專利名稱：基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的高校教室節(jié)能照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的高校教室節(jié)能照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
高校教室傳統(tǒng)照明系統(tǒng)用電浪費現(xiàn)象普遍存在。按照國標(biāo)的規(guī)定，教室照明的功率密度約為10W/m2，假設(shè)教室的平均面積為100m2，則照明負荷約為lkW。如果每天正常使用時間為15小時，那么，一天每間教室的用電量為IkWX 15h= 15kWh，學(xué)生一年在校為270 天，則年用電量約為4050kWh。如果學(xué)校按照IOOm2折合教室數(shù)量為200間，則照明用電量為 81萬度左右。若節(jié)電率以平均30%計算，則一年可節(jié)電3萬度，可節(jié)約電費15 20萬元左右，以上估算還未包括線損和燈具長時間開啟而損壞的部分?，F(xiàn)在市場上已經(jīng)出現(xiàn)的基于紅外熱釋傳感器的照明系統(tǒng)，是根據(jù)模糊人數(shù)來選擇開燈數(shù)目，并不能滿足實際需要， 同時，也不能達到最佳的節(jié)能效果。

實用新型內(nèi)容為彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種根據(jù)人所在的位置和當(dāng)前的光照強度自動控制人上方燈的開關(guān)，在滿足照明需要的前提下最大限度節(jié)能的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的高校教室節(jié)能照明系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，它包括遙控器，遙控器與燈節(jié)點配合，燈節(jié)點與傳感器節(jié)點相對應(yīng)，傳感器節(jié)點利用無線與Sink節(jié)點通信，Sink節(jié)點通過網(wǎng)線與服務(wù)器相連，Sink節(jié)點還通過無線控制燈開關(guān)。所述傳感器節(jié)點包括紅外熱釋傳感器，紅外熱釋傳感器與中心處理模塊連接，中心處理模塊分別與光敏電阻，電源，編碼模塊和解碼模塊連接，編碼模塊與無線發(fā)送模塊連接，解碼模塊與無線接收模塊連接。所述Sink節(jié)點包括以太網(wǎng)通訊模塊，太網(wǎng)通訊模塊與中心處理模塊雙向連接，中心處理模塊分別與電源，編碼模塊和解碼模塊連接，編碼模塊與無線發(fā)送模塊連接，解碼模塊與無線接收模塊連接。所述遙控器節(jié)點包括鍵盤，鍵盤與鍵盤管理模塊連接，鍵盤管理模塊與中心處理模塊雙向連接，中心處理模塊分別與液晶顯示器，電源和編碼模塊連接，編碼模塊與無線發(fā)送模塊連接。所述燈節(jié)點包括無線接收模塊，無線接收模塊與解碼模塊連接，解碼模塊與放大電路連接，放大電路與繼電器連接。所述中心處理模塊均采用ATMEGA16L-8PU AVR單片機，8位AVR微處理器，帶16KB 在系統(tǒng)可編程Flash。所述無線發(fā)送模塊為433MHZ的PT2262編碼芯片，無線接收模塊為433MHZ的 PT2272解碼芯片。[0012]所述紅外熱釋傳感器為BISS0001紅外感應(yīng)模塊。所述以太網(wǎng)通訊模塊為SW5100以太網(wǎng)通信模塊。有益效果與以往的教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)成本較低，且簡單方便可以最大限度的實現(xiàn)節(jié)能，本實用新型的優(yōu)點如下(1)本實用新型利用冗余布置傳感器節(jié)點可獲得人體所在的具體位置，然后相應(yīng)的打開其前方或上方的燈，保證了在滿足照明需要的前提下，最大限度節(jié)能。(2) Sink節(jié)點通過網(wǎng)線與hternet相連，節(jié)點位置自由，不受距離限制。(3)冗余布置傳感器節(jié)點，提高判斷準(zhǔn)確性，并能自動檢測錯誤節(jié)點，便于維護。(4)本實用新型提供自動控制并保留原有手動控制，使得成本更低，更靈活，也便于老師或同學(xué)們從傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)過渡到新的系統(tǒng)。