基于物联网的自动灯光控制研究

2021-03-27王华

光源与照明 2021年5期

王华

河南工业贸易职业学院信息工程学院，河南郑州 451191

0 引言

物联网（IoT）是一个由网络相关事物组成的系统，可以收集和传递信息。IoT将设计一个机器相互交谈的过程，减少人与人之间的互动，是嵌入式系统和数据的结合，而推动IoT的主要因素是传感器成本的大幅下降，以及处理能力和传输速度（宽带），还有无处不在的远程范围的增加。IoT可以将世界转变为信息，有助于解决管理方面的诸多问题。城市路灯管理上花费了大量财力和精力，随着IoT扩展到各个领域，智能路灯的出现解决了这一问题。通过使用智能路灯，可以节省城市能耗达50%～70%。通过运用IoT，当光线足够强时，路灯会自动关闭，并且可以通过网络获得数据，同时通过互联网可以随时查看路灯状态。智能路灯主要采用安装在路灯杆上的控制器来控制路灯，这些传感器识别阳光，并将这些数据发送到微控制器，由微控制器负责处理，根据需要，控制系统会自动开启和关闭灯光。当前，全球的环境在日益恶化，各国都在发展清洁能源，而随着国民经济的高速增长，我国能源供需矛盾日渐突出，电力供应开始存在短缺的局面，节能是亟须解决的问题之一。然而，传统路灯常采用高压钠灯360°发光，在开关的过程中会产生大量的能耗损失，造成能源的巨大浪费。因此，需要智能路灯中微控制器设定路灯在傍晚时分打开，在早晨时分关闭。

1 自动灯光控制系统

文章阐述了自动灯光控制系统的设计和建造，解决了现有系统的缺点。该电路拥有一个光传感器来感知光线，不需要人员维护和初始安装设置。因为实现了光线的自动控制，该先进的电子装置延长了灯泡的寿命，也减少了电力资源的浪费。通过使用这个技术，就不再需要人工开启与关闭光源了。当太阳光低于设定的光感强度时，自发地打开灯，在阳光照射下自动地关闭灯光，这是由一个称为光敏电阻（LDR）的传感器实现的。现在是人工管理模式，如果晚上街道无人，光源会以正常亮度照明，或者天亮了还没有关闭光源，会造成浪费。现有的人工管理模式系统通常被用于所有街道的路灯系统中，如果晚上街道无人，光源会以正常亮度照明，或者天亮了还没有关闭光源，会造成浪费。如今，可以通过增加被动式红外传感器（PIR）实现对人为活动的检测，当街道上没有人为活动时，就关闭路灯或降低光强度。

1.1 Arduino和PIR自动亮灯传感器

从定位数据中接收真实的当地时间，以及一个与该地理位置相关的日出和日落时间。基于这些结果，微控制器自发地检测地理区域并检索该地区的日出和日落的相关数据，以确保照明系统精确开/关。文章研究的主要目的是通过感应人与车辆自发地开启/关闭路灯。在这个系统中，光传感器被用于用来感应光强度的。最初，路灯处于关闭状态，通过使用LDR传感器，根据估算的日出和日落时间，微控制器就可以管理路灯的状态。使用Arduino和PIR管理灯光，通过检测人的存在，自动地打开和关闭房间的灯光，这种自动灯光可以设计在走廊、楼梯、浴室等地方，那里不需要持续的灯光，只需要在有人活动时自动开启灯光。

1.2 使用自动家庭照明解决方案

在这篇文章中，讨论了多种方法可以用于家庭照明系统的自动开关。根据太阳光的强度控制灯光的强度，根据房间的温度来控制风扇等。设计基本上分为三个部分：红外检测电路、基于LDR的光检测电路和基于温度传感器控制电路。红外检测电路是要控制主开关，只有在检测到人的情况下才会打开，它是基于红外传感器和微控制器。光检测电路是基于LDR，它用于检测阳光的强度，并根据阳光的强度控制LED发光的数量。温度传感器控制电路需要使用LM35作为温度传感器来控制风扇的开关。红外检测电路也将用于计算房间里的人数。本文的基本思想是在家庭照明系统开启时，在没有人在场的情况下，能节省所消耗的电力。该系统可以实现在房间没有足够光线条件下自动开灯，在室温低于标准温度时开启风扇。该系统还赋予用户可以灵活地在控制系统中打开设备。

