實現樓宇照明節能控制的系統及方法
2023-12-04 23:24:46 2
實現樓宇照明節能控制的系統及方法
【專利摘要】本發明涉及一種實現樓宇照明節能控制的系統及方法，其中包括第一終端節點，用以採集人員信息；第二終端節點，用以採集光線強度信息；第三終端節點，用以根據照明模式控制指令對房間的照明模式進行設置；路由節點，用以接收第一終端節點和第二終端節點發送的人員信息和光線強度信息後進行綜合處理並選擇與房間適合的照明模式控制指令發送至所對應的第三終端節點。採用該種結構的實現樓宇照明節能控制的系統及方法，不但可以工作於全自動狀態，根據室內場景變化自動切換照明模式，還具備節能的特點，最大限度降低能源消耗，克服了傳統照明控制系統管理落後、浪費能源、舒適性差及布線複雜等缺陷，具有更廣泛的應用範圍。
【專利說明】實現樓宇照明節能控制的系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及信息【技術領域】，尤其涉及樓宇照明節能領域，具體是指一種實現樓宇照明節能控制的系統及方法。
【背景技術】
[0002]現有的樓宇燈光控制系統，大多採用DALI協議，將終端照明控制器分區域、總線等接入到DALI控制系統中，實現對照明的控制。
[0003]採用DALI協議的照明控制系統，需要複雜的布線工程。其總線容量也較小，數據幀長度也較短，需要較為複雜的網絡拓撲設計才能實現功能。
[0004]目前，大多數建築物仍然沿用傳統的照明控制方式。傳統照明控制系統控制方式單一，只有開和關兩種狀態；管理方式落後，需要人為管理。這樣不僅不能滿足人們對照明模式多樣的追求，而且更容易造成能源浪費。例如，當人離開房間忘記關燈時，就會出現「長明燈」現象。因此，隨著社會的不斷發展，傳統照明控制系統越來越難以滿足人們的需求。
[0005]近年來，國內外許多研究人員對室內照明智能控制系統的相關技術已經做了很多工作。目前主流的節能型照明智能控制系統主要是有線控制，也有採用射頻和藍牙技術的無線照明控制系統。然而，專門針對傳感器網絡技術的節能型室內照明智能控制的研究工作卻很少。
[0006]在此背景下，本設計結合近來在國內發展迅猛物聯網技術，提出了一種新型的智能照明控制系統。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是克服了上述現有技術的缺點，提供了一種能夠實現工作於全自動狀態、根據室內場景變化自動切換照明模式、在滿足人們照明需求的條件下最大限度降低能源消耗、具有更廣泛應用範圍的實現樓宇照明節能控制的系統及方法。
[0008]為了實現上述目的，本發明的實現樓宇照明節能控制的系統及方法具有如下構成:
[0009]該實現樓宇照明節能控制的系統，其主要特點是，所述的系統包括:
[0010]第一終端節點，各個房間設置有數個第一終端節點，所述的第一終端節點用以採集室內的人員信息；
[0011]第二終端節點，各個房間設置有數個第二終端節點，所述的第二終端節點用以採集室內的光線強度信息；
[0012]第三終端節點，各個房間設置有數個第三終端節點，所述的第三終端節點用以根據照明模式控制指令對房間的照明模式進行設置；
[0013]路由節點，各個路由節點分別與各個房間一一對應，所述的路由節點用以接收所對應房間內各個第一終端節點和第二終端節點發送的人員信息和光線強度信息後進行綜合處理並選擇與房間適合的照明模式控制指令發送至所對應的第三終端節點。[0014]較佳地，所述的第一終端節點包括:
[0015]紅外傳感器，用以採集室內的人員信息；
[0016]無線收發模塊，用以將所述的室內的人員信息發送至所對應的路由節點。
[0017]更佳地，各個房間內具有至少一個設於房間入口處的第一終端節點和至少一個設於房間內部的第一終端節點。
[0018]較佳地，所述的第二終端節點包括:
[0019]光敏傳感器，用以採集室內的光線強度信息；
[0020]無線收發模塊，用以將所述的光線強度信息發送至所對應的路由節點。
[0021]較佳地，所述的第三終端節點包括:
[0022]照明模式設置模塊，用以根據所述的路由節點發送的照明模式控制指令對房間的照明模式進行設置；
[0023]無線收發模塊，用以接收所述的路由節點發送的照明模式控制指令。
[0024]較佳地，所述的路由節點包括:
[0025]照明模式選擇模塊，用以根據所對應房間內的人員信息和光線強度信息，從預先設計好的照明模式中選擇一種和當前房間場景相對應的照明模式；