(5)由于本實用新型基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，因此，可以減少對原有照明系統(tǒng)線路布局的改變，也可以為擴展為智能化教室做好準(zhǔn)備。(6)上位機采用B-S架構(gòu)可以隨時上網(wǎng)查詢當(dāng)前每間教室狀態(tài)，為物業(yè)維護工作帶來方便。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)圖；圖3為Sink節(jié)點結(jié)構(gòu)圖；圖4為遙控器節(jié)點結(jié)構(gòu)圖；圖5為燈節(jié)點結(jié)構(gòu)圖；圖6為傳感器節(jié)點部署密度圖；圖7為Sink節(jié)點程序控制流程圖；圖8為服務(wù)器程序界面示意圖；其中1燈節(jié)點，2傳感器節(jié)點，3Sink節(jié)點，4遙控器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明(1)硬件部署連接整體部署架構(gòu)每個燈連接一個燈節(jié)點1，每個教室有多個傳感器節(jié)點2，一個 Sink節(jié)點3和一個遙控器4，整個校園有一臺服務(wù)器。傳感器部署原則根據(jù)紅外熱釋傳感器感知范圍冗余部署。Sink節(jié)點3通過網(wǎng)線與hternet相連，每個傳感器節(jié)點2與Sink節(jié)點3利用無線通信，Sink節(jié)點3通過無線控制燈開關(guān)。(2)軟件實現(xiàn)門口的傳感器檢測到第一個人進入教室以后，自動打開教室內(nèi)四角的燈。當(dāng)人坐下后，覆蓋該區(qū)域的傳感器節(jié)點會檢測到“有人”信號，在這里Sink節(jié)點3會存儲一個列表， 記錄各個傳感器對應(yīng)的開燈編碼，在確定有人，并且光照度不足的情況下，自動打開相應(yīng)的燈。也可以在沒人時用遙控器4強制開燈，或有人但光照不足時，強制關(guān)燈。服務(wù)器程序?qū)崿F(xiàn)查詢，控制教室內(nèi)各節(jié)點狀態(tài)。本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，在不改變教室原有傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的前提下， 按照傳感器節(jié)點2的感知范圍，在教室內(nèi)有冗余地布滿傳感器節(jié)點2，每個傳感器節(jié)點2直接與Sink節(jié)點3通信，由Sink節(jié)點3對傳感器發(fā)來的信息進行整合、匯總，并控制相關(guān)燈節(jié)點1的開關(guān)。每個教室有一個Sink節(jié)點3，Sink節(jié)點3通過網(wǎng)線接入Internet (局域網(wǎng))，所有信息經(jīng)由hternet匯集到作為服務(wù)器的計算機上，進行信息整合、匯總和處理以及提供必要的web服務(wù)，管理者可以通過任何一臺聯(lián)網(wǎng)PC機甚至手機登陸web服務(wù)器查詢或控制教室中各節(jié)點的狀態(tài)。另外，遙控器可獨立控制燈節(jié)點的開關(guān)。傳感器節(jié)點包括以下部件紅外熱釋傳感器、光強度感知傳感器、無線接收模塊、 無線發(fā)送模塊、中心處理芯片、5v電源轉(zhuǎn)換器，硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。Sink節(jié)點3包括無線接收模塊、無線發(fā)送模塊、中心處理芯片megal6、以太網(wǎng)通訊模塊，硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。遙控器節(jié)點包括無線發(fā)送模塊、中心處理芯片megal6、鍵盤，鍵盤管理芯片 CH451、顯示，硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。燈節(jié)點1包括無線接收模塊、繼電器，硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。中心處理芯片無線接收和發(fā)送裝置均是同一部件(這樣做的好處是便于開發(fā))其中，各模塊的詳細介紹如下(1)中心處理芯片所有的中央處理部件統(tǒng)一采用ATMEGA16L-8PU AVR單片機，8位AVR微處理器，帶 16KB在系統(tǒng)可編程Flash，可多次擦寫，應(yīng)用廣泛。