专利名称：基于无线传感器网络的灯光控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线传感器网络技术和灯光控制技术，具体说是一种基于无线传感器 网络的灯光控制器。
背景技术：
随着全球能源问题日益突出和我国科技经济逐步发展，建筑节能成为建设节约型 社会的重要方面。根据建设部确立的建筑节能要求的具体措施与发展方向，节能工作已在 全国范围内全面启动、实施。能否降低建筑电气照明能源标准，提高建筑电气照明的能源利 用率，是建筑节能设计中的重要环节。然而在办公楼里，长明灯等现象普遍存在，不仅浪费 能源，还在很大程度上缩短了灯具等设备的使用寿命，造成大楼运营成本的增加。当前的楼宇自动化系统以有线方式为主，自身需要大量布线，系统安装极为不便， 同时增加了系统的安装成本。在采用有线通信方式的系统中，大多数传感器通过线缆连接 到监视和控制系统，通过有线通信协议，如ModBus、LonTalk或DeviceNet把传感器集成到 系统中进行工作。并且在已有的有线网络中建造自动化工程的布线和安装可能要花费高达 80%的总系统成本。此外，一旦线缆安装好，要重新布线，其成本和时间都要花费不少。无线传感器网络技术近年来得到快速发展，一般采用多跳(multi-hop)、对等 (peer to peer)的无线通信方式，具有自主组网、网络规模可变、无人值守等特点，同时可 以通过休眠机制降低节点能耗。结合无线传感器网络技术与照明控制技术，可方便地实现灯具的自动控制，同时 易于实现照明系统的远程控制。和采用有线网络通信技术的楼宇自动化产品相比较，无线 解决方案最吸引人的地方是安装布置的灵活性、低廉的安装费用和对楼宇自动化系统进行 重新布置时的可移动性。在楼宇自动化系统中采用无线解决方案，能快速方便地解决有线 方式所不易实现的网络连通问题。但是，目前本方案还没有报道。
发明内容
本发明的目的是提供了一种基于无线传感器网络的灯光控制器，它把无线传感器 网络技术和灯光控制技术相结合，实现照明系统的自动控制和远程控制。为了实现上述目的，本发明技术方案是安装在包括上位机、网络控制器构成的无线传感器网络中；其中，上位机通过网络 控制器与灯光控制器通信；所述灯光控制器结构包括控制模块，存有控制程序，用于运行 控制策略，通过网络控制器与上位机通信；传感器模块，与控制模块相连，用于采集环境光 照度和人员活动信息；控制输出模块，输入端与控制模块相连，输出端通过开关元件接至灯 具，用于控制灯具的开关；其中，所述控制模块具有A/D转换、射频收发、输入输出、关灯定时功能；所述无线传感器网络中还包括路由器，所述控制模块还通过无线传感器网络中路 由器及网络控制器与上位机通信；
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其中，所述控制程序流程如下控制模块处于等待状态，然后分三路接收控制指令 或者控制信息；一路接收无线控制指令，如果是关灯指令并且在灯具处于开启状态时，对灯 具执行关灯动作；否则如果是开灯指令并且灯具处于关闭状态，对灯具执行开灯动作，并将 关灯定时器清零；另一路判断当前时间，如果超出定时时间，说明没有人员在该区域，在灯 具处于开启状态时，对灯具执行关灯动作；最后一路接收采集区域内的人员活动信息，采集 到人员活动信息后，再接收采集到的光照度信息，并采用施密特触发器的原理确定当前的 光照度状态；如果光照度不充足，控制模块对灯具执行开灯动作；执行以上动作后无论灯 具当前处于何种状态，当有灯具状态变化时，将灯具当前的状态通过无线网络报告给上位 机，否则返回等待状态；所述传感器模块由光照度传感器和人体探测传感器组成，其中，光照度传感器的 输入端由控制模块通过开关为光照度传感器提供电源，光照度传感器输出端与控制模块相 连；人体探测传感器输入端采集人员活动信息，输出端与控制模块相连；所述光照度传感 器采用光敏电阻和普通电阻串联分压的连接方式，分压节点与控制模块相连，控制模块通 过该分压值确定当前环境的光照度；所述人体探测传感器输入端采用热释红外探头；所述控制输出模块的每个开关元件连接一个照明回路；所采用的开关元件为继电 器；其中，控制输出模块采用的继电器可以为固态继电器、普通电磁继电器或者磁保持继电器。本发明具有如下优点1.远程操作。可通过上位机控制软件远程设定环境参数(如什么时候开始算为 光照度不够/天黑时间，什么时候算为光照度充足/天亮时间)及上位机远程控制照明系统。2.无线传感器网络安装布置灵活。减少了大量的室内布线，节约了安装成本，同时 可以分散布置设备，灯光控制器地安装相对独立，因而系统可移动性强，并且可反复对网络 进行更新，易于对网络及设备进行维护。3.可实现自动化控制。可通过上位机控制软件对分散的照明系统进行集中统一控 制，通过无线指令或者定时器设置控制灯光控制器开关灯具，节省大量人力。4.节约能源。通过合理的对灯光控制器进行参数(如灯光控制器的关灯定时设 定为5分钟后自动关灯)设定，控制灯光控制器电源的供给，增加了灯光控制器的使用寿 命，有效的控制减少了长明灯带来的用电消耗，节约能源。