[0026]無線收發模塊，用以接收所對應房間內各個第一終端節點和第二終端節點發送的人員信息和光線強度信息並將照明模式控制指令發送至所對應的第三終端節點。
[0027]較佳地，所述的系統還包括:
[0028]基站節點，用以監控所屬範圍內的各個路由節點的工作狀態以及預設各個路由節點對應房間的照明模式；
[0029]現場總線網關，各個基站節點通過所述的現場總線網關進行與控制電腦的通信。
[0030]本發明還涉及一種基於所述的系統實現樓宇照明節能控制的方法，其主要特點是，所述的方法包括以下步驟:
[0031](I)所述的路由節點根據所述的第一終端節點發送的人員信息判斷所對應的房間內是否有人，如果是，則繼續步驟(2)，否則繼續步驟(4)；
[0032](2)所述的路由節點根據所述的第二終端節點發送的光線強度信息判斷當前房間內光線亮度是否足夠，如果是，則繼續步驟(4)，否則繼續步驟(3)；
[0033](3)所述的路由節點根據所述的人員信息和光線強度信息選擇與房間適合的照明模式並將照明模式控制指令發送至所述的第三終端節點，然後繼續步驟(5);
[0034](4)所述的路由節點發送關閉所對應房間內所有燈光的照明模式控制指令至所述的第三終端節點，然後繼續步驟(5)；
[0035](5)所述的第三終端節點根據所述的路由節點發送的照明模式控制指令對房間的照明模式進行設置。
[0036]採用了該發明中的實現樓宇照明節能控制的系統及方法，具有如下有益效果:
[0037]該系統由若干網絡節點組成，各節點通過自治組網進行通信。整個系統工作於全自動工作狀態，通過採集外界環境信息，並根據這些信息的變化來自動切換和設置相應的照明模式。例如，當人員全部離開房間時，系統自動調整房間照明模式為關閉室內所有照明燈，從而避免了「長明燈」現象。本發明的照明控制系統是物聯網技術的一個典型應用，它不但可以工作於全自動狀態，根據室內場景變化自動切換照明模式，還具備節能的特點，使得在滿足人們照明需求的條件下，最大限度降低能源消耗，克服了傳統照明控制系統管理落後、浪費能源、舒適性差及布線複雜等缺陷，具有更廣泛的應用範圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1為本發明的實現樓宇照明節能控制的系統的結構示意圖。
[0039]圖2為本發明的現場總線網關接入的結構示意圖。
[0040]圖3為本發明的實現樓宇照明節能控制的系統應用於實施例的布置於房間中的示意圖。
[0041]圖4為本發明的實現樓宇照明節能控制的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0042]為了能夠更清楚地描述本發明的技術內容，下面結合具體實施例來進行進一步的描述。
[0043]本系統採用由終端節點、路由節點和協調器節點組成的Mesh拓撲結構的無線傳感器網絡來實現，如圖1所示。網絡中各節點通過自治組網進行通信，通信距離為30米~70米，可以覆蓋整幢大樓。樓宇中每個房間對應一個路由節點和若干終端節點，這些節點構成了本房間內的照明自主控制子系統。
[0044]整個系統由基站節點與各房間自主控制子系統組成，在無線射頻的有效通信距離內，各子系統通過各自的路由節點相互轉發信息，進而形成到基站節點的多跳網絡，實現與基站節點的信息交互。
[0045]如圖2所示，為了實現用戶與樓宇控制系統的交互，系統中將引入現場總線網關。該網關將集成Sink節點直接相連。主要用來監控整個網絡，它既可以在PC機終端界面上顯示網絡的拓撲結構圖及各節點的工作狀態信息，也可以向路由節點發送命令，預設對應房間的照明模式。
[0046]房間自主控制子系統:
[0047]房間自主控制子系統對應無線傳感器網絡中的星型網絡，一般由一個路由節點和若干終端節點組成，各終端節點不能相互通信，只能與本房間對應的路由節點交互信息。終端節點處於網絡的最下層，它們的主要作用是採集當前房間內的人員個數、位置及光線強度信息，並將這些信息發給相應的路由節點；另一方面，終端節點還根據接收到的路由節點的指令來設置房間的照明模式。根據終端節點不同的作用，分為採集人員信息的第一終端節點，採集光線強度信息的第二終端節點和設置房間的照明模式的第三終端節點。
[0048]由於樓宇內部所有的區域都可以抽象地按照房間劃分區域。下面以一個房間的自主控制子系統節點布置為例說明。如圖3所示，房間入口處上側為O號路由節點，編號為①、
②的兩個節點為第一終端節點，用於採集進入房間內人員個數。靠窗日I?和⑧兩第二終端節點用於採集當前房間內的光線強度信息。負責採集人員在房間內位置信息的第一終端節點為⑤、⑥、⑦、⑧號終端節點。剩餘的g、@、0三個第三終端節點用來控制房間照明模