使用同一種單片機避免了多種不同單片配合開發(fā)的復(fù)雜化，減少了系統(tǒng)成本和降低了維護難度，并且megal6為編程人員所熟悉， 便于開發(fā)。(2)無線收發(fā)模塊選用成本很低的433MHZ無線發(fā)送接收模塊與PT2262編碼芯片及PT2272解碼芯片配合使用，加上天線增大接收發(fā)送距離。理論工作距離可達50-100m，可滿足一個教室內(nèi)無線通信需要。(3)紅外熱釋傳感器模塊選用BISS0001紅外感應(yīng)模塊。其工作原理是當(dāng)有人進入其感應(yīng)范圍則輸出高電平；人離開感應(yīng)范圍則自動延時輸出低電平。該模塊具有感應(yīng)封鎖時間感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后(高電平變?yōu)榈碗娖?，可以緊跟著設(shè)置一個封鎖時間，在此時間段內(nèi)感應(yīng)器不接收任何感應(yīng)信號。此功能可以實現(xiàn)(感應(yīng)輸出時間和封鎖時間)兩者的間隔工作，同時可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾，因此，選用這個模塊。(4)以太網(wǎng)通訊模塊選用SW5100以太網(wǎng)通信模塊，是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，可以實現(xiàn)無操作系統(tǒng)的hternet連接。本系統(tǒng)中用于實現(xiàn)Sink節(jié)點與hternet連接。本實用新型的硬件部署如下整體部署架構(gòu)每個燈連接一個燈節(jié)點1，每個教室有多個傳感器節(jié)點2，一個 Sink節(jié)點3和一個遙控器4，整個校園有一臺服務(wù)器。傳感器部署原則根據(jù)紅外熱釋傳感器感知范圍冗余部署，部署密度如圖6所示。[0055]Sink節(jié)點3通過網(wǎng)線與hternet相連，每個傳感器節(jié)點2與Sink節(jié)點3利用無線通信，Sink節(jié)點3通過無線控制燈開關(guān)。軟件實現(xiàn)如下將教室內(nèi)的傳感器節(jié)點2和燈節(jié)點1統(tǒng)一編號，光照度和人員位置作為系統(tǒng)控制的依據(jù)，其中Sink節(jié)點3工作流程如下a)輪詢傳感器節(jié)點2，獲取當(dāng)前光照度和人體存在信號，若有傳感器節(jié)點報告有人存在時，記錄其編號，判斷此信息是否真實可靠；b)確定有人時，依據(jù)光照度判斷是否開燈，并向需要打開或關(guān)閉的燈節(jié)點發(fā)送命令；c)保存當(dāng)前教室燈光狀態(tài)并通過SW5100模塊發(fā)送IP包到固定的服務(wù)器IP地址。Sink節(jié)點3關(guān)于傳感器返回值正確性的判斷冗余部署傳感器，當(dāng)覆蓋同一位置的多個傳感器返回的信息相同時，就認(rèn)為該信息可靠；若一半以上相同，只有極少數(shù)不同則認(rèn)同大部分觀點并且記錄一次錯誤傳感器編號，記錄的錯誤次數(shù)達到一定閾值時，判定該傳感器損壞，上報；若出現(xiàn)一半“有人” 一半“無人”現(xiàn)象，則再取一次值。Sink節(jié)點3關(guān)于燈節(jié)點1損壞的判斷在“有人”且“照度不足”的情況下，Sink 節(jié)點3會向相應(yīng)的燈節(jié)點1發(fā)送開燈命令。命令發(fā)出后Sink節(jié)點3要再取此處照度值，若變?yōu)椤罢斩茸銐颉眲t正常；若仍為“照度不夠”則再次發(fā)送命令；若發(fā)送命令已達閾值次數(shù)仍為“照度不夠”則判定該燈已損壞，上報。Sink節(jié)點3程序控制流程圖如圖7所示。照度是否足夠的判斷條件是白天不低于2001x，晚上不低于1501x。本實用新型的實施例在校園網(wǎng)中使用一臺PC機做為本系統(tǒng)的服務(wù)器，完成各個教室的信息采集、整理、顯示、控制等功能，并提供相應(yīng)的web服務(wù)。界面示意圖如圖8所示。服務(wù)器端具體工作流程為A.監(jiān)聽某固定的TCP端口，根據(jù)接收到的信息的IP地址或者內(nèi)容中附帶的編號確定信息來源于哪個具體教室。B.分析IP包內(nèi)容，記錄當(dāng)前教室燈的狀態(tài)以及燈的損壞情況。C.整理所有教室的信息，并提供web服務(wù)。D.向某個教室內(nèi)的Sink節(jié)點3發(fā)送信息，同樣是通過IP包的方式。響應(yīng)管理者在電腦上做出的開關(guān)燈操作。服務(wù)器提供了 web服務(wù)，使得管理者可以在接入互聯(lián)網(wǎng)上的任意設(shè)備上進行系統(tǒng)的管理，不必直接操作服務(wù)器計算機。采用B-S架構(gòu)的設(shè)計，管理者不必安裝任何軟件，只需通過TOB瀏覽器，通過輸入域名和賬號密碼，即可進入管理界面。
