基于无线传感网络的高校教室节能照明系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于无线传感网络的教室节能照明系统，它包括遥控器，遥控器与灯节点配合，灯节点与传感器节点相对应，传感器节点利用无线与Sink节点通信，Sink节点通过网线与服务器相连，Sink节点还通过无线控制灯开关。本实用新型专利技术利用冗余布置传感器节点可获得人体所在的具体位置，然后相应的打开其前方或上方的灯，保证了在满足照明需要的前提下，最大限度节能；Sink节点通过网线与Internet相连，节点位置自由，不受距离限制；冗余布置传感器节点，提高判断准确性，并能自动检测错误节点，便于维护；上位机采用B-S架构可以随时上网查询当前每间教室状态，为物业维护工作带来方便。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于无线传感网络的高校教室节能照明系统。
技术介绍
高校教室传统照明系统用电浪费现象普遍存在。按照国标的规定，教室照明的功率密度约为10W/m2，假设教室的平均面积为100m2，则照明负荷约为lkW。如果每天正常使用时间为15小时，那么，一天每间教室的用电量为IkWX 15h= 15kWh，学生一年在校为270 天，则年用电量约为4050kWh。如果学校按照IOOm2折合教室数量为200间，则照明用电量为 81万度左右。若节电率以平均30%计算，则一年可节电3万度，可节约电费15 20万元左右，以上估算还未包括线损和灯具长时间开启而损坏的部分。现在市场上已经出现的基于红外热释传感器的照明系统，是根据模糊人数来选择开灯数目，并不能满足实际需要， 同时，也不能达到最佳的节能效果。
技术实现思路
为弥补现有技术的不足，本技术提供一种根据人所在的位置和当前的光照强度自动控制人上方灯的开关，在满足照明需要的前提下最大限度节能的基于无线传感网络的高校教室节能照明系统。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案基于无线传感网络的教室节能照明系统，它包括遥控器，遥控器与灯节点配合，灯节点与传感器节点相对应，传感器节点利用无线与Sink节点通信，Sink节点通过网线与服务器相连，Sink节点还通过无线控制灯开关。所述传感器节点包括红外热释传感器，红外热释传感器与中心处理模块连接，中心处理模块分别与光敏电阻，电源，编码模块和解码模块连接，编码模块与无线发送模块连接，解码模块与无线接收模块连接。所述Sink节点包括以太网通讯模块，太网通讯模块与中心处理模块双向连接，中心处理模块分别与电源，编码模块和解码模块连接，编码模块与无线发送模块连接，解码模块与无线接收模块连接。所述遥控器节点包括键盘，键盘与键盘管理模块连接，键盘管理模块与中心处理模块双向连接，中心处理模块分别与液晶显示器，电源和编码模块连接，编码模块与无线发送模块连接。所述灯节点包括无线接收模块，无线接收模块与解码模块连接，解码模块与放大电路连接，放大电路与继电器连接。所述中心处理模块均采用ATMEGA16L-8PU AVR单片机，8位AVR微处理器，带16KB 在系统可编程Flash。所述无线发送模块为433MHZ的PT2262编码芯片，无线接收模块为433MHZ的 PT2272解码芯片。所述红外热释传感器为BISS0001红外感应模块。所述以太网通讯模块为SW5100以太网通信模块。有益效果与以往的教室灯光节能控制系统相比，本系统成本较低，且简单方便可以最大限度的实现节能，本技术的优点如下(1)本技术利用冗余布置传感器节点可获得人体所在的具体位置，然后相应的打开其前方或上方的灯，保证了在满足照明需要的前提下，最大限度节能。(2) Sink节点通过网线与hternet相连，节点位置自由，不受距离限制。(3)冗余布置传感器节点，提高判断准确性，并能自动检测错误节点，便于维护。(4)本技术提供自动控制并保留原有手动控制，使得成本更低，更灵活，也便于老师或同学们从传统的照明系统过渡到新的系统。(5)由于本技术基于无线传感器网络，因此，可以减少对原有照明系统线路布局的改变，也可以为扩展为智能化教室做好准备。(6)上位机采用B-S架构可以随时上网查询当前每间教室状态，为物业维护工作带来方便。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为传感器节点结构图；图3为Sink节点结构图；图4为遥控器节点结构图；图5为灯节点结构图；图6为传感器节点部署密度图；图7为Sink节点程序控制流程图；图8为服务器程序界面示意图；其中1灯节点，2传感器节点，3Sink节点，4遥控器。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步说明(1)硬件部署连接整体部署架构每个灯连接一个灯节点1，每个教室有多个传感器节点2，一个 Sink节点3和一个遥控器4，整个校园有一台服务器。