基于物聯網的自動燈光控制研究

王 華

河南工業貿易職業學院信息工程學院，河南 鄭州 451191

0 引言

物聯網（IoT）是一個由網絡相關事物組成的系統，可以收集和傳遞信息。IoT將設計一個機器相互交談的過程，減少人與人之間的互動，是嵌入式系統和數據的結合，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），還有無處不在的遠程范圍的增加。IoT可以將世界轉變為信息，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擴展到各個領域，智能路燈的出現解決了這一問題。通過使用智能路燈，可以節省城市能耗達50%～70%。通過運用IoT，當光線足夠強時，路燈會自動關閉，并且可以通過網絡獲得數據，同時通過互聯網可以隨時查看路燈狀態。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，并將這些數據發送到微控制器，由微控制器負責處理，根據需要，控制系統會自動開啟和關閉燈光。當前，全球的環境在日益惡化，各國都在發展清潔能源，而隨著國民經濟的高速增長，我國能源供需矛盾日漸突出，電力供應開始存在短缺的局面，節能是亟須解決的問題之一。然而，傳統路燈常采用高壓鈉燈360°發光，在開關的過程中會產生大量的能耗損失，造成能源的巨大浪費。因此，需要智能路燈中微控制器設定路燈在傍晚時分打開，在早晨時分關閉。

1 自動燈光控制系統

文章闡述了自動燈光控制系統的設計和建造，解決了現有系統的缺點。該電路擁有一個光傳感器來感知光線，不需要人員維護和初始安裝設置。因為實現了光線的自動控制，該先進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，就不再需要人工開啟與關閉光源了。當太陽光低于設定的光感強度時，自發地打開燈，在陽光照射下自動地關閉燈光，這是由一個稱為光敏電阻（LDR）的傳感器實現的。現在是人工管理模式，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閉光源，會造成浪費。現有的人工管理模式系統通常被用于所有街道的路燈系統中，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）實現對人為活動的檢測，當街道上沒有人為活動時，就關閉路燈或降低光強度。

1.1 Arduino和PIR自動亮燈傳感器

從定位數據中接收真實的當地時間，以及一個與該地理位置相關的日出和日落時間。基于這些結果，微控制器自發地檢測地理區域并檢索該地區的日出和日落的相關數據，以確保照明系統精確開/關。文章研究的主要目的是通過感應人與車輛自發地開啟/關閉路燈。在這個系統中，光傳感器被用于用來感應光強度的。最初，路燈處于關閉狀態，通過使用LDR傳感器，根據估算的日出和日落時間，微控制器就可以管理路燈的狀態。使用Arduino和PIR管理燈光，通過檢測人的存在，自動地打開和關閉房間的燈光，這種自動燈光可以設計在走廊、樓梯、浴室等地方，那里不需要持續的燈光，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的自動開關。根據太陽光的強度控制燈光的強度，根據房間的溫度來控制風扇等。設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，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，并根據陽光的強度控制LED發光的數量。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扇的開關。紅外檢測電路也將用于計算房間里的人數。本文的基本思想是在家庭照明系統開啟時，在沒有人在場的情況下，能節省所消耗的電力。該系統可以實現在房間沒有足夠光線條件下自動開燈，在室溫低于標準溫度時開啟風扇。該系統還賦予用戶可以靈活地在控制系統中打開設備。

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注問題的可變化答案。智能化照明系統在IoT的支持下可以實現在智能嵌入式系統上進行控制，控制路燈在傍晚時分自動打開，白天自動關閉。該路燈也可以在任何地方和任何時間通過網絡訪問路燈實現開啟或關閉。也可以在路燈的頂部放置攝像頭，以識別在街上進行的活動，并將這些記錄儲存在服務器上。在未來的改進中，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，它與緊急按鈕相連，當它識別到一些命令時，就會自發地按下緊急按鈕。在按下緊急按鈕的時候，攝像機當時記錄的畫面會被發送至云端賬戶。而每個地區的路燈都與特定地區的派出所相互連接，警察可以通過賬戶看到現場的情況。這個新的設想比GSM 技術更具有時效性。

2 建議的方法

通過使用不同的組件，如節點MCU、繼電器、紅外傳感器。在所有這些組件的幫助下，實現自動控制房間燈光，通過IoT在云端進行監控。

（1）繼電器。繼電器是主要的保障技術，也是大多數控制過程或設備中的開關裝置或設備。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，以便其打開或關閉觸點或電路。繼電器是一種開關設備，主要將電路的狀態從一種狀態分離或改變到另一種狀態。

（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，當處于“ON”狀態時，該LED燈會發光，如果LED不亮，說明可能出現問題，此時需要仔細檢查是否為電路問題。

（3）TX、RX。TX是用來傳輸數據的，RX是用來接收數據，這表示電子學中的一個位，表示負責串行通信的引腳。Arduino UNO電路板有兩個地方出現TX和RX，一個是數字引腳0和1，另一個是在TX和RX指示燈旁邊。在Arduino接收或發送數據時，這些LED燈就代表正在接收或發送數據時（比如當正在在電路板上加載一個新的程序）。

（4）Blynk。可以使用Blynk來打造一款基于IoT產品，可以遠程控制硬件，顯示傳感器數據，存儲數據，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服務器，可以處理數以百萬計的設備；③Blynk數據庫，被用來調查與服務器的通信，處理所有關于服務器的傳入和傳出的信息。Blynk通過互聯網工作，會利用以太網或Wi-Fi保障進行通信。Arduino Uno能夠與互聯網相互連接。Adafruit服務器被用來直接連接到云平臺，并通過無線連接聯網到手機上，通過傳感器的使用，可以識別光線強度，控制是否打開光源，并在物聯網設備上查看并控制。

（5）節點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以及內存和可編程的輸入/輸出外設，可以被用于汽車發動機控制，以及在汽車上進行的各種操作；也可以用于植入式醫療設備、遠程控制、辦公設備、電動工具、玩具等。通過一個標準的USB接口將Node MCU連接到電腦上，進行編程和調試。節點MCU是一個開源的固件和實施工具包，可以制作IoT產品的原型或構建包括運行在ESP8266和ESPRESSIF系統的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。紅外線傳感器發射和/或發現紅外線輻射來感知其周圍環境。紅外線傳感器作為障礙物探測器使用的基本概念是發射紅外信號，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 結論

通過文章研究可以得出結論，可以通過使用Arduino與傳感器自動控制光線，以節省電力，并可用于實際的應用。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閉，可以防止能源浪費。同時，使用IoT技術，可以為管理人員實時了解、管理這些設備的裝備提供支持。