權(quán)利要求1.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征是，它包括遙控器，遙控器與燈節(jié)點配合，燈節(jié)點與傳感器節(jié)點相對應(yīng)，傳感器節(jié)點利用無線與Sink節(jié)點通信，Sink節(jié)點通過網(wǎng)線與服務(wù)器相連，Sink節(jié)點還通過無線控制燈開關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征是，所述傳感器節(jié)點包括紅外熱釋傳感器，紅外熱釋傳感器與中心處理模塊連接，中心處理模塊分別與光敏電阻，電源，編碼模塊和解碼模塊連接，編碼模塊與無線發(fā)送模塊連接，解碼模塊與無線接收模塊連接。
3.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征是，所述Sink 節(jié)點包括以太網(wǎng)通訊模塊，太網(wǎng)通訊模塊與中心處理模塊雙向連接，中心處理模塊分別與電源，編碼模塊和解碼模塊連接，編碼模塊與無線發(fā)送模塊連接，解碼模塊與無線接收模塊連接。
4.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征是，所述遙控器節(jié)點包括鍵盤，鍵盤與鍵盤管理模塊連接，鍵盤管理模塊與中心處理模塊雙向連接，中心處理模塊分別與液晶顯示器，電源和編碼模塊連接，編碼模塊與無線發(fā)送模塊連接。
5.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征是，所述燈節(jié)點包括無線接收模塊，無線接收模塊與解碼模塊連接，解碼模塊與放大電路連接，放大電路與繼電器連接。
6.如權(quán)利要求2或3或4或5所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征是，所述中心處理模塊均采用ATMEGA16L-8PU AVR單片機，8位AVR微處理器，帶16KB在系統(tǒng)可編程Flash。
7.如權(quán)利要求2或3或4或5所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征是，所述無線發(fā)送模塊為433MHZ的PT2262編碼芯片，無線接收模塊為433MHZ的PT2272解碼芯片。
8.如權(quán)利要求2所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征是，所述紅外熱釋傳感器為BISS0001紅外感應(yīng)模塊。
9.如權(quán)利要求2所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征是，所述以太網(wǎng)通訊模塊為SW5100以太網(wǎng)通信模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，它包括遙控器，遙控器與燈節(jié)點配合，燈節(jié)點與傳感器節(jié)點相對應(yīng)，傳感器節(jié)點利用無線與Sink節(jié)點通信，Sink節(jié)點通過網(wǎng)線與服務(wù)器相連，Sink節(jié)點還通過無線控制燈開關(guān)。本實用新型利用冗余布置傳感器節(jié)點可獲得人體所在的具體位置，然后相應(yīng)的打開其前方或上方的燈，保證了在滿足照明需要的前提下，最大限度節(jié)能；Sink節(jié)點通過網(wǎng)線與Internet相連，節(jié)點位置自由，不受距離限制；冗余布置傳感器節(jié)點，提高判斷準(zhǔn)確性，并能自動檢測錯誤節(jié)點，便于維護；上位機采用B-S架構(gòu)可以隨時上網(wǎng)查詢當(dāng)前每間教室狀態(tài)，為物業(yè)維護工作帶來方便。
文檔編號H05B37/02GK202005035SQ20112008116
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者劉嘯林, 張瑞華, 楊曉哲, 梁宇, 肖才慶 申請人:山東大學(xué)