一种基于无线通讯的教室智能化照明系统的制作方法

本发明涉及照明系统技术领域，具体为一种基于无线通讯的教室智能化照明系统。

背景技术：

照明是利用各种光源照亮工作和生活场所或个别物体的措施。利用太阳和天空光的称“天然采光”；利用人工光源的称“人工照明”。照明的首要目的是创造良好的可见度和舒适愉快的环境。

随着物联网、智能化技术的迅速发展；目前，国内大多数校园教室、智能化建筑照明存在高能源消耗。目前照明设备的控制现状，往往是人工手动开关灯具，进而达到照明的效果，灯具设备不能根据工作需求，自主控制，导致高能源的消耗，照明管理效率低等问题。

在教育领域日新月异的现代教学发展过程中，投影仪等现代教育设备的应用，对教室灯具的照明场景要求也越来越高，传统的开关控制不够灵活，已适应不了现代教育的需求。在一些大型会议场所，照明灯具比较多，为实现对灯具的控制需要增加控制开关，传统的开关方式，对日常使用和能耗管理带来很多不便。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于无线通讯的教室智能化照