智能家居節(jié)能照明系統(tǒng)研究

孟 瑜，吳柔倩，李勝男，于 蘭

(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130000； 2.長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，長(zhǎng)春 130000)

智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用為人們生活水平的提升作出了重要貢獻(xiàn)[1]。智能技術(shù)可與家居環(huán)境相結(jié)合，提高人們生活的舒適度[2]。家居環(huán)境中，照明系統(tǒng)是重要的組成部分。傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)節(jié)能性較差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，不符合環(huán)保理念的發(fā)展要求[3]。分析了智能家居節(jié)能照明系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，提出設(shè)計(jì)原則。

1 節(jié)能照明系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

節(jié)能照明系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在高效節(jié)能和綠色環(huán)保方面。與傳統(tǒng)照明系統(tǒng)相比，節(jié)能照明系統(tǒng)在日光感應(yīng)和人體感應(yīng)方面的能力更強(qiáng)，可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和操控，其設(shè)計(jì)、控制更合理，可以讓用戶獲得更好的體驗(yàn)。節(jié)能照明系統(tǒng)主要是通過(guò)專業(yè)的軟件進(jìn)行管理，以對(duì)照明系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的功耗進(jìn)行監(jiān)控，掌握電路損耗情況并進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能的運(yùn)行，減少節(jié)能照明系統(tǒng)的能耗和開支[4]。

節(jié)能照明系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效提升經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用節(jié)能照明系統(tǒng)，可對(duì)照明產(chǎn)品進(jìn)行更為精準(zhǔn)的控制和有效調(diào)節(jié)，不斷提高照明系統(tǒng)的管理水平。智能家居中的節(jié)能照明系統(tǒng)安裝了更為先進(jìn)的控制設(shè)施，軟件可以對(duì)參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為用戶提供更多的參考數(shù)據(jù)。節(jié)能照明系統(tǒng)可以對(duì)照明燈具是否正常運(yùn)行、是否存在漏電風(fēng)險(xiǎn)等進(jìn)行預(yù)判和分析，降低安全事故的發(fā)生率，維修與養(yǎng)護(hù)難度較小，可有效節(jié)約時(shí)間成本，實(shí)現(xiàn)效益的有效提高。

節(jié)能照明系統(tǒng)的應(yīng)用可以顯著提高家居環(huán)境的舒適度。與傳統(tǒng)照明系統(tǒng)相比，節(jié)能照明控制系統(tǒng)可以為不同類型用戶及場(chǎng)合提供針對(duì)性更強(qiáng)、更為舒適的照明環(huán)境，讓不同場(chǎng)所變得更為舒適、愉悅。用戶可以通過(guò)電腦或手機(jī)對(duì)節(jié)能照明系統(tǒng)進(jìn)行操控，隨時(shí)調(diào)節(jié)照明亮度，這對(duì)用戶而言十分重要。

2 智能控制原理

智能控制主要包括智能信息處理、信息反饋及控制決策三個(gè)方面。智能控制主要是以人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)相關(guān)理論、技術(shù)等不斷進(jìn)行擴(kuò)展，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法等，加入自適應(yīng)控制、自組織控制等，以實(shí)現(xiàn)智能控制。智能家居中，節(jié)能照明系統(tǒng)的智能控制主要包括照明燈具的自動(dòng)開關(guān)、分組控制與亮度適應(yīng)控制等。

在智能控制中，傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能控制的關(guān)鍵。傳感器的主要部件一般位于智能控制的最外層，可以將所獲得的信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)設(shè)備中，再由計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的處理和分析。節(jié)能照明系統(tǒng)的傳感器包括雷達(dá)、聲控與亮度感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器等[5]。

3 智能家居節(jié)能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 感知層設(shè)計(jì)

智能家居中的節(jié)能照明系統(tǒng)要做好感知層的設(shè)計(jì)。感知層是節(jié)能照明系統(tǒng)的最前端結(jié)構(gòu)，主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集。紅外定位傳感器、溫度傳感器及雷達(dá)傳感器在感知層采集設(shè)備中較為常見。結(jié)合家居環(huán)境的特點(diǎn)，節(jié)能照明系統(tǒng)主要存在于客廳、臥室、衛(wèi)生間及走廊、停車庫(kù)等，結(jié)合不同地點(diǎn)和用戶照明習(xí)慣，可以選擇對(duì)應(yīng)類型的采集設(shè)備。如在停車庫(kù)的節(jié)能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可以選擇雷達(dá)傳感器，當(dāng)感知到汽車信號(hào)時(shí)，點(diǎn)亮照明燈具，等到汽車信號(hào)消失后，關(guān)掉燈具。衛(wèi)生間的節(jié)能照明系統(tǒng)可以選擇人體紅外探測(cè)傳感器，在感知到人體發(fā)出的紅外信號(hào)后，點(diǎn)亮照明燈具，等到人走后，再關(guān)閉燈具。臥室與客廳可以選擇紅外遙控傳感器，便于用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，不必親自開關(guān)燈具。走廊可以選擇聲控傳感器，用戶在上下樓梯發(fā)出聲音時(shí)，節(jié)能照明系統(tǒng)感應(yīng)到信號(hào)，將燈具點(diǎn)亮。