式的設置，其中@節點控制室頂四盞下照燈，01?點控制矩形桌旁的兩盞壁燈，gl?點控制書桌上的檯燈。[0049]節點類型:
[0050]系統共用到三種類型的節點:終端節點、路由節點和Sink節點(即基站節點)。每種節點在硬體層次上都必須包括一個主控模塊(單片機)和一個無線收發模塊。終端節點負責採集外部環境信息，還應搭載相應的傳感器(光敏和紅外傳感器)。為了實現Sink節點與PC機的通信，本系統為Sink節點配置了一個RS232接口(還可以採用其它方法，如無線通信方法)。
[0051]第一終端節點包括:
[0052]紅外傳感器，用以採集室內的人員信息；
[0053]無線收發模塊，用以將人員信息發送至所對應的路由節點。
[0054]第二終端節點包括:
[0055]光敏傳感器，用以採集室內的光線強度信息；
[0056]無線收發模塊，用以將光線強度信息發送至所對應的路由節點。
[0057]第三終端節點包括:
[0058]照明模式設置模塊，用以根據所述的路由節點發送的照明模式控制指令對房間的照明模式進行設置；
[0059]無線收發模塊，用以接收所述的路由節點發送的照明模式控制指令。
[0060]路由節點包括:
[0061]照明模式選擇模塊，用以根據所對應房間內的人員信息和光線強度信息，從預先設計好的照明模式中選擇一種和當前房間場景相對應的照明模式；
[0062]無線收發模塊，用以接收所對應房間內各個第一終端節點和第二終端節點發送的人員信息和光線強度信息並照明模式控制指令發送至所對應的第三終端節點。
[0063]房間子系統控制過程實現:
[0064]房間自主控制子系統由一個路由節點和若干終端節點組成。載有傳感器(紅外傳感器或光敏傳感器)的終端節點負責採集進入房間的人員個數、人員在室內的位置信息以及當前房間內的光線強度，並將這些信息轉發給本房間對應的路由節點；然後，由路由節點對這些信息進行綜合處理，並從預先設計好的照明模式中選擇一種和當前房間場景相對應的模式發送給控制照明模式的終端節點；最後，由該終端節點設置相應的照明模式，如圖3下半部分所示。
[0065](I)人員進出房間判斷:人員進出房間的判斷由兩個載有紅外傳感器的第一終端節點來實現，如圖2中編號為①、②的兩個節點。將與傳感器相連的單片機引腳配置為雙邊沿觸發中斷，這樣只有當①、②先後產生上升沿中斷，接著又先後產生下降沿中斷時，才認為有人進入了房間；同樣，只有②、①先後產生上升沿中斷，接著又先後產生下降沿中斷，才認為有人離開房間。對於其它的中斷觸發情況，均不認為當前房間內人員個數有變化。
[0066](2)光線強度判斷:光線強度判斷模塊由載有光敏傳感器的第二終端節點實現。本系統使用兩個載有光敏傳感器的第二終端節點，對應圖2中靠窗的?和⑧節點。
[0067]考慮到光敏傳感器自身的特性與人們的具體需求，將兩個載有光敏傳感器的終端節點一個置於室外，一個置於室內人們拉上窗簾可以遮擋住的地方。
[0068]將一個節點置於室外，主要原因是光敏傳感器能感測到室內照明燈自身的亮度。因此，如果將光敏傳感器都安裝在室內能感測到照明燈光線的地方，當照明燈點亮時，光敏傳感器就會得到光線強度較亮的結果，從而引起路由節點關閉照明燈，接著又會感測到黑暗的結果，再次設置照明燈亮起，從而造成室內照明模式在亮暗間循環設置。
[0069]將一個載有光敏傳感器的終端節點置於室內窗簾可以遮擋住的地方，則是為了滿足人們需求。當白天室內人員拉上窗簾時，室內光敏傳感器感測到陰暗的結果，進而觸發設置照明燈點亮的照明模式，從而避免白天拉上窗簾時室內漆黑的結果。
[0070]最後，對兩個光敏傳感器感測到的結果，總是選擇最為漆黑的值作為有效值。
[0071](3)室內人員位置信息判別模塊。室內人員位置信息的判別由載有紅外傳感的終端節點來實現。根據紅外傳感的探測距離及室內空間的大小，可以合理安排紅外終端節點的個數及具體位置。如圖3中，編號為⑤、⑥、⑦、⑧的節點即為室內定位的紅外終端節點。
[0072](4)照明模式判斷模塊。照明模式的判斷由路由節點根據當前室內人員個數、光線強度以及室內人員位置信息來實現。
[0073]路由節點首先判斷房間內有沒有人，若沒人，則設置關閉室內所有照明燈(若干照明模式之一)。若有人，再判斷室內光線強度級別，如果室內光線較亮，仍設置關閉所有照明燈；否則，再根據室內人員的位置信息來確定相應的照明模式。其控制流程如圖4所示。
[0074]採用了該發明中的實現樓宇照明節能控制的系統及方法，具有如下有益效果:
[0075]該系統由若干網絡節點組成，各節點通過自治組網進行通信。整個系統工作於全自動工作狀態，通過採集外界環境信息，並根據這些信息的變化來自動切換和設置相應的照明模式。例如，當人員全部離開房間時，系統自動調整房間照明模式為關閉室內所有照明燈，從而避免了「長明燈」現象。本發明的照明控制系統是物聯網技術的一個典型應用，它不但可以工作於全自動狀態，根據室內場景變化自動切換照明模式，還具備節能的特點，使得在滿足人們照明需求的條件下，最大限度降低能源消耗，克服了傳統照明控制系統管理落後、浪費能源、舒適性差及布線複雜等缺陷，具有更廣泛的應用範圍。
[0076]在此說明書中，本發明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發明的精神和範圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
【權利要求】
1.一種實現樓宇照明節能控制的系統，其特徵在於，所述的系統包括: 第一終端節點，各個房間設置有數個第一終端節點，所述的第一終端節點用以採集室內的人員信息； 第二終端節點，各個房間設置有數個第二終端節點，所述的第二終端節點用以採集室內的光線強度信息； 第三終端節點，各個房間設置有數個第三終端節點，所述的第三終端節點用以根據照明模式控制指令對房間的照明模式進行設置； 路由節點，各個路由節點分別與各個房間——對應，所述的路由節點用以接收所對應房間內各個第一終端節點和第二終端節點發送的人員信息和光線強度信息後進行綜合處理並選擇與房間適合的照明模式控制指令發送至所對應的第三終端節點。
2.根據權利要求1所述的實現樓宇照明節能控制的系統，其特徵在於，所述的第一終端節點包括: 紅外傳感器，用以採集室內的人員信息； 無線收發模塊，用以將所述的室內的人員信息發送至所對應的路由節點。
3.根據權利要求2所述的實現樓宇照明節能控制的系統，其特徵在於，各個房間內具有至少一個設於房間入口處的第一終端節點和至少一個設於房間內部的第一終端節點。
4.根據權利要求1所 述的實現樓宇照明節能控制的系統，其特徵在於，所述的第二終端節點包括: 光敏傳感器，用以採集室內的光線強度信息； 無線收發模塊，用以將所述的光線強度信息發送至所對應的路由節點。
5.根據權利要求1所述的實現樓宇照明節能控制的系統，其特徵在於，所述的第三終端節點包括: 照明模式設置模塊，用以根據所述的路由節點發送的照明模式控制指令對房間的照明模式進行設置； 無線收發模塊，用以接收所述的路由節點發送的照明模式控制指令。
6.根據權利要求1所述的實現樓宇照明節能控制的系統，其特徵在於，所述的路由節點包括: 照明模式選擇模塊，用以根據所對應房間內的人員信息和光線強度信息，從預先設計好的照明模式中選擇一種和當前房間場景相對應的照明模式； 無線收發模塊，用以接收所對應房間內各個第一終端節點和第二終端節點發送的人員信息和光線強度信息並將照明模式控制指令發送至所對應的第三終端節點。
7.根據權利要求1所述的實現樓宇照明節能控制的系統，其特徵在於，所述的系統還包括: 基站節點，用以監控所屬範圍內的各個路由節點的工作狀態以及預設各個路由節點對應房間的照明模式； 現場總線網關，各個基站節點通過所述的現場總線網關進行與控制電腦的通信。
8.一種根據權利要求1至7中任一項所述的系統實現樓宇照明節能控制的方法，其特徵在於，所述的方法包括以下步驟: (I)所述的路由節點根據所述的第一終端節點發送的人員信息判斷所對應的房間內是否有人，如果是，則繼續步驟(2)，否則繼續步驟(4)； (2)所述的路由節點根據所述的第二終端節點發送的光線強度信息判斷當前房間內光線亮度是否足夠，如果是，則繼續步驟(4)，否則繼續步驟(3)； (3)所述的路由節點根據所述的人員信息和光線強度信息選擇與房間適合的照明模式並將照明模式控制指令發送至所述的第三終端節點，然後繼續步驟(5); (4)所述的路由節點發送關閉所對應房間內所有燈光的照明模式控制指令至所述的第三終端節點，然後繼續步驟(5)； (5)所述的第三終端節點根據所述的路由節點發送的照明模式控制指令對房間的照明模式進行 設置。
【文檔編號】H05B37/02GK103796396SQ201410060438
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月21日 優先權日:2014年2月21日
【發明者】鄭春雷, 賈根團, 鄭洪渠, 李鵬宇, 陳明, 金軍 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所