發布時間：2022-03-01所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：本設計是基于物聯網的高校智能照明系統，分為智能照明端和無線遠程控制端。智能照明端以 STC89C52RC 單片機為中央處理器，通過光敏元器件、紅外感應模塊，實時時鐘芯片、聲控元器件、液晶顯示屏等相結合的形式來實現對圖書館內照明進行控制，并通過光控模塊自動
摘 要：本設計是基于物聯網的高校智能照明系統，分為智能照明端和無線遠程控制端。智能照明端以 STC89C52RC 單片機為中央處理器，通過光敏元器件、紅外感應模塊，實時時鐘芯片、聲控元器件、液晶顯示屏等相結合的形式來實現對圖書館內照明進行控制，并通過光控模塊自動調節亮度，通過聲控模塊打開樓道照明的智能照明系統。無線遠程控制終端采用 Wi-Fi技術實現遠程控制。該系統功能齊全，操作簡單，并且實現了資源的節約。
關鍵詞：物聯網;智能照明系統;Wi-Fi
高校圖書館成為了學生們最喜愛的學習場所，也是使用最頻繁、人員聚集數量最大，能源需求極高的場所。能源的枯竭，要在設計中考慮到，利用自然光照與人工照明高效的結合，是節能的重要方法之一。[1] 當圖書館內的師生們處于一個合理且舒適的學習環境，那樣不僅僅對人們的視力起到保護作用，而且會延長其注意力集中的時間，以提高學習者的效率。所以，在圖書館的傳統照明的設計理念中，加入互聯網和通信技術，使得圖書館照明系統變得更加節能、舒適、靈活，進而滿足人們的光照要求并對人們產生積極影響，這一技術的實現無疑是有一定的積極影響和現實意義[2] 。
隨著網絡的覆蓋率變的更廣泛、通訊方式的速度越來越快，輕松地實現了遠程控制，此類系統迅速出現在市場之中，其可靠性高、功耗低等方面比較受到用戶的青睞，本文提出了一種以單片機為主控制模塊，將光敏元件、聲控元件接收的數據傳送到主機，主機將發指令來控制燈的開關和亮滅，還可以設置時間來控制所有的燈關掉，還可以通過手機app發送指令經 WiFi 模塊到主機來遠程控制燈的亮滅，用戶可以更及時、更快捷地實現所有燈的亮滅，滿足了圖書館的大面積關燈不需要耗費大量人力的需求。
1 智能照明系統的整體構架
就某一高校圖書館作息時間安排設計該智能照明系統。對圖書館照明控制系統設計中，在圖書館內不同的區域對照明不同需求進行了區域劃分;針對圖書館各區域功能的不同，需要設計不同的照明功能，因此需要對圖書館內不同區域實現不同的控制效果，燈具區域分布如圖1所示，其中A、B、C、D為學習區域，學生主要在該區域學習讀書，E為樓道、大廳等公共區域，F 為樓梯區域;系統針對光照環境的變化自動調節達到舒適的學習環境，此系統也可人為遠程控制，并且實現了方便、簡易操作。
為滿足上述要求且根據日從東方而出西方而落的自然規律，為了避免不必要的能源浪費，本文設定冬天并且是晴天的照明規律為上午 7點至 8點 A、B、 C、D、E五個區域燈全部照亮;當 8點至 9點這個時間段時，太陽已經開始照亮 B 這片區域，此時 B、E 區域燈自動關閉，A、C、D區域繼續實現照明功能;8：30點至 16：30 之間自然光照充足;當到了 16:30 ~ 17:30 時，B、C、D 區域開始照明工作;17.30 ~ 22:00 時，A、 B、C、D、E、F 所有照明燈具進行工作，其中 F 區域燈具需要聲音控制才能工作，且所有燈亮度隨環境自動調節，以達到舒適的照明環境。當出現特殊情況，例如陰天，需要人為操控時，此時只需要通過手機 APP輸入指令就可控制所有燈具，并可調節燈具亮度達到需要的照明程度。正常來說在22點就應該關閉圖書館，但是由于傳統照明開關多遍布位置不同，需要管理人員四處走動才能關閉所有燈具，為了方便管理，只需要在手機 APP 上輸入一條指令即可關閉所有燈具，如此操作簡單方便，節約時間。其系統框架如圖 2所示。
2 系統硬件電路設計
本設計以 STC89C52RC 單片機作為核心處理模塊，STC89C52RC 是由宏晶公司采用 Flash 存儲器技術制造的完全兼容了 MCS-51，具有高密度且非易失的特點，在單個芯片中將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合，正是因為這些特點使得可以很快被中國廣大用戶接受[3] 。此系列的單片機的程序可擦寫特性，用戶在系統開發與試驗上都較容易，為很多嵌入式控制系統提供了一種性價比很高的方案。
2.1 最小系統設計
最小系統由復位電路、晶振電路、電源電路等組成。
2.2 光敏傳感器模塊
傳感器是一種測量元件或設備的工具，它可以將需要測量的量轉換成有一定精度的特定的物理量。傳感器的特點是具有高性能和高精度內部參數。大多數傳感器組成如圖3所示。
