閔瑞杰 王衛(wèi)東 陳振奎

【摘要】物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，它使物體之間可以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息的傳輸。本文利用物聯(lián)網(wǎng)對教學(xué)樓、宿舍的電器節(jié)約電能進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】節(jié)能；物聯(lián)網(wǎng)；傳感器；控制系統(tǒng)

一、目的和意義

在教學(xué)樓、學(xué)生宿舍等公共場合存在著白天光照良好，燈具卻依舊長明及晚自習(xí)后不及時關(guān)燈的現(xiàn)象。一個長明燈看起來耗能不大，但對于整個學(xué)校，能耗卻是相當(dāng)大的，本文是利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)建立設(shè)計一套能進(jìn)行自動控制的照明節(jié)能系統(tǒng)，在保護(hù)學(xué)生視力的同時實現(xiàn)節(jié)能降耗目的。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù).

物聯(lián)網(wǎng)在我們的生活中扮演著越來越重要的角色，它使物體之間可以通過一個網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息的傳輸，目前業(yè)界內(nèi)普遍認(rèn)可的概念是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)（GPS）、激光掃描器、圖像感知器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，實現(xiàn)人與人、人與物及物與物，在任何時間、任何地點的連接，從而進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的龐大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，形成一個真正意義上的物物相連。

三、技術(shù)方案

1.硬件資源

（1）CC2530開發(fā)板。板上資源接口豐富，通用傳感器即插即用，擺脫短路帽拔插的煩惱；采用底板加核心模塊組合設(shè)計；板載USB轉(zhuǎn)串口電路，方便筆記本以及沒有串口的電腦用戶；引出所有IO口，方便調(diào)試模塊和擴(kuò)展應(yīng)用；增加串口收發(fā)指示燈，監(jiān)控通訊狀態(tài)一目了然。（2）仿真器。CC-Debugger主要用來調(diào)試和下載運(yùn)行在CC2530的設(shè)備，PC端工具是SmartRF Flash Programmer和IAR Embedded Workbench for 8051 from IAR Systems.（3）傳感器。本文主要是檢測光的強(qiáng)度和教室內(nèi)的人員，所以主要研究光敏傳感器和熱釋紅外傳感器。

光敏傳感器

本文所選擇的是光敏電阻。光敏只需讀取與之相連IO口電平，來判斷當(dāng)前環(huán)境是亮還是暗。需要配置好IO口，然后周期性檢測、輸出顯示，上傳給協(xié)調(diào)器即可。

紅外熱釋電傳感器

紅外傳感器的基本原理是靠傳感器內(nèi)部接收遇到障礙物時反射回來的紅外光來判斷是否有人存在。當(dāng)有人存在時輸出引腳輸出高電平，否則為低電平。

熱釋電傳感器一般由壓電晶體元件或陶瓷氧化物組成，在有效范圍內(nèi)有溫度變化時，它的兩個電極之間會有微小的電壓變化。當(dāng)檢測區(qū)域內(nèi)有人體通過時，人體溫度與環(huán)境溫度產(chǎn)生溫度差，會有信號輸出。相反的，當(dāng)人體站在檢測范圍內(nèi)不動或是沒有溫度差的產(chǎn)生，這時則不能識別是否有人出入。熱釋電元件的敏感波長在8mm-12mm之間，所以為了準(zhǔn)確的識別人體的紅外輻射，常常需要在熱釋電元件的輻射面安裝具有抗干擾功能的菲涅耳濾光片。（4）繼電器。繼電器是一種電控制器件，通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。

2.控制系統(tǒng)開發(fā)

校園照明節(jié)能控制系統(tǒng)針對教室的燈進(jìn)行控制，系統(tǒng)能判斷教室內(nèi)有無人員，并根據(jù)光照強(qiáng)度進(jìn)行自動控制。首先需要檢測教室內(nèi)有無人員和教室內(nèi)的光照情況，根據(jù)檢測結(jié)果判斷是開燈還是關(guān)燈，然后對燈的開關(guān)進(jìn)行控制，僅在教室內(nèi)有人且光照強(qiáng)度較差的情況下開燈，即可完成自動控制和節(jié)能。系統(tǒng)由光照度檢測部分、人員檢測部分、數(shù)據(jù)處理部分和燈開關(guān)控制部分組成。如圖1所示。 （1）光照度檢測。光照度檢測部分由光照度節(jié)點完成，周期性采集教室內(nèi)的光照強(qiáng)度，通過光敏傳感器獲得光照度數(shù)據(jù)，并將結(jié)果發(fā)送到數(shù)據(jù)處理部分。（2）人員檢測。人員檢測系統(tǒng)由人體熱釋電模塊負(fù)責(zé)檢測教室內(nèi)有無人員，并將檢測結(jié)果發(fā)送到數(shù)據(jù)處理部分。人員檢測節(jié)點帶有人體熱釋電傳感器，該模塊工作時，附近有人就從輸出端輸出高電平，沒人則輸出低電平。（3）數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理部分接收光照度檢測部分和人員檢測部分的數(shù)據(jù)，通過判斷光照度信息和人員檢測信息，得出應(yīng)該開燈或者關(guān)燈的控制命令，然后將控制命令發(fā)送到燈開關(guān)控制部分。數(shù)據(jù)處理部分由ZigBee網(wǎng)路中的協(xié)調(diào)器完成。（4）燈開關(guān)控制。燈開關(guān)控制部分接收并執(zhí)行數(shù)據(jù)處理部分發(fā)送過來的控制命令，根據(jù)指示自動地實現(xiàn)教室燈的開和關(guān)的控制。

3.軟件開發(fā)

一個完整的系統(tǒng)離不開軟件的支持，對于復(fù)雜信息的分析和管理，需要在單片機(jī)硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再配上相應(yīng)的軟件，才能構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。嵌入式IAR Embedded Workbench有效提高用戶的工作效率，通過IAR工具，用戶可以大大節(jié)省工作時間。任何可用的工具都可以完整地嵌入其中，它為用戶提供一個易學(xué)和具有最大量代碼繼承能力的開發(fā)環(huán)境。針對CC2530芯片的Zigbee開發(fā)套件可與IAR集成開發(fā)環(huán)境無縫連接，操作方便、連接方便，是開發(fā)Zigbee產(chǎn)品最好最實用的開發(fā)工具。通過USB接口連接電腦，具有代碼高速下載，在線調(diào)試，斷點、單步、變量觀察，寄存器觀察等功能，實現(xiàn)對CC2530系列無線單片機(jī)實時在線仿真、調(diào)試。

參考文獻(xiàn)

[1]杜曉通.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技與工程應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：13-32.

[2]李金祥.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)[M].電子工業(yè)出版社，2014

基金項目

本文為2015年河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項目“基于物聯(lián)網(wǎng)的校園節(jié)能系統(tǒng)研究”階段性成果，項目編號：Z2015112