基于物联网技术的校园照明无线监控系统

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1、基于物联网技术的校园照明无线监控系统摘要：为了解决高等学院等区域性照明监控问题，介绍了一种基于ZigBee、GPRS等物联网核心技术的照明无线监控系统，该系统能远程监控校园的教室照明灯及路灯，并可进行灯的开关、亮度调节、故障检测及报修等服务。？关键词：物联网；校园照明；无线监控；高等院校？中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：2095-1302(2011)10-0053-03??CampusLightingWirelessMonitoringSystemBasedonInternetofThings?ZENGYan,ZENGBao-guo,CHENGY

2、uan-dong,HUGang?(SichuanInformationTechnologyCollege,Guangyuan628017,China)??Abstract：Inordertosolvetheregionallightingmonitoringofhighschool,alightingwirelessmonitoringsystembasedonZigBee,GPRSandothercoretechnologiesofInternetofthingsisintroduced,whichcanremotelymonitorthecampuscla

3、ssroomlightingandlamps,thelightswitch,thebrightnessadjustment,andthefaultdetectionandrepairservices.?Keywords：Internetofthings;campuslighting;wirelessmonitoring;highschool??0引言？随着各高等院校对教育投入的加大，校园亮化和美化已成为高等院校的实事工程。校园照明系统具有鲜明的特点，而路灯的使用具有明显的时间性，教室照明灯的使用又具有明显的无序性。目前，关于校园照明控制研究的重点主要集中在如何

4、解决教室照明无序控制问题，并已形成了诸如声光控制方案、热释电红外感应方案、定时灭灯方案、人员流量统计方案等多种解决方案。这些方案在解决单点控制方面已取得了很好的效果，但在远程监控方面还明显不足，也无法解决故障监测、远程控制等问题。为实现远程监控，业界也提岀了诸如电力线载波方案、GSM方案、ZigBee方案等［1］，但电力线载波在通讯中无法换相；GSM方案成本高、时延大；ZigBee方案通信距离近、穿透力不足，因而应用效果并不理想。为此，本文提出了基于ZigBee、GPRS技术的解决方案。？1系统组成及功能？本系统由监控层、中间层和子网等三层网络组成,如图1所示

5、。监控层主要包括PC上运行的照明管理系统，主要用于实现控制指令的交互，并支持分级管理和设备监视，可通过B/S进行信息发布；子网主要包括ZigBee无线节点设备和照明控制设备，后者用于路灯的供电、驱动和控制，而前者则用于光照等信息参数的采集及组网，主要根据当前的时段、光照强度、控制指令等参数，向路灯控制箱发出有关指令，如开灯、关灯、调节亮度，并能根据反馈信息判断当前路灯的运行状态，如是否有故障等；中间层一般由每个子网的协调器及GPRS网络组成，提供有基于ZigBee的无线接入和面向GPRS的通讯接口，可支持多种中心模式和多种激活模式工作，它可以通过GPRS将子网

6、内的数据信息传送到监控层。？2无线网络的构建？由于ZigBee的标准传输距离只有75m,一般可无线覆盖整个校园，因此本系统全网采用ZigBee+GPRS方案，其整体网络拓扑结构如图2所示。根据校园路灯及教室照明灯的布局特点，系统中的子网采用教室照明灯和校园路灯分区域组网模式。由于在实验中发现，ZigBee跨楼层通信能力可能不足，因此，教室照明灯釆用按楼层分区控制方案，即在每个楼层安装一个协调器，每间教室安装一个ZigBee无线节点和照明控制设备。教室内的各种灯通过编码识别方式由照明控制设备控制，无线节点的设置采用如图2所示的方案结构，即将FFD和RFD间隔放置

7、。通过NS-2仿真分析，图3所示方案在分组投递率、平均端到端时延、平均跳数和路由开销等方面，相比子网全部为FFD方案有明显的改善，能有效地减少路由请求包发送数目和网络拥塞，提高网络性能［2］。?3照明控制单元设计?校园照明主要采用传统高压钠灯、日光灯和LED灯。传统高压钠灯、日光灯可使用一个用户接口板［3］（该接口板以CortexM3为处理核心，配备有基础电源模块、电流和电压检测电路、光敏传感器和热释电红外传感器电路、ZigBee无线通讯模块）和一个独立的可调镇流器，来实现三级亮度调节和开关控制，图4所示是其子系统组成图。由于高压钠灯仅用于路灯，故在其用户接口

8、板中没有启用热释电红外传感器电路模块。