传感器部署原则根据红外热释传感器感知范围冗余部署。Sink节点3通过网线与hternet相连，每个传感器节点2与Sink节点3利用无线通信，Sink节点3通过无线控制灯开关。(2)软件实现门口的传感器检测到第一个人进入教室以后，自动打开教室内四角的灯。当人坐下后，覆盖该区域的传感器节点会检测到“有人”信号，在这里Sink节点3会存储一个列表， 记录各个传感器对应的开灯编码，在确定有人，并且光照度不足的情况下，自动打开相应的灯。也可以在没人时用遥控器4强制开灯，或有人但光照不足时，强制关灯。服务器程序实现查询，控制教室内各节点状态。本技术的系统结构如图1所示，在不改变教室原有传统照明系统的前提下， 按照传感器节点2的感知范围，在教室内有冗余地布满传感器节点2，每个传感器节点2直接与Sink节点3通信，由Sink节点3对传感器发来的信息进行整合、汇总，并控制相关灯节点1的开关。每个教室有一个Sink节点3，Sink节点3通过网线接入Internet (局域网)，所有信息经由hternet汇集到作为服务器的计算机上，进行信息整合、汇总和处理以及提供必要的web服务，管理者可以通过任何一台联网PC机甚至手机登陆web服务器查询或控制教室中各节点的状态。另外，遥控器可独立控制灯节点的开关。传感器节点包括以下部件红外热释传感器、光强度感知传感器、无线接收模块、 无线发送模块、中心处理芯片、5v电源转换器，硬件结构如图2所示。Sink节点3包括无线接收模块、无线发送模块、中心处理芯片megal6、以太网通讯模块，硬件结构如图3所示。遥控器节点包括无线发送模块、中心处理芯片megal6、键盘，键盘管理芯片 CH451、显示，硬件结构如图4所示。灯节点1包括无线接收模块、继电器，硬件结构如图5所示。中心处理芯片无线接收和发送装置均是同一部件(这样做的好处是便于开发)其中，各模块的详细介绍如下(1)中心处理芯片所有的中央处理部件统一采用ATMEGA16L-8PU AVR单片机，8位AVR微处理器，带 16KB在系统可编程Flash，可多次擦写，应用广泛。使用同一种单片机避免了多种不同单片配合开发的复杂化，减少了系统成本和降低了维护难度，并且megal6为编程人员所熟悉， 便于开发。(2)无线收发模块选用成本很低的433MHZ无线发送接收模块与PT2262编码芯片及PT2272解码芯片配合使用，加上天线增大接收发送距离。理论工作距离可达50-100m，可满足一个教室内无线通信需要。(3)红外热释传感器模块选用BISS0001红外感应模块。其工作原理是当有人进入其感应范围则输出高电平；人离开感应范围则自动延时输出低电平。该模块具有感应封锁时间感应模块在每一次感应输出后(高电平变为低电平)，可以紧跟着设置一个封锁时间，在此时间段内感应器不接收任何感应信号。此功能可以实现(感应输出时间和封锁时间)两者的间隔工作，同时可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰，因此，选用这个模块。(4)以太网通讯模块选用SW5100以太网通信模块，是一款多功能的单片网络接口芯片，可以实现无操作系统的hternet连接。本系统中用于实现Sink节点与hternet连接。本技术的硬件部署如下整体部署架构每个灯连接一本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．基于无线传感网络的教室节能照明系统，其特征是，它包括遥控器，遥控器与灯节点配合，灯节点与传感器节点相对应，传感器节点利用无线与Ｓｉｎｋ节点通信，Ｓｉｎｋ节点通过网线与服务器相连，Ｓｉｎｋ节点还通过无线控制灯开关。

【技术特征摘要】
1.基于无线传感网络的教室节能照明系统，其特征是，它包括遥控器，遥控器与灯节点配合，灯节点与传感器节点相对应，传感器节点利用无线与Sink节点通信，Sink节点通过网线与服务器相连，Sink节点还通过无线控制灯开关。2.如权利要求1所述的基于无线传感网络的教室节能照明系统，其特征是，所述传感器节点包括红外热释传感器，红外热释传感器与中心处理模块连接，中心处理模块分别与光敏电阻，电源，编码模块和解码模块连接，编码模块与无线发送模块连接，解码模块与无线接收模块连接。3.如权利要求1所述的基于无线传感网络的教室节能照明系统，其特征是，所述Sink 节点包括以太网通讯模块，太网通讯模块与中心处理模块双向连接，中心处理模块分别与电源，编码模块和解码模块连接，编码模块与无线发送模块连接，解码模块与无线接收模块连接。4.如权利要求1所述的基于无线传感网络的教室节能照明系统，其特征是，所述遥控器节点包括键盘，键盘与键盘管理模块连接，键盘管理模块与中心处理模块双向连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁宇，张瑞华，杨晓哲，肖才庆，刘啸林，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：实用新型
国别省市：88