基于Zig Bee的客船智能灯光管理系统设计

孙彦刚 侯婷婷 欧书博 李君义

摘 要：客船的智能灯光管理系统是实现安全航行的重要保障，客船中传统的灯光系统在节能、安全方面仍存在不足，为了满足客船的需求，本文设计了基于Zig Bee网络的客船智能灯光管理系统。该系统通过Zig Bee网络将客船上生活区域的所有灯具通过网络连接，实现灯具之间无线控制，可根据不同时段、不同区域对灯光进行调节，整个系统调试及问题分析满足远程操作需要。

关键词：智能照明;客船;Zig Bee网络;节能

中图分类号：U665          文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）12-0052-03

客船作为一种用于娱乐航海的船舶，具有经济、高效、简便的特有优势，在我国沿海地区得到迅猛发展。近几年，随着科技的发展和生活水平的提高，对智能化、节能化和舒适化的需求越来越强烈[1]，而灯光管理系统是客船舱室内部装修重要的一环，该系统是客船安全性、功能性、舒适性、环保性等诸多方面的综合体现[2]。

目前市面上智能照明系统多为安装在酒店及住宅内[3]，而这些系统的安全及控制原理难以满足客船的需求;因此，为改进客船的灯光管理系统，提高整个系统的智能化和节能化，针对客船的生活公共照明区域[4]，本文提出并设计了一种基于Zig Bee网络的客船智能灯光管理系统，通过对原有智能照明系统的改进，使本文设计的该系统能够满足客船的需求[5]。

1智能灯光管理系统的特点

智能灯光管理系统以智能网关为核心，采用图形化的控制界面，系统的智能化通过总线实现，中央管理平台和智能终端通过网络进行对等通讯，各控制模块之间的信息传递可以实时进行，可以通过编程来实现各种调光需求;也可根据不同的时间段和不同区域，设置灯具的运行状态;当系统出现故障时，可以通过远程操作进行系统修复。

1.1集成性

智能化照明控制系统是集计算机技术、网络通信技术、自动控制技术等于一体的现代控制系统。

1.2使用便利

在设计智能灯光管理系统时，应根据游客对智能化的需求，整合该智能系统可实现的控制功能，进行设计;该智能控制系统的控制方式并不是唯一的，为了保证操作过程的简单化，体验感更好，采用图形化的界面，操作内容直观，操作步骤简单，避免了游客的排斥心理。

1.3可靠性

为了保证游客的舒适性和便利性，系统的安全性、可靠性必须得到保证，确保整个客船房间内的灯光系统可以24小时正常运行。例如电源、系统存储等方面采取相应的容错措施，保证系统的性能和正常运行，不受环境变化的影响。

1.4方便性

整个系统的设计，由于空间有限，触屏设备本身的尺寸要合理，布线要简单。当系统出现故障时， 既可以现场检修也可以实现远程操作维修。这种远程操作的方式，保证了时效性，提高工作效率，不浪费游客游玩的时间;此外，系统设置与版本更新也可以通过远程操作实现，保证了系统保养与维护的便利性，降低了维护成本。

1.5智能化

提高灯光管理系统的智能化，使该系统成为一个可以实现信息采集和输送、逻辑分析等功能的控制系统。

2智能灯光管理系统的功能

本文所设计的智能灯光管理系统，应用于客船中，主要能够实现以下功能：

（1）具有三种工作模式：白天模式，夜间繁忙、空闲模式，夜间智能模式。

（2）系统中有传感器检测系统，通过对光照强度进行检测，判断出是白天还是黑夜，若为白天，则所有的灯自动调为休息状态;若为黑夜，在繁忙时间段，灯具按100%功率工作，此时高亮显示，在智能和空闲模式下，灯具按照额定功率的30%工作，此时低亮显示。

（3）当有人经过时，灯具自动高亮照明。根据行人前进的方向，相邻灯之间可以实现信息传递，一方面可以提前开启下一盏路灯，另一方面，对于人前进的反方向的路灯，恢复到低亮。

（4）根据客船上游客的生活作息时间设定夜间灯具工作的不同模式。

（5）有應急功能，当发生紧急情况时，所有的灯都高亮显示。

（6）可以通过系统控制任意灯具的开和关，可实现远程操作，利于维修和管理。

（7）在中心管理平台可以查询到所有灯的工作情况，当有灯出现故障或者工作模式异常时，可以通过自动报警功能得到反馈信息。

3智能灯光管理系统的组成

智能灯光管理系统，以Zig Bee网络作为通信手段。Zig Bee是一种短距离、低功耗、低速度的无线接入技术。该技术广泛应用于家具智能、灾害防治等众多领域。该智能灯光管理系统由两部分组成，分别为中心管理平台、控制模块组成。