3.2 控制層設(shè)計(jì)

針對(duì)節(jié)能照明系統(tǒng)的控制層設(shè)計(jì)，應(yīng)了解控制器的主要類型，如單燈控制器、調(diào)光控制器等，分析感知層傳感器傳入的信號(hào)，對(duì)照明燈具進(jìn)行單燈控制或成組控制?？刂破骺梢允怯芯€形式或無(wú)線控制器，設(shè)計(jì)人員要將控制器與對(duì)應(yīng)的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接，以有效接收服務(wù)器下達(dá)的指令，對(duì)節(jié)能照明系統(tǒng)進(jìn)行有效控制?？刂破饕型ㄐ胚B接的功能，可以遠(yuǎn)程對(duì)燈具進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)人員還要通過(guò)控制器的無(wú)線路由功能實(shí)現(xiàn)中繼處理。

3.3 網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)層處于感知層與應(yīng)用層之間，主要由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，可以在不同的控制器中傳遞相應(yīng)的信息。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)可以利用中間件接收傳感器發(fā)出的信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將其傳送至服務(wù)中心。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)收到服務(wù)器發(fā)出的指令后，將控制指令下達(dá)給對(duì)應(yīng)的控制器，從而對(duì)燈具亮度等進(jìn)行控制。在網(wǎng)絡(luò)層中，中間件的主要作用是為數(shù)據(jù)的采集和指令的下發(fā)提供統(tǒng)一的接口，從而完成對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和分析。對(duì)于數(shù)據(jù)適配中間件，由于不同類型和不同廠家生產(chǎn)的傳感器的格式不同，感知層需要對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和封裝處理，才能轉(zhuǎn)化為通用的協(xié)議格式，并傳送到服務(wù)器中，服務(wù)器接收到不同類型傳感信號(hào)之后，會(huì)向具體的控制器發(fā)出對(duì)應(yīng)的控制指令，以完成對(duì)節(jié)能照明系統(tǒng)的控制[6]。

3.4 應(yīng)用層設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)感知層與網(wǎng)絡(luò)層之后，會(huì)進(jìn)入控制中心，控制中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理和分析，并將其傳送至應(yīng)用層。節(jié)能照明系統(tǒng)的應(yīng)用層主要包括移動(dòng)端和PC端。智能家居中，節(jié)能照明系統(tǒng)具有高效節(jié)能的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)可視化操控和遠(yuǎn)程操控，能夠?qū)φ彰飨到y(tǒng)進(jìn)行任意一組或任意一個(gè)燈具的自定義控制，從而完成開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)等功能。在單燈控制方面，用戶可以在手機(jī)或電腦中對(duì)節(jié)能照明系統(tǒng)中的每一盞燈進(jìn)行對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制，還可以對(duì)燈具進(jìn)行分組控制。用戶可以對(duì)節(jié)能照明系統(tǒng)進(jìn)行定時(shí)控制，設(shè)定相應(yīng)的開啟與關(guān)閉時(shí)間，實(shí)現(xiàn)燈具的自動(dòng)開關(guān)，對(duì)燈具亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。可以通過(guò)遠(yuǎn)程查詢的方式，了解每一盞燈的開關(guān)情況，對(duì)燈具的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析，對(duì)燈具進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，在出現(xiàn)安全隱患時(shí)預(yù)先進(jìn)行處理。

4 結(jié)語(yǔ)

照明系統(tǒng)是家居環(huán)境中的關(guān)鍵內(nèi)容，與人們的日常生活密切相關(guān)。傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，在開關(guān)方面較為不便，無(wú)法對(duì)照明亮度進(jìn)行調(diào)控，節(jié)能性和環(huán)保性較差，無(wú)法適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和智能化技術(shù)發(fā)展要求。要把握節(jié)能照明系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)節(jié)能照明系統(tǒng)，使其融入智能家居，為人們的生活提供便利。