基于物聯(lián)網(wǎng)的自動燈光控制研究

王 華

河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院信息工程學(xué)院，河南 鄭州 451191

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是一個由網(wǎng)絡(luò)相關(guān)事物組成的系統(tǒng)，可以收集和傳遞信息。IoT將設(shè)計一個機器相互交談的過程，減少人與人之間的互動，是嵌入式系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的結(jié)合，而推動IoT的主要因素是傳感器成本的大幅下降，以及處理能力和傳輸速度（寬帶），還有無處不在的遠(yuǎn)程范圍的增加。IoT可以將世界轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔?，有助于解決管理方面的諸多問題。城市路燈管理上花費了大量財力和精力，隨著IoT擴展到各個領(lǐng)域，智能路燈的出現(xiàn)解決了這一問題。通過使用智能路燈，可以節(jié)省城市能耗達(dá)50%～70%。通過運用IoT，當(dāng)光線足夠強時，路燈會自動關(guān)閉，并且可以通過網(wǎng)絡(luò)獲得數(shù)據(jù)，同時通過互聯(lián)網(wǎng)可以隨時查看路燈狀態(tài)。智能路燈主要采用安裝在路燈桿上的控制器來控制路燈，這些傳感器識別陽光，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到微控制器，由微控制器負(fù)責(zé)處理，根據(jù)需要，控制系統(tǒng)會自動開啟和關(guān)閉燈光。當(dāng)前，全球的環(huán)境在日益惡化，各國都在發(fā)展清潔能源，而隨著國民經(jīng)濟的高速增長，我國能源供需矛盾日漸突出，電力供應(yīng)開始存在短缺的局面，節(jié)能是亟須解決的問題之一。然而，傳統(tǒng)路燈常采用高壓鈉燈360°發(fā)光，在開關(guān)的過程中會產(chǎn)生大量的能耗損失，造成能源的巨大浪費。因此，需要智能路燈中微控制器設(shè)定路燈在傍晚時分打開，在早晨時分關(guān)閉。

1 自動燈光控制系統(tǒng)

文章闡述了自動燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計和建造，解決了現(xiàn)有系統(tǒng)的缺點。該電路擁有一個光傳感器來感知光線，不需要人員維護(hù)和初始安裝設(shè)置。因為實現(xiàn)了光線的自動控制，該先進(jìn)的電子裝置延長了燈泡的壽命，也減少了電力資源的浪費。通過使用這個技術(shù)，就不再需要人工開啟與關(guān)閉光源了。當(dāng)太陽光低于設(shè)定的光感強度時，自發(fā)地打開燈，在陽光照射下自動地關(guān)閉燈光，這是由一個稱為光敏電阻（LDR）的傳感器實現(xiàn)的?，F(xiàn)在是人工管理模式，如果晚上街道無人，光源會以正常亮度照明，或者天亮了還沒有關(guān)閉光源，會造成浪費?，F(xiàn)有的人工管理模式系統(tǒng)通常被用于所有街道的路燈系統(tǒng)中，如果晚上街道無人，光源會以正常亮度照明，或者天亮了還沒有關(guān)閉光源，會造成浪費。如今，可以通過增加被動式紅外傳感器（PIR）實現(xiàn)對人為活動的檢測，當(dāng)街道上沒有人為活動時，就關(guān)閉路燈或降低光強度。

1.1 Arduino和PIR自動亮燈傳感器

從定位數(shù)據(jù)中接收真實的當(dāng)?shù)貢r間，以及一個與該地理位置相關(guān)的日出和日落時間?；谶@些結(jié)果，微控制器自發(fā)地檢測地理區(qū)域并檢索該地區(qū)的日出和日落的相關(guān)數(shù)據(jù)，以確保照明系統(tǒng)精確開/關(guān)。文章研究的主要目的是通過感應(yīng)人與車輛自發(fā)地開啟/關(guān)閉路燈。在這個系統(tǒng)中，光傳感器被用于用來感應(yīng)光強度的。最初，路燈處于關(guān)閉狀態(tài)，通過使用LDR傳感器，根據(jù)估算的日出和日落時間，微控制器就可以管理路燈的狀態(tài)。使用Arduino和PIR管理燈光，通過檢測人的存在，自動地打開和關(guān)閉房間的燈光，這種自動燈光可以設(shè)計在走廊、樓梯、浴室等地方，那里不需要持續(xù)的燈光，只需要在有人活動時自動開啟燈光。