3.1中心管理平台

所有灯之间都是通过Zig Bee网络进行信息传递，每个灯具都是一个通信节点。通过无线方式将灯具的工作状态反馈到中心管理平台。中心管理平台的Zig Bee节点作为网络的协调器，负责建立和管理整个Zig Bee网络。由于终端已经完成组态，即便网络通讯出现故障，管理平台仍然能够独立工作，完成采集和控制功能。正常时，中心管理平台显示所有灯的工作信息。图像化的中心管理平台如图1所示。

3.2控制模块

控制模块相当于系统的输出响应部分，通过接收来自网络传输的信号，实现对各个设备的实时控制;灯具的Zig Bee节点选择路由器和终端器，路由器和终端器间隔分布。此外，控制模块自身可以通过编程来实现各种调光需求，也可以采集相关灯具的运行状态。

4智能灯光管理系统的硬件设计

基于Zig Bee的智能灯光管理系统由中心管理平台、控制端组成，中心管理平台负责管理所有灯具的信息，控制端负责控制照明灯的状态。

4.1中心管理平台硬件设计

在Zig Bee网络里，中心管理平台的硬件部分包括电源模块、传输模块、存储模块和微控制器模块。各个模块的功能如下：电源为整个系统提供电能，由LDO芯片实現;传输模块是整个硬件的核心，主要是建立网络和对Zig Bee通信网络进行管理;存储模块主要是存储每个灯具的工作状态，查看系统的工作状态需要管理员权限;微控制器模块是传输模块和存储模块之间的一个桥梁，实现双方之间的信息交互。中心管理平台硬件框图如图2所示。

4.2控制端硬件设计

控制端硬件部分由电源模块、Zig Bee传输模块、探测器模块组成。其中，传输模块为核心模块，控制端与中心管理平台之间通过网络实现通信。探测器模块主要由传感器组成，通过探测器检测是否有人通过。控制端硬件框图如图3所示。

5智能灯光管理系统的软件设计

5.1中心管理平台软件设计

中心管理平台软件的功能是：新建Zig Bee网络，验证Zig Bee节点，节点信息维护。其具体工作流程如图4所示。

5.2控制端软件设计

5.3远程无线通信的实现

如果接收的信号要求将光照强度的相关数据传入控制终端，这时候，启动另一个传输模块，传输模块与PC终端之间通过串口通信，远端通信最终通过以太网通信接口实现。

因此，要想实现远程监控功能，首先远程终端发送指令给PC机，这一环节通过互联网进行通信。发送完指令后，PC机通过串口与节点通信，执行这一指令，完成监控功能。

6智能灯光管理系统在客船上的应用前景

6.1生活区域的应用

智能灯光管理系统可以通过编程，设定灯光的亮度，来模拟户外一天中光线的变化，让船员感受到外界的光线变化，调整船员的生物钟。

6.2公共区域的应用

对于船上的公共区域，例如会议室、餐厅、影院等，可以根据不同的场合设计不同的模式，满足不同的需求，提高游客的舒适度。

7结语

智能化是客船灯光管理系统未来的发展方向。为了提高客船的电力使用效率，本文设计的基于Zig Bee的智能灯光管理系统，并详细介绍了该系统的组成、系统的功能、系统硬件设计和软件设计。与传统的系统相比，该智能灯光管理系统使用Zig Bee网络的通信方式，采用图像化的管理界面，可操作性更强，当出现故障时，维修和调整更方便，以提高游客的体验感。

参考文献：

[1]石磊，方靖涵.浅谈智能照明控制系统在舰船上的应用[J].广船科技，2016（2）：28-29.

[2]孙雪，崔晓梅，董玉华.智能家居灯光控制系统设计[J].智能计算机与应用，2019（2）：236-237.

[3]李强，厉波，叶劲秋.长安国际酒店C-Bus智能照明管理控制系统[J].光源与照明，2003（1）：27-29.

[4]刘琦，朱兆优，蓝贤桂.基于Zig Bee的船舶智能照明系统设计[J].现代电子技术，2019（22）：137-139.

[5]侯广.基于Zig Bee的智能灯光控制系统设计：（硕士学位论文）[D].湖南：湖南大学，2016.

[6]蒋峰，李行，王淑良.基于Zig Bee技术的远程无线智能灯光控制系统的设计[J].现代电子技术，2017（2）：115-117.

[7]赵汗青，王亚刚，王凯.基于ZigBee无线通信协议的智能灯光控制系统设计[J].电子技术，2012（10）：62-64.

基金项目：工业和信息化部高技术船舶项目（MC-201917-C09）;威海市高技术船舶与海工装备技术创新中心项目;定海区院地合作项目（2020C51005）。