基于物聯(lián)網(wǎng)的教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)

文/吳忠偉

我國目前能源緊缺，國家大力提倡節(jié)能環(huán)保，但是在學校經(jīng)常出現(xiàn)許多教室、實驗室、圖書館等地方燈開一整天的現(xiàn)象發(fā)生，即使教師和學生非常注意走的時候關掉教室的燈，但是學校大了，人多了，這種現(xiàn)象是不可能避免。物聯(lián)網(wǎng)技術主要具有自動控制、智能化監(jiān)控的特點，因此，基于物聯(lián)網(wǎng)技術對教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)進行研究是必然的。

1 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概念和應用

聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的一個介紹。物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，進行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)技術的新的升級和轉變，在快速發(fā)展的社會更實現(xiàn)了其價值，有很好的利用前景。在二十一世紀飛速發(fā)展的今天，各類高科技智能機器逐漸出現(xiàn)在人們的視野。隨著各類高科技智能機器的出現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對自動控制技術的要求也需要大力發(fā)展生產(chǎn)，因為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用與推廣已經(jīng)在我們企業(yè)經(jīng)濟發(fā)展和軍事領域等行業(yè)起了不可代替的作用，但凡是關于追蹤、監(jiān)控等領域，都離不開物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

2 學校教室照明問題

隨著我國對教育的高度重視，各類高效都出現(xiàn)了擴招的現(xiàn)象，因此學校的基本建筑物也在大力建設。隨著教室數(shù)量的不斷增加，而且高校的每個班級沒有固定的教室，都是以及尋找自習室，因此也就導致了長明燈現(xiàn)象的發(fā)生。大學是自主的，是開放的，對學生基本沒有具體的要求，所以學生基本沒有關燈的意識，而且學生對教室的燈是否開著也漠不關心。雖然一個教室即使全天開著也費不了多少電，但是學校不僅僅是一個教室，而且數(shù)量龐大的建筑群，如果許多教室長時間不關燈，將會浪費許多的能源。據(jù)統(tǒng)計，大部分高校電費支出占總支出的百分之讓二十左右，而造成學校電費這么多的原因主要是教室的燈沒有做好節(jié)能控制工作。學校人很多，教室也很多，即使提倡學生隨手關燈，幫助學生養(yǎng)成節(jié)約電能的觀念，也不能從根本上解決教師燈光的浪費，為了做好學校教室燈光節(jié)能，我們應該研究出更有效的教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)。

在學校影響影響教室照明的因素有很多，一般影響學校教室照明控制的主要因素是光照強度、作息時間、教室人數(shù)。因為學校一般十一點就會管宿舍門，所以十一點之后教室沒有人，而且會有放假時間，寒暑假教師也沒有人，所以學校應該及時的關閉照明設備，防止浪費能源。一般情況下，在自習期間，不僅各個教室的人數(shù)不同，而且每個教室的不同區(qū)域人數(shù)也不同，如果一個教室的人數(shù)很少，但是教師的燈全開著，那么就會造成嚴重的浪費，因此對學校照明節(jié)能控制系統(tǒng)進行設計和研究是非常必要的。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)

為了從根本上解決學校電能的浪費，本文根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術的主要特點，提出了ST單片機設計。在設計研究教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)的過程中，我們可以將學校的所有教師劃分為許多不同的部分，然后在每個教室我們可以安裝人體存在探測器，如果沒有人時，系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絎i-Fi模塊，最終呈現(xiàn)在網(wǎng)頁上。這種系統(tǒng)控制方法具有許多優(yōu)點，它不僅可以自動控制教室的燈光，而且可以根據(jù)教室的人數(shù)自動調(diào)節(jié)光照強度，從而學?？梢赃_到節(jié)能環(huán)保的目的。

3.1 系統(tǒng)的總結結構

3.1.1 系統(tǒng)的基本工作原理

上述描述的教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)主要是將區(qū)域進行劃分，然后用單片機作為每個區(qū)域內(nèi)的核心控制器，整個系統(tǒng)的連接方式是采用串口，只要接通電源就可以工作。為了解決教室燈光智能控制的問題，我們可以在不同區(qū)域，不同地方，安裝人體探測器和光傳感器。人體探測器將測出的信息通過傳感器傳輸?shù)矫總€區(qū)域的單片機，不同區(qū)域內(nèi)的單片機在將信息傳輸?shù)揭粋€總的單片機，在總的單片機對信息進行整理和分析之后，由Wi-Fi模板將所有的信息傳輸?shù)骄W(wǎng)頁上，從而可以在網(wǎng)上實現(xiàn)動態(tài)的監(jiān)控。

