的坐標(biāo)，求出任意一點的照度。

第三步，在建立模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用已知點的光照度和待定點的坐標(biāo)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，計算出相應(yīng)點的光照度。

為了實現(xiàn)設(shè)計目的，在設(shè)計過程中應(yīng)用分級控制方法，不同的燈具作為相應(yīng)的子節(jié)點，集中控制器對不同子節(jié)點進行控制，同時將集中控制器連接在中央控制器中。其中子節(jié)點可以是無線燈光控制的節(jié)點，集控器是無線節(jié)點的集中控制單元，機控軟件選為局域網(wǎng)PC機的控制軟件。

燈光控制可以應(yīng)用無線通信和無線節(jié)點實現(xiàn)集中控制，其中將無線節(jié)點集中控制器連接在局域網(wǎng)服務(wù)器上，在局域網(wǎng)服務(wù)器的幫助下，可以連接到外網(wǎng)服務(wù)器上，收集、PC設(shè)備等都可以借助外網(wǎng)服務(wù)器對燈光進行監(jiān)測。

系統(tǒng)硬件設(shè)計方面，主要涉及到節(jié)點模塊和集控模塊的設(shè)計。子節(jié)點設(shè)計的重點在無線接收模塊和照度檢測模塊。其中無線接收模塊可以及時準(zhǔn)確地獲取信號，并對信號進行解碼，如果解碼有效，解碼信號將會在處理器中被處理，可以結(jié)合實際信號，將不同占空比的PWM信號輸出，實現(xiàn)燈光的驅(qū)動和調(diào)節(jié)。如果解碼信號無效，將不會做出任何處理。照度檢測模塊主要實現(xiàn)對光通量的變化進行檢測，如果光通量出現(xiàn)變化，可以及時將信號反饋到中央處理器，對信號進行分析處理后對PWM進行調(diào)節(jié)。集控器設(shè)計過程中應(yīng)用多個中央處理器協(xié)同工作，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)和信號模擬，將模擬信號轉(zhuǎn)換為控制信號，同時中央處理器也可以實現(xiàn)編碼，及時將編碼發(fā)射出去。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的LED室內(nèi)照明系統(tǒng)的設(shè)計趨勢

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸普及的同時，智慧城市的建設(shè)理念也被人們接受，設(shè)計師在融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的過程中，對室內(nèi)LED照明系統(tǒng)進行深入研究，在未來的發(fā)展過程中，照明系統(tǒng)體現(xiàn)出自適應(yīng)和自管理的優(yōu)勢。

3.1 照明系統(tǒng)借助全面感知的能力實現(xiàn)自適應(yīng)

未來的發(fā)展過程中，室內(nèi)照明系統(tǒng)將體現(xiàn)出“聰明能干”的特點，體現(xiàn)出自適應(yīng)的優(yōu)勢。在應(yīng)用傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)和RFID射頻識別技術(shù)的過程中，照明系統(tǒng)借助內(nèi)部的傳感器系統(tǒng)和微處理系統(tǒng)獲取環(huán)境的變化信息，基于物聯(lián)網(wǎng)的LED照明系統(tǒng)感知環(huán)境信息，可以隨環(huán)境而變，自適應(yīng)地提出解決方案，為人們提供自然的服務(wù)。

將先進的傳感器系統(tǒng)嵌入到物聯(lián)網(wǎng)LED室內(nèi)照明系統(tǒng)中，可以及時感知環(huán)境變化，借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制方法，結(jié)合環(huán)境變化快速制定出工作方案，適應(yīng)用戶的需求，可以節(jié)省用戶的選擇時間，燈具的使用過程也更加人性化和智能化，如果用戶在應(yīng)用的過程中出現(xiàn)生活習(xí)慣的變化，照明系統(tǒng)將會生成新的設(shè)定方式。例如，LED照明系統(tǒng)需要根據(jù)冰箱開啟的時間自動調(diào)節(jié)照度，針對智能型熱水器而言，可以根據(jù)外部環(huán)境溫度的變化，應(yīng)用LED照明系統(tǒng)為用戶提供水溫信息和水量信息。

3.2 照明系統(tǒng)借助智能化技術(shù)實現(xiàn)自管理

未來的發(fā)展過程中，室內(nèi)照明系統(tǒng)將體現(xiàn)出自管理的能力。未來物聯(lián)網(wǎng)LED室內(nèi)照明系統(tǒng)應(yīng)用智能化技術(shù)，打破傳統(tǒng)程序框架的束縛，不僅僅局限于設(shè)計師設(shè)計定的程序，也會不斷改變傳統(tǒng)的被動接受指令和執(zhí)行指令，改變傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的單一控制方法，而是發(fā)展成為擁有智能化特點、擁有多種思維方式的設(shè)備，可以實現(xiàn)自主識別、自主判斷、自主學(xué)習(xí)等功能。

在對照明燈具自身進行控制的同時，還可以應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能化控制系統(tǒng)，掌握生產(chǎn)流程和運行參數(shù)，對生產(chǎn)環(huán)境進行可靠的監(jiān)控，實現(xiàn)LED產(chǎn)品生產(chǎn)過程的智能化控制和管理，盡可能消除人為因素的影響，保證生產(chǎn)過程中的安全，可以避免生產(chǎn)過程對環(huán)境造成破壞。

4 結(jié)語

信息技術(shù)的發(fā)展為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供了堅實的平臺。將物理網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于LED室內(nèi)照明系統(tǒng)中，擁有可靠的技術(shù)發(fā)展平臺和良好的技術(shù)環(huán)境，有利于實現(xiàn)智慧生活，為人們提供更加便捷、舒適、安全、智能的生活空間。目前，室內(nèi)LED照明系統(tǒng)還處于發(fā)展階段，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，室內(nèi)LED照明系統(tǒng)將會朝著網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智慧化方向發(fā)展。LED照明系統(tǒng)不僅綠色環(huán)保，而且有利于提升城市形象、美化居住環(huán)境，為人們提供更加安全舒適的照明系統(tǒng)。

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