图1是本发明实施例1的结构框图。图2是图1中控制模块存有的控制程序流程图。图3是本发明实施例2的结构框图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1如图1所示，本发明基于无线传感器网络的灯光控制器，安装在包括上位机10、网络控制器9构成的无线传感器网络中，其中，上位机10通过网络控制器9与灯光控制器通 信；所述灯光控制器结构包括-控制模块2，本实施例采用微控制器(采用芯片CC2430F128)，微控制器中存有 控制程序，通过网络控制器9与上位机10通信；-传感器模块，与控制模块2相连，用于检测环境亮度和人员信息；-控制输出模块7，输入端与控制模块2相连，输出端通过开关元件接至灯具8，用 于控制灯具8的开关。所述控制模块2具有A/D转换、射频收发、输入输出、关灯定时等功能。如图2所示，所述控制程序流程如下本发明所述的灯光控制器的控制模块2在上电之后，首先执行初始化程序。在初 始化过程中，除了完成必要的寄存器、输入输出端口初始化外，还包括实现加入网络的过 程。在初始化程序执行完之后，控制模块2处于等待状态，然后分三路接收控制指令或者控 制信息一路接收无线控制指令，如果是关灯指令在灯具8处于开启状态时，将关灯定时 器清零，控制模块2对灯具8执行关灯动作；否则如果是开灯指令并且灯具8处于关闭状 态，控制模块2对灯具8执行开灯动作；另一路判断当前时间，如果关灯定时器超出定时时间，说明没有人员在该区域，在 灯具8处于开启状态时，控制模块2对灯具8执行关灯动作；控制模块2定时接收传感器模块采集到的传感器模块所覆盖区域内的人员活动 信息；采集到人员活动信息后，再由控制模块2接收传感器模块采集光照度信息，并采用施 密特触发器的原理确定当前的光照度状态；如果光照度不充足，控制模块2对灯具8执行开 灯动作；执行以上动作后无论灯具8当前处于何种状态，如1)当前灯具8处于关闭状态，检测到该区域内有人员存在，且在光照度不足时，将 自动打开灯具8;2)当前灯具8处于关闭状态，只要通过无线网络接收到开灯指令，就打开指令所 要求的灯具8 ；3)当前灯具8处于开启状态，在设定时间内(如5分钟，可以通过软件设置)没 有检测到该区域内有人员存在，则自动关闭灯具8 ；4)当前灯具8处于开启状态，只要通过无线网络接收到关灯指令，就关闭指令所 要求的灯具8 ；灯具8状态变化，灯光控制器就将灯具8当前的状态通过无线网络报告给上位机 10，否则返回等待状态。所述传感器模块由光照度传感器32和人体探测传感器31组成，其中，光照度传感 器32 (本实施例安装在大厦室内天花板上)，输入端由控制模块2通过开关4，为光照度传 感器32提供电源，光照度传感器32输出端与控制模块2相连；人体探测传感器31，(本实 施例安装在大厦室内天花板上)通过热释红外探头采集人员活动信息，其输出端与控制模 块2相连；所述光照度传感器32采用光敏电阻和普通电阻串联分压的连接方式，分压节点 与微控制器相连，微控制器通过该分压值确定当前环境的光照度。
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所述人体探测传感器31输入端采用热释红外探头。所述控制输出模块7的每个开关元件连接一个照明回路；所采用的开关元件为继 电器。所述控制输出模块7采用的继电器为固态继电器。本发明的供电方式如下采用市电13(本实施例为220V交流电供电)通过交直流 转换器12 (交直流转换器12由电容降压电路，整流和稳压电路组成，为现有技术)后产生 直流12V直流电，为控制输出模块7的继电器供电，所述12V直流电再利用稳压模块11 (本 实施例采用BM1117芯片)变成3. 3V直流电，为其它模块供电；本实施例中，所述人体探测传感器31采用热释红外探头；所述滤波电路5采用RC 低通滤波电路；所述信号处理器6采用BISS0001芯片；所述控制模块2所采用的微控制器 具有A/D转换、射频收发、输入输出、关灯定时等功能。本发明工作原理如下人体探测传感器31采集到的人员活动信息经过滤波电路5进行滤波和信号处理 器6对信息进行处理，处理后的信息以电平信号形式传送给控制模块2 (微控制器)，控制模 块2通过开关4给光照度传感器32供电，光照度传感器32开始采集光照度信息，所述光照 度传感器32与电阻串联分压，根据当前的光照度不同，串联分压值也不同，控制模块2根据 该电压值确定当前的光照度；当采集结束后，微控制器还是通过开关4关闭光照度传感器 32的供电，来节约能耗。控制模块2同时也通过网络控制器9接收上位机10的无线指令， 上位机10发送过来的无线指令负责向控制模块2传送判断灯具8开关的信息；判断后，控 制模块2将输出控制信号，并通过由达林顿管驱动的控制输出模块7来控制灯具8开关。