基于物聯網的教室燈光節能控制系統

文/吳忠偉

我國目前能源緊缺，國家大力提倡節能環保，但是在學校經常出現許多教室、實驗室、圖書館等地方燈開一整天的現象發生，即使教師和學生非常注意走的時候關掉教室的燈，但是學校大了，人多了，這種現象是不可能避免。物聯網技術主要具有自動控制、智能化監控的特點，因此，基于物聯網技術對教室燈光節能控制系統進行研究是必然的。

1 物聯網系統概念和應用

聯網系統的一個介紹。物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，進行信息交換和通信。因此，物聯網的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網是基于互聯網技術的新的升級和轉變，在快速發展的社會更實現了其價值，有很好的利用前景。在二十一世紀飛速發展的今天，各類高科技智能機器逐漸出現在人們的視野。隨著各類高科技智能機器的出現，物聯網系統對自動控制技術的要求也需要大力發展生產，因為物聯網系統應用與推廣已經在我們企業經濟發展和軍事領域等行業起了不可代替的作用，但凡是關于追蹤、監控等領域，都離不開物聯網系統。

2 學校教室照明問題

隨著我國對教育的高度重視，各類高效都出現了擴招的現象，因此學校的基本建筑物也在大力建設。隨著教室數量的不斷增加，而且高校的每個班級沒有固定的教室，都是以及尋找自習室，因此也就導致了長明燈現象的發生。大學是自主的，是開放的，對學生基本沒有具體的要求，所以學生基本沒有關燈的意識，而且學生對教室的燈是否開著也漠不關心。雖然一個教室即使全天開著也費不了多少電，但是學校不僅僅是一個教室，而且數量龐大的建筑群，如果許多教室長時間不關燈，將會浪費許多的能源。據統計，大部分高校電費支出占總支出的百分之讓二十左右，而造成學校電費這么多的原因主要是教室的燈沒有做好節能控制工作。學校人很多，教室也很多，即使提倡學生隨手關燈，幫助學生養成節約電能的觀念，也不能從根本上解決教師燈光的浪費，為了做好學校教室燈光節能，我們應該研究出更有效的教室燈光節能控制系統。

在學校影響影響教室照明的因素有很多，一般影響學校教室照明控制的主要因素是光照強度、作息時間、教室人數。因為學校一般十一點就會管宿舍門，所以十一點之后教室沒有人，而且會有放假時間，寒暑假教師也沒有人，所以學校應該及時的關閉照明設備，防止浪費能源。一般情況下，在自習期間，不僅各個教室的人數不同，而且每個教室的不同區域人數也不同，如果一個教室的人數很少，但是教師的燈全開著，那么就會造成嚴重的浪費，因此對學校照明節能控制系統進行設計和研究是非常必要的。

3 基于物聯網的教室燈光節能控制系統

為了從根本上解決學校電能的浪費，本文根據物聯網系統技術的主要特點，提出了ST單片機設計。在設計研究教室燈光節能控制系統的過程中，我們可以將學校的所有教師劃分為許多不同的部分，然后在每個教室我們可以安裝人體存在探測器，如果沒有人時，系統可以將數據傳輸到Wi-Fi模塊，最終呈現在網頁上。這種系統控制方法具有許多優點，它不僅可以自動控制教室的燈光，而且可以根據教室的人數自動調節光照強度，從而學校可以達到節能環保的目的。

3.1 系統的總結結構

3.1.1 系統的基本工作原理

上述描述的教室燈光節能控制系統主要是將區域進行劃分，然后用單片機作為每個區域內的核心控制器，整個系統的連接方式是采用串口，只要接通電源就可以工作。為了解決教室燈光智能控制的問題，我們可以在不同區域，不同地方，安裝人體探測器和光傳感器。人體探測器將測出的信息通過傳感器傳輸到每個區域的單片機，不同區域內的單片機在將信息傳輸到一個總的單片機，在總的單片機對信息進行整理和分析之后，由Wi-Fi模板將所有的信息傳輸到網頁上，從而可以在網上實現動態的監控。

3.1.2 進行區域劃分

如果我們的控制系統只是能夠控制人離開教室的時候，把燈滅掉，人進來教師的時侯，把燈打開，那這樣的控制系統是不符合時代發展要求的。因為教室的人數不同，對燈的需求也不同，如果教室只有幾個人，所有的燈全開著，那么就會造成一種浪費的現象。由于不同時段教室的人數不同，比如上課時學生比較多，自習的時候學生比較少，因此在設計系統的時候應該實現對教室進行區域管理。

3.2 關鍵的硬件電路設計

3.2.1 數據采集模塊

數據采集我們主要是利用光頻轉化器和紅外熱釋電傳感器。光頻轉化器和紅外熱釋電傳感器兩者的工作原理不同，達到的效果也不同。光頻轉化器的核心元件是光敏電阻，光敏電阻具有電阻隨光照強度變化的性質，光照強度越大，電阻越小。在光頻轉化器正常工作時，它會隨光照強度輸出不同的電流，然后將電流轉化為電壓傳輸給單片機，然后單片機對信息進行處理，從而實現智能化的控制。紅外熱釋電傳感器的工作原理主要是敏感單元、菲涅爾透鏡自己透鏡窗三者的協調配合實現只能控制，如果有人被紅外熱釋電傳感器檢測到之后，其會產生電流，電流經過IC電路轉化為電壓，最終傳送給單片機，單片機對傳送過來的信息進行處理，進行照明，反之，如果沒有檢測到人則照明系統不工作，從而實現了節能控制。

3.2.2 電力串口和Wi-Fi模塊

電力串口模塊的作用是一個整合的作用，為了使得不同區域都受一個系統的控制，電力串口模塊可以對不同區域的單片機檢測模塊整合到一塊，從而達到我們的目的。Wi-Fi模塊的主要作用是將單片機傳來的信息傳送到網頁上，達到實時監控的目的。在社會生活中，Wi-Fi模塊主要是應用ESP8266模塊，ESP8266模塊一共有22管腳，并且其具有裝置小、低能耗、傳輸效率快的優點，因此它被廣泛應用于實際生活中。

3.3 系統軟件的設計

系統軟件也是教室燈光節能控制系統的重要組成部分，該系統軟件主要有端點單片機、主控單片機和監控界面APP，系統軟件的功能主要是起信息的傳輸、信息的處理以及信息的顯示。

3.3.1 端點單片機

在學校的實際照明過程中，我們不能只采用自動控制系統，因為學習在自習時適合手動控制系統，所以我們應該采用多模式控制系統。端點單片機的應用可以實現教室燈光多模式控制，從而可以使得學校教室燈光控制系統設計的更加合理，應用過程中更加方便。

3.3.2 主控單片機和監控界面

主控單片機的主要作用是將各個端點單片機的信息進行整合，然后將信息傳送到Wi-Fi模塊中。主控單片機就像是一個中轉站，主要是起承前啟后的過渡作用，保證整個控制系統的正常運轉。監控界面主要是將Wi-Fi模板提交的信息顯示出來，而且可以幫助管理人員對學校的不同區域進行動態的監控，從而為學校的教學燈光節能控制提高保障。

4 結語

綜上所述，節能減排是國家建設過程中的基本要求，隨著學校的不斷擴招，學校教室的數量直線上升，但是學校教室電能的浪費也越來越嚴重。基于物聯網智能化自動控制調節的特點，本文主要提出了STC單片設計來實現學校教室的燈光節能控制。STC單片設計控制系統主要有兩部分組成，分別是硬件電路和系統軟件，該控制系統不僅可以減少學校電能的浪費，而且可以提高電能的利用率。