1.2 使用自動家庭照明解決方案

在這篇文章中，討論了多種方法可以用于家庭照明系統(tǒng)的自動開關(guān)。根據(jù)太陽光的強度控制燈光的強度，根據(jù)房間的溫度來控制風(fēng)扇等。設(shè)計基本上分為三個部分：紅外檢測電路、基于LDR的光檢測電路和基于溫度傳感器控制電路。紅外檢測電路是要控制主開關(guān)，只有在檢測到人的情況下才會打開，它是基于紅外傳感器和微控制器。光檢測電路是基于LDR，它用于檢測陽光的強度，并根據(jù)陽光的強度控制LED發(fā)光的數(shù)量。溫度傳感器控制電路需要使用LM35作為溫度傳感器來控制風(fēng)扇的開關(guān)。紅外檢測電路也將用于計算房間里的人數(shù)。本文的基本思想是在家庭照明系統(tǒng)開啟時，在沒有人在場的情況下，能節(jié)省所消耗的電力。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)在房間沒有足夠光線條件下自動開燈，在室溫低于標(biāo)準(zhǔn)溫度時開啟風(fēng)扇。該系統(tǒng)還賦予用戶可以靈活地在控制系統(tǒng)中打開設(shè)備。

1.3 基于IoT的智能和靈活的街道照明

IoT一直為人們提供所關(guān)注問題的可變化答案。智能化照明系統(tǒng)在IoT的支持下可以實現(xiàn)在智能嵌入式系統(tǒng)上進(jìn)行控制，控制路燈在傍晚時分自動打開，白天自動關(guān)閉。該路燈也可以在任何地方和任何時間通過網(wǎng)絡(luò)訪問路燈實現(xiàn)開啟或關(guān)閉。也可以在路燈的頂部放置攝像頭，以識別在街上進(jìn)行的活動，并將這些記錄儲存在服務(wù)器上。在未來的改進(jìn)中，將在燈桿上放置一個緊急按鈕，如果有任何緊急狀況，如騷擾、搶劫等，就會有一個緊急按鈕，任何人都可以在遇到危險時按下它。如果人們無法按下緊急按鈕，他們可以利用與緊急按鈕相連的語音識別系統(tǒng)，它與緊急按鈕相連，當(dāng)它識別到一些命令時，就會自發(fā)地按下緊急按鈕。在按下緊急按鈕的時候，攝像機當(dāng)時記錄的畫面會被發(fā)送至云端賬戶。而每個地區(qū)的路燈都與特定地區(qū)的派出所相互連接，警察可以通過賬戶看到現(xiàn)場的情況。這個新的設(shè)想比GSM 技術(shù)更具有時效性。

2 建議的方法

通過使用不同的組件，如節(jié)點MCU、繼電器、紅外傳感器。在所有這些組件的幫助下，實現(xiàn)自動控制房間燈光，通過IoT在云端進(jìn)行監(jiān)控。

（1）繼電器。繼電器是主要的保障技術(shù)，也是大多數(shù)控制過程或設(shè)備中的開關(guān)裝置或設(shè)備。所有的繼電器都對一個或多個電氣量如電壓或電流作出反應(yīng)，以便其打開或關(guān)閉觸點或電路。繼電器是一種開關(guān)設(shè)備，主要將電路的狀態(tài)從一種狀態(tài)分離或改變到另一種狀態(tài)。