效果本发明结合无线传感器网络技术与照明控制技术，能方便地实现灯具8的 自动控制。与现有技术相比较，本发明方案安装布置具有灵活性(对楼宇自动化系统进行 重新布置时的可移动性)，能快速方便地解决有线方式不易实现的网络连通问题。实施例2与实施例一不同之处在于如图3所示，控制模块2还可以通过路由器14接收上位机10的无线指令，其中， 上位机10通过网络控制器9连接路由器14。所述光照度传感器32和人体探测传感器31可以安装在大厦走廊墙壁上(还可以 安装在门厅、楼道的天花板或者墙壁上)。所述控制输出模块7采用的继电器为磁保持继电器(还可以采用普通电磁继电 器)O
权利要求
一种基于无线传感器网络的灯光控制器，安装在包括上位机(10)、网络控制器(9)构成的无线传感器网络中；其中，上位机(10)通过网络控制器(9)与灯光控制器通信；所述灯光控制器结构包括 控制模块(2)，存有控制程序，用于运行控制策略，通过网络控制器(9)与上位机(10)通信； 传感器模块，与控制模块(2)相连，用于采集环境光照度和人员活动信息； 控制输出模块(7)，输入端与控制模块(2)相连，输出端通过开关元件接至灯具(8)，用于控制灯具(8)的开关。
2.按照权利要求1所述基于无线传感器网络的灯光控制器，其特征在于所述控制模 块(2)具有A/D转换、射频收发、输入输出、关灯定时功能。
3.按照权利要求1所述基于无线传感器网络的灯光控制器，其特征在于无线传感器 网络中还包括路由器(14)，所述控制模块(2)还通过无线传感器网络中路由器(14)及网络 控制器(9)与上位机(10)通信。
4.按照权利要求1所述基于无线传感器网络的灯光控制器，其特征在于所述控制程 序流程如下控制模块(2)处于等待状态，然后分三路接收控制指令或者控制信息；一路接收无线控制指令，如果是关灯指令并且在灯具(8)处于开启状态时，对灯具(8) 执行关灯动作；否则如果是开灯指令并且灯具(8)处于关闭状态，对灯具(8)执行开灯动 作，并将关灯定时器清零；另一路判断当前时间，如果超出定时时间，说明没有人员在该区域，在灯具(8)处于开 启状态时，对灯具(8)执行关灯动作；最后一路接收采集区域内的人员活动信息，采集到人员活动信息后，再接收采集到的 光照度信息，并采用施密特触发器的原理确定当前的光照度状态；如果光照度不充足，控制 模块(2)对灯具(8)执行开灯动作；执行以上动作后无论灯具(8)当前处于何种状态，当有灯具(8)状态变化时，将灯具 (8)当前的状态通过无线网络报告给上位机(10)，否则返回等待状态。
5.按照权利要求1所述基于无线传感器网络的灯光控制器，其特征在于所述传感器 模块由光照度传感器(32)和人体探测传感器(31)组成，其中，光照度传感器(32)的输入 端由控制模块(2)通过开关(4)为光照度传感器(32)提供电源，光照度传感器(32)输出 端与控制模块(2)相连；人体探测传感器(31)输入端采集人员活动信息，输出端与控制模 块⑵相连。
6.按照权利要求4所述基于无线传感器网络的灯光控制器，其特征在于所述光照度 传感器(32)采用光敏电阻和普通电阻串联分压的连接方式，分压节点与控制模块(2)相 连，控制模块(2)通过该分压值确定当前环境的光照度。
7.按照权利要求4所述基于无线传感器网络的灯光控制器，其特征在于所述人体探 测传感器(31)输入端采用热释红外探头。
8.按照权利要求1所述基于无线传感器网络的灯光控制器，其特征在于所述控制输 出模块(7)的开关元件连接照明回路；所采用的开关元件为继电器。
9.按照权利要求7所述基于无线传感器网络的灯光控制器，其特征在于所述控制输出模块(J)采用的继电器可以为固态继电器、普通电磁继电器或者磁保持继电器。
全文摘要
本发明涉及灯光控制技术和无线传感器网络技术，具体说是一种基于无线传感器网络的灯光控制器。安装在上位机、网络控制器、路由器构成的无线传感器网络中。上位机通过网络控制器与灯光控制器通信；所述灯光控制器包括控制模块、传感器模块和控制输出模块三部分。控制模块用于运行控制策略，同时负责与其它无线设备的通信；传感器模块用于采集传感器模块范围内的光照度和人员活动信息；控制输出模块用于控制灯具的开关。本发明适用于大型建筑的节能改造，可根据环境亮度和人员信息自动控制灯具的开关，降低照明系统的运行能耗，同时由于采用了无线传感器网络技术，可节省大量布线，降低系统造价。
文档编号G08C17/02GK101938868SQ20091001237
公开日2011年1月5日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者李力刚, 王乐辉, 王忠锋, 黄剑龙 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所