1.3 基于IoT的智能和灵活的街道照明

IoT一直为人们提供所关注问题的可变化答案。智能化照明系统在IoT的支持下可以实现在智能嵌入式系统上进行控制，控制路灯在傍晚时分自动打开，白天自动关闭。该路灯也可以在任何地方和任何时间通过网络访问路灯实现开启或关闭。也可以在路灯的顶部放置摄像头，以识别在街上进行的活动，并将这些记录储存在服务器上。在未来的改进中，将在灯杆上放置一个紧急按钮，如果有任何紧急状况，如骚扰、抢劫等，就会有一个紧急按钮，任何人都可以在遇到危险时按下它。如果人们无法按下紧急按钮，他们可以利用与紧急按钮相连的语音识别系统，它与紧急按钮相连，当它识别到一些命令时，就会自发地按下紧急按钮。在按下紧急按钮的时候，摄像机当时记录的画面会被发送至云端账户。而每个地区的路灯都与特定地区的派出所相互连接，警察可以通过账户看到现场的情况。这个新的设想比GSM 技术更具有时效性。

2 建议的方法

通过使用不同的组件，如节点MCU、继电器、红外传感器。在所有这些组件的帮助下，实现自动控制房间灯光，通过IoT在云端进行监控。

（1）继电器。继电器是主要的保障技术，也是大多数控制过程或设备中的开关装置或设备。所有的继电器都对一个或多个电气量如电压或电流作出反应，以便其打开或关闭触点或电路。继电器是一种开关设备，主要将电路的状态从一种状态分离或改变到另一种状态。

（2）电源LED指示灯。电源LED指示灯在电路板上“UNO”字样的下面和右边，旁边有一个小小的LED灯，紧挨着“ON”，只需把Arduino插入电源，当处于“ON”状态时，该LED灯会发光，如果LED不亮，说明可能出现问题，此时需要仔细检查是否为电路问题。

（3）TX、RX。TX是用来传输数据的，RX是用来接收数据，这表示电子学中的一个位，表示负责串行通信的引脚。Arduino UNO电路板有两个地方出现TX和RX，一个是数字引脚0和1，另一个是在TX和RX指示灯旁边。在Arduino接收或发送数据时，这些LED灯就代表正在接收或发送数据时（比如当正在在电路板上加载一个新的程序）。

（4）Blynk。可以使用Blynk来打造一款基于IoT产品，可以远程控制硬件，显示传感器数据，存储数据，将其可视化并做许多其他的事情。Blynk有三个重要的组件：①Blynk应用程序，能够使用提供的各种小工具，为项目提供附件；②Blynk服务器，可以提供智能手机和硬件之间的通信，通过使用Blynk云或私人Blynk服务器，可以处理数以百万计的设备；③Blynk数据库，被用来调查与服务器的通信，处理所有关于服务器的传入和传出的信息。Blynk通过互联网工作，会利用以太网或Wi-Fi保障进行通信。Arduino Uno能够与互联网相互连接。Adafruit服务器被用来直接连接到云平台，并通过无线连接联网到手机上，通过传感器的使用，可以识别光线强度，控制是否打开光源，并在物联网设备上查看并控制。

（5）节点MCU。MCU是指微控制器单元，是一个单芯片的计算机。一个微控制器包含多个CPU以及内存和可编程的输入/输出外设，可以被用于汽车发动机控制，以及在汽车上进行的各种操作；也可以用于植入式医疗设备、远程控制、办公设备、电动工具、玩具等。通过一个标准的USB接口将Node MCU连接到电脑上，进行编程和调试。节点MCU是一个开源的固件和实施工具包，可以制作IoT产品的原型或构建包括运行在ESP8266和ESPRESSIF系统的Wi-Fi SOC上的固件，以及依赖于ESP_12模块的硬件。

（6）红外线传感器。红外线传感器发射和/或发现红外线辐射来感知其周围环境。红外线传感器作为障碍物探测器使用的基本概念是发射红外信号，这个红外信号从物体表面弹回，然后由红外传感器接收。任何红外传感器的工作都受制于三个定律：普朗克辐射定律、斯蒂芬-波尔兹曼定律和维恩位移定律。