基于物联网的教室灯光节能控制系统

文/吴忠伟

我国目前能源紧缺，国家大力提倡节能环保，但是在学校经常出现许多教室、实验室、图书馆等地方灯开一整天的现象发生，即使教师和学生非常注意走的时候关掉教室的灯，但是学校大了，人多了，这种现象是不可能避免。物联网技术主要具有自动控制、智能化监控的特点，因此，基于物联网技术对教室灯光节能控制系统进行研究是必然的。

1 物联网系统概念和应用

联网系统的一个介绍。物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是基于互联网技术的新的升级和转变，在快速发展的社会更实现了其价值，有很好的利用前景。在二十一世纪飞速发展的今天，各类高科技智能机器逐渐出现在人们的视野。随着各类高科技智能机器的出现，物联网系统对自动控制技术的要求也需要大力发展生产，因为物联网系统应用与推广已经在我们企业经济发展和军事领域等行业起了不可代替的作用，但凡是关于追踪、监控等领域，都离不开物联网系统。

2 学校教室照明问题

随着我国对教育的高度重视，各类高效都出现了扩招的现象，因此学校的基本建筑物也在大力建设。随着教室数量的不断增加，而且高校的每个班级没有固定的教室，都是以及寻找自习室，因此也就导致了长明灯现象的发生。大学是自主的，是开放的，对学生基本没有具体的要求，所以学生基本没有关灯的意识，而且学生对教室的灯是否开着也漠不关心。虽然一个教室即使全天开着也费不了多少电，但是学校不仅仅是一个教室，而且数量庞大的建筑群，如果许多教室长时间不关灯，将会浪费许多的能源。据统计，大部分高校电费支出占总支出的百分之让二十左右，而造成学校电费这么多的原因主要是教室的灯没有做好节能控制工作。学校人很多，教室也很多，即使提倡学生随手关灯，帮助学生养成节约电能的观念，也不能从根本上解决教师灯光的浪费，为了做好学校教室灯光节能，我们应该研究出更有效的教室灯光节能控制系统。

在学校影响影响教室照明的因素有很多，一般影响学校教室照明控制的主要因素是光照强度、作息时间、教室人数。因为学校一般十一点就会管宿舍门，所以十一点之后教室没有人，而且会有放假时间，寒暑假教师也没有人，所以学校应该及时的关闭照明设备，防止浪费能源。一般情况下，在自习期间，不仅各个教室的人数不同，而且每个教室的不同区域人数也不同，如果一个教室的人数很少，但是教师的灯全开着，那么就会造成严重的浪费，因此对学校照明节能控制系统进行设计和研究是非常必要的。

3 基于物联网的教室灯光节能控制系统

为了从根本上解决学校电能的浪费，本文根据物联网系统技术的主要特点，提出了ST单片机设计。在设计研究教室灯光节能控制系统的过程中，我们可以将学校的所有教师划分为许多不同的部分，然后在每个教室我们可以安装人体存在探测器，如果没有人时，系统可以将数据传输到Wi-Fi模块，最终呈现在网页上。这种系统控制方法具有许多优点，它不仅可以自动控制教室的灯光，而且可以根据教室的人数自动调节光照强度，从而学校可以达到节能环保的目的。

3.1 系统的总结结构

3.1.1 系统的基本工作原理

上述描述的教室灯光节能控制系统主要是将区域进行划分，然后用单片机作为每个区域内的核心控制器，整个系统的连接方式是采用串口，只要接通电源就可以工作。为了解决教室灯光智能控制的问题，我们可以在不同区域，不同地方，安装人体探测器和光传感器。人体探测器将测出的信息通过传感器传输到每个区域的单片机，不同区域内的单片机在将信息传输到一个总的单片机，在总的单片机对信息进行整理和分析之后，由Wi-Fi模板将所有的信息传输到网页上，从而可以在网上实现动态的监控。

3.1.2 进行区域划分

如果我们的控制系统只是能够控制人离开教室的时候，把灯灭掉，人进来教师的时侯，把灯打开，那这样的控制系统是不符合时代发展要求的。因为教室的人数不同，对灯的需求也不同，如果教室只有几个人，所有的灯全开着，那么就会造成一种浪费的现象。由于不同时段教室的人数不同，比如上课时学生比较多，自习的时候学生比较少，因此在设计系统的时候应该实现对教室进行区域管理。

3.2 关键的硬件电路设计

3.2.1 数据采集模块

数据采集我们主要是利用光频转化器和红外热释电传感器。光频转化器和红外热释电传感器两者的工作原理不同，达到的效果也不同。光频转化器的核心元件是光敏电阻，光敏电阻具有电阻随光照强度变化的性质，光照强度越大，电阻越小。在光频转化器正常工作时，它会随光照强度输出不同的电流，然后将电流转化为电压传输给单片机，然后单片机对信息进行处理，从而实现智能化的控制。红外热释电传感器的工作原理主要是敏感单元、菲涅尔透镜自己透镜窗三者的协调配合实现只能控制，如果有人被红外热释电传感器检测到之后，其会产生电流，电流经过IC电路转化为电压，最终传送给单片机，单片机对传送过来的信息进行处理，进行照明，反之，如果没有检测到人则照明系统不工作，从而实现了节能控制。

3.2.2 电力串口和Wi-Fi模块

电力串口模块的作用是一个整合的作用，为了使得不同区域都受一个系统的控制，电力串口模块可以对不同区域的单片机检测模块整合到一块，从而达到我们的目的。Wi-Fi模块的主要作用是将单片机传来的信息传送到网页上，达到实时监控的目的。在社会生活中，Wi-Fi模块主要是应用ESP8266模块，ESP8266模块一共有22管脚，并且其具有装置小、低能耗、传输效率快的优点，因此它被广泛应用于实际生活中。

3.3 系统软件的设计

系统软件也是教室灯光节能控制系统的重要组成部分，该系统软件主要有端点单片机、主控单片机和监控界面APP，系统软件的功能主要是起信息的传输、信息的处理以及信息的显示。

3.3.1 端点单片机

在学校的实际照明过程中，我们不能只采用自动控制系统，因为学习在自习时适合手动控制系统，所以我们应该采用多模式控制系统。端点单片机的应用可以实现教室灯光多模式控制，从而可以使得学校教室灯光控制系统设计的更加合理，应用过程中更加方便。

3.3.2 主控单片机和监控界面

主控单片机的主要作用是将各个端点单片机的信息进行整合，然后将信息传送到Wi-Fi模块中。主控单片机就像是一个中转站，主要是起承前启后的过渡作用，保证整个控制系统的正常运转。监控界面主要是将Wi-Fi模板提交的信息显示出来，而且可以帮助管理人员对学校的不同区域进行动态的监控，从而为学校的教学灯光节能控制提高保障。

4 结语

综上所述，节能减排是国家建设过程中的基本要求，随着学校的不断扩招，学校教室的数量直线上升，但是学校教室电能的浪费也越来越严重。基于物联网智能化自动控制调节的特点，本文主要提出了STC单片设计来实现学校教室的灯光节能控制。STC单片设计控制系统主要有两部分组成，分别是硬件电路和系统软件，该控制系统不仅可以减少学校电能的浪费，而且可以提高电能的利用率。