智能家居节能照明系统研究

2021-01-13吴柔倩李胜男

黑龙江科学 2021年20期

孟瑜，吴柔倩，李胜男，于兰

(1.长春工程学院，长春 130000； 2.长春理工大学光电信息学院，长春 130000)

智能技术的广泛应用为人们生活水平的提升作出了重要贡献[1]。智能技术可与家居环境相结合，提高人们生活的舒适度[2]。家居环境中，照明系统是重要的组成部分。传统的照明系统节能性较差，无法实现远程控制，不符合环保理念的发展要求[3]。分析了智能家居节能照明系统的优势，提出设计原则。

1 节能照明系统的优势

节能照明系统的优势主要体现在高效节能和绿色环保方面。与传统照明系统相比，节能照明系统在日光感应和人体感应方面的能力更强，可以进行自动调节和操控，其设计、控制更合理，可以让用户获得更好的体验。节能照明系统主要是通过专业的软件进行管理，以对照明系统运行过程中的功耗进行监控，掌握电路损耗情况并进行有效调节，实现高效、节能的运行，减少节能照明系统的能耗和开支[4]。

节能照明系统的应用可以有效提升经济效益。应用节能照明系统，可对照明产品进行更为精准的控制和有效调节，不断提高照明系统的管理水平。智能家居中的节能照明系统安装了更为先进的控制设施，软件可以对参数和运行数据进行处理，为用户提供更多的参考数据。节能照明系统可以对照明灯具是否正常运行、是否存在漏电风险等进行预判和分析，降低安全事故的发生率，维修与养护难度较小，可有效节约时间成本，实现效益的有效提高。

节能照明系统的应用可以显著提高家居环境的舒适度。与传统照明系统相比，节能照明控制系统可以为不同类型用户及场合提供针对性更强、更为舒适的照明环境，让不同场所变得更为舒适、愉悦。用户可以通过电脑或手机对节能照明系统进行操控，随时调节照明亮度，这对用户而言十分重要。

2 智能控制原理

智能控制主要包括智能信息处理、信息反馈及控制决策三个方面。智能控制主要是以人工智能和计算机技术为基础，对相关理论、技术等不断进行扩展，包括神经网络与遗传算法等，加入自适应控制、自组织控制等，以实现智能控制。智能家居中，节能照明系统的智能控制主要包括照明灯具的自动开关、分组控制与亮度适应控制等。

在智能控制中，传感器技术是实现智能控制的关键。传感器的主要部件一般位于智能控制的最外层，可以将所获得的信息转化为相应的数据，通过网络传输到计算机设备中，再由计算机设备进行相应的处理和分析。节能照明系统的传感器包括雷达、声控与亮度感应器、红外感应器等[5]。

3 智能家居节能照明系统的设计

3.1 感知层设计

智能家居中的节能照明系统要做好感知层的设计。感知层是节能照明系统的最前端结构，主要是负责数据收集。红外定位传感器、温度传感器及雷达传感器在感知层采集设备中较为常见。结合家居环境的特点，节能照明系统主要存在于客厅、卧室、卫生间及走廊、停车库等，结合不同地点和用户照明习惯，可以选择对应类型的采集设备。如在停车库的节能照明系统设计中，设计人员可以选择雷达传感器，当感知到汽车信号时，点亮照明灯具，等到汽车信号消失后，关掉灯具。卫生间的节能照明系统可以选择人体红外探测传感器，在感知到人体发出的红外信号后，点亮照明灯具，等到人走后，再关闭灯具。卧室与客厅可以选择红外遥控传感器，便于用户进行远程操控，不必亲自开关灯具。走廊可以选择声控传感器，用户在上下楼梯发出声音时，节能照明系统感应到信号，将灯具点亮。

3.2 控制层设计

针对节能照明系统的控制层设计，应了解控制器的主要类型，如单灯控制器、调光控制器等，分析感知层传感器传入的信号，对照明灯具进行单灯控制或成组控制。控制器可以是有线形式或无线控制器，设计人员要将控制器与对应的网关进行连接，以有效接收服务器下达的指令，对节能照明系统进行有效控制。控制器要有通信连接的功能，可以远程对灯具进行亮度调节，设计人员还要通过控制器的无线路由功能实现中继处理。

3.3 网络层设计

网络层处于感知层与应用层之间，主要由网关节点构成，可以在不同的控制器中传递相应的信息。网关节点可以利用中间件接收传感器发出的信息，对数据进行处理，将其传送至服务中心。网关节点收到服务器发出的指令后，将控制指令下达给对应的控制器，从而对灯具亮度等进行控制。在网络层中，中间件的主要作用是为数据的采集和指令的下发提供统一的接口，从而完成对数据的转换和分析。对于数据适配中间件，由于不同类型和不同厂家生产的传感器的格式不同，感知层需要对收集的数据进行解析和封装处理，才能转化为通用的协议格式，并传送到服务器中，服务器接收到不同类型传感信号之后，会向具体的控制器发出对应的控制指令，以完成对节能照明系统的控制[6]。

3.4 应用层设计

数据在经过感知层与网络层之后，会进入控制中心，控制中心对数据进行集中处理和分析，并将其传送至应用层。节能照明系统的应用层主要包括移动端和PC端。智能家居中，节能照明系统具有高效节能的特点，可以实现可视化操控和远程操控，能够对照明系统进行任意一组或任意一个灯具的自定义控制，从而完成开关和亮度调节等功能。在单灯控制方面，用户可以在手机或电脑中对节能照明系统中的每一盏灯进行对应的开关控制，还可以对灯具进行分组控制。用户可以对节能照明系统进行定时控制，设定相应的开启与关闭时间，实现灯具的自动开关，对灯具亮度进行调节。可以通过远程查询的方式，了解每一盏灯的开关情况，对灯具的各项参数进行分析，对灯具进行远程监控，在出现安全隐患时预先进行处理。