3.1.2 進行區(qū)域劃分

如果我們的控制系統(tǒng)只是能夠控制人離開教室的時候，把燈滅掉，人進來教師的時侯，把燈打開，那這樣的控制系統(tǒng)是不符合時代發(fā)展要求的。因為教室的人數(shù)不同，對燈的需求也不同，如果教室只有幾個人，所有的燈全開著，那么就會造成一種浪費的現(xiàn)象。由于不同時段教室的人數(shù)不同，比如上課時學生比較多，自習的時候學生比較少，因此在設計系統(tǒng)的時候應該實現(xiàn)對教室進行區(qū)域管理。

3.2 關鍵的硬件電路設計

3.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集我們主要是利用光頻轉化器和紅外熱釋電傳感器。光頻轉化器和紅外熱釋電傳感器兩者的工作原理不同，達到的效果也不同。光頻轉化器的核心元件是光敏電阻，光敏電阻具有電阻隨光照強度變化的性質(zhì)，光照強度越大，電阻越小。在光頻轉化器正常工作時，它會隨光照強度輸出不同的電流，然后將電流轉化為電壓傳輸給單片機，然后單片機對信息進行處理，從而實現(xiàn)智能化的控制。紅外熱釋電傳感器的工作原理主要是敏感單元、菲涅爾透鏡自己透鏡窗三者的協(xié)調(diào)配合實現(xiàn)只能控制，如果有人被紅外熱釋電傳感器檢測到之后，其會產(chǎn)生電流，電流經(jīng)過IC電路轉化為電壓，最終傳送給單片機，單片機對傳送過來的信息進行處理，進行照明，反之，如果沒有檢測到人則照明系統(tǒng)不工作，從而實現(xiàn)了節(jié)能控制。

3.2.2 電力串口和Wi-Fi模塊

電力串口模塊的作用是一個整合的作用，為了使得不同區(qū)域都受一個系統(tǒng)的控制，電力串口模塊可以對不同區(qū)域的單片機檢測模塊整合到一塊，從而達到我們的目的。Wi-Fi模塊的主要作用是將單片機傳來的信息傳送到網(wǎng)頁上，達到實時監(jiān)控的目的。在社會生活中，Wi-Fi模塊主要是應用ESP8266模塊，ESP8266模塊一共有22管腳，并且其具有裝置小、低能耗、傳輸效率快的優(yōu)點，因此它被廣泛應用于實際生活中。

3.3 系統(tǒng)軟件的設計

系統(tǒng)軟件也是教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)的重要組成部分，該系統(tǒng)軟件主要有端點單片機、主控單片機和監(jiān)控界面APP，系統(tǒng)軟件的功能主要是起信息的傳輸、信息的處理以及信息的顯示。

3.3.1 端點單片機

在學校的實際照明過程中，我們不能只采用自動控制系統(tǒng)，因為學習在自習時適合手動控制系統(tǒng)，所以我們應該采用多模式控制系統(tǒng)。端點單片機的應用可以實現(xiàn)教室燈光多模式控制，從而可以使得學校教室燈光控制系統(tǒng)設計的更加合理，應用過程中更加方便。

3.3.2 主控單片機和監(jiān)控界面

主控單片機的主要作用是將各個端點單片機的信息進行整合，然后將信息傳送到Wi-Fi模塊中。主控單片機就像是一個中轉站，主要是起承前啟后的過渡作用，保證整個控制系統(tǒng)的正常運轉。監(jiān)控界面主要是將Wi-Fi模板提交的信息顯示出來，而且可以幫助管理人員對學校的不同區(qū)域進行動態(tài)的監(jiān)控，從而為學校的教學燈光節(jié)能控制提高保障。

4 結語

綜上所述，節(jié)能減排是國家建設過程中的基本要求，隨著學校的不斷擴招，學校教室的數(shù)量直線上升，但是學校教室電能的浪費也越來越嚴重?；谖锫?lián)網(wǎng)智能化自動控制調(diào)節(jié)的特點，本文主要提出了STC單片設計來實現(xiàn)學校教室的燈光節(jié)能控制。STC單片設計控制系統(tǒng)主要有兩部分組成，分別是硬件電路和系統(tǒng)軟件，該控制系統(tǒng)不僅可以減少學校電能的浪費，而且可以提高電能的利用率。