光敏傳感器通俗的講就是將光信號轉變為電信號的傳感器。為了實現保護人們視力的同時營造一個舒適的光照環境，本系統采用光敏電阻實現自動調節光照強度的功能，光敏電阻在不同的光照強度的條件下，電阻值變化比較大，系統根據阻值的變化轉換為相應的電流變化[4] 。通過模擬信號轉數字信號轉換器，將光帶來的電流變化的模擬信號轉換成數字信號傳輸給單片機并進行相應控制。其電路圖連接如圖4所示。
2.3 Wi-Fi模塊
ESP8266是有一套完整的 Wi-Fi網絡功能，其低功耗、緊湊的設計以及其高穩定性可以最大限度的滿足用戶需求[5] 。E103-W01是有超高性價比的串口轉 Wi-Fi 模塊，該模塊具有模塊與模塊通信、模塊與 Server通信以及模塊與Client通信的三種使用方法 [6] 。本系統通過無線路由器連接到網絡，建立TCP或UDP Server偵聽連接信號，實現了通過連接模塊服務器與之通信。
相關文獻您還可以了解：照明技術方面新發表的論文http://www.tonyclavelli.com/lwcommon/33457.html
2.4實時時鐘模塊
在現代的電子設備之中，實時時鐘電路在目前的電子設計領域中是不可缺少的。實時時鐘模塊可以實現精確計時。時鐘電路還有相應的電源管理的功能，可以實現如果主電源切斷的情況與可以與備用電源進行無縫切換，這樣可以保證了該電路的時間的準確性;當主電源在正常供電的時候，還能為備用電源充電，確保該電路的可靠性。該時鐘為智能照明系統提供準確的北京時間來實現智能時間控制。
2.5聲控模塊
聲控模塊是通過聲響震動效果觸發拾音器，將聲信號轉換成電信號來控制用電器的開啟，并經過一段時間的延遲后自動斷開電子開關，只有經過聲響才能再次開啟。該控制電路主要應用于樓梯內的燈光控制免能源浪費的同時為人們提供照明，其電路如圖5所示。
2.6液晶顯示模塊
LCDl602 液晶顯示屏是一種顯示字符的液晶顯示器[7] ，因為LCDl602操作簡單并且價格比較低，所以被人們廣泛應用，該液晶顯示屏主要用來顯示時間、工作狀態和周遭環境亮度，可更好的反饋手機控制后的運行結果，也方便監測。
3 智能照明系統的軟件設計
本系統軟件設計主要由兩個方面組成：一是定時模式，定時開關燈，自動調節亮度。二是手動模式，手機Wi-Fi遠程控制所有燈的照明情況。
3.1定時模式下功能軟件設計
定時模式下照明系統能通過對實時時鐘進行時間的設置后傳遞給單片機，到達預設的時間后單片機發送指令控制燈的開關，如果燈是開著的狀態還可以根據環境亮度自動調節自身亮度。其程序流程圖如圖6所示。
3.2 手動模式下功能軟件設計
手動模式下的圖書館照明系統可通過手機 APP 發送指令，Wi-Fi模塊接收到相應的指令傳遞給單片機，經單片機處理后發送相應的執行指令控制不同燈的開關以及亮暗，其程序流程圖如7所示。
3.3 Wi-Fi模塊功能軟件設計
如何將 Wi-Fi 模塊與服務器連通是實現物聯網無線通信功能的關鍵一步。E103-W01 通過第三種通訊方式，設置一個 While 循環函數，保證 WiFi模塊與路由器始終處于連接狀態，系統通過單片機發送 AT指令，檢測WiFi模塊能否正常啟動，是否始終發送指令確保 WiFi 模塊與路由器始終處于連接狀態。[8] 其程序流程圖如8所示。
4 結語
本文圍繞基于物聯網的智能照明系統進行設計，采用通過Wi-Fi連接手機APP遠程控制所有燈具且在正常狀態下實現智能照明，融合了Wi-Fi無線通訊技術、單片機技術、光敏傳感技術、并通過各種元器件和控制電路，實現了對圖書館內的照明的智能控制。最后進行實物的功能測試，可通過手機遠程控制操作，具有可靠性高、易操作的特點，達到了預期效果。隨著現代科技的發展，設備的越來越智能化，本設計還存在功能不是很完善的地方，比如可以根據區域內學生的多少來確定開燈的個數，減少了人少但是燈開的多的能源的浪費，對于一年四季不同季節的的白天時長的不同和晴天陰天的光照強度不同沒有做具體的分析，后續會解決這些問題，不過未來會向越來越智能化和人性化發展。——論文作者：王華杰，鄭來芳
參考文獻
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[3]俞沁圓, 顧婷, 孔玉琴, 等. 物聯網概念及技術應用概述[J].數碼世界, 2017(10): 276.
[4]張之光. 置復位電路的設計及其應用[J].集成電路應用, 2019, 36(11): 28-29.
[5]張澤宇. 基于物聯網的智能照明控制系統研究[D].武漢：武漢理工大學, 2015.
[6]胡澤堅. WiFi傳輸技術在控制領域的應用與實現[J].中國新通信, 2018, 20(24): 90.
[7]郭營營. LCD1602液晶顯示屏[J].內江科技, 2016, 37(7): 37-38.
[8]胡澤堅. WiFi傳輸技術在控制領域的應用與實現[J].中國新通信, 2018, 20(24): 90.
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