（2）電源LED指示燈。電源LED指示燈在電路板上“UNO”字樣的下面和右邊，旁邊有一個小小的LED燈，緊挨著“ON”，只需把Arduino插入電源，當(dāng)處于“ON”狀態(tài)時，該LED燈會發(fā)光，如果LED不亮，說明可能出現(xiàn)問題，此時需要仔細(xì)檢查是否為電路問題。

（3）TX、RX。TX是用來傳輸數(shù)據(jù)的，RX是用來接收數(shù)據(jù)，這表示電子學(xué)中的一個位，表示負(fù)責(zé)串行通信的引腳。Arduino UNO電路板有兩個地方出現(xiàn)TX和RX，一個是數(shù)字引腳0和1，另一個是在TX和RX指示燈旁邊。在Arduino接收或發(fā)送數(shù)據(jù)時，這些LED燈就代表正在接收或發(fā)送數(shù)據(jù)時（比如當(dāng)正在在電路板上加載一個新的程序）。

（4）Blynk?？梢允褂肂lynk來打造一款基于IoT產(chǎn)品，可以遠(yuǎn)程控制硬件，顯示傳感器數(shù)據(jù)，存儲數(shù)據(jù)，將其可視化并做許多其他的事情。Blynk有三個重要的組件：①Blynk應(yīng)用程序，能夠使用提供的各種小工具，為項目提供附件；②Blynk服務(wù)器，可以提供智能手機和硬件之間的通信，通過使用Blynk云或私人Blynk服務(wù)器，可以處理數(shù)以百萬計的設(shè)備；③Blynk數(shù)據(jù)庫，被用來調(diào)查與服務(wù)器的通信，處理所有關(guān)于服務(wù)器的傳入和傳出的信息。Blynk通過互聯(lián)網(wǎng)工作，會利用以太網(wǎng)或Wi-Fi保障進(jìn)行通信。Arduino Uno能夠與互聯(lián)網(wǎng)相互連接。Adafruit服務(wù)器被用來直接連接到云平臺，并通過無線連接聯(lián)網(wǎng)到手機上，通過傳感器的使用，可以識別光線強度，控制是否打開光源，并在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上查看并控制。

（5）節(jié)點MCU。MCU是指微控制器單元，是一個單芯片的計算機。一個微控制器包含多個CPU以及內(nèi)存和可編程的輸入/輸出外設(shè)，可以被用于汽車發(fā)動機控制，以及在汽車上進(jìn)行的各種操作；也可以用于植入式醫(yī)療設(shè)備、遠(yuǎn)程控制、辦公設(shè)備、電動工具、玩具等。通過一個標(biāo)準(zhǔn)的USB接口將Node MCU連接到電腦上，進(jìn)行編程和調(diào)試。節(jié)點MCU是一個開源的固件和實施工具包，可以制作IoT產(chǎn)品的原型或構(gòu)建包括運行在ESP8266和ESPRESSIF系統(tǒng)的Wi-Fi SOC上的固件，以及依賴于ESP_12模塊的硬件。

（6）紅外線傳感器。紅外線傳感器發(fā)射和/或發(fā)現(xiàn)紅外線輻射來感知其周圍環(huán)境。紅外線傳感器作為障礙物探測器使用的基本概念是發(fā)射紅外信號，這個紅外信號從物體表面彈回，然后由紅外傳感器接收。任何紅外傳感器的工作都受制于三個定律：普朗克輻射定律、斯蒂芬-波爾茲曼定律和維恩位移定律。

3 結(jié)論

通過文章研究可以得出結(jié)論，可以通過使用Arduino與傳感器自動控制光線，以節(jié)省電力，并可用于實際的應(yīng)用。這種方法具有一定的成本效益，可靠性較高，通過自動化控制光源的開啟與關(guān)閉，可以防止能源浪費。同時，使用IoT技術(shù)，可以為管理人員實時了解、管理這些設(shè)備的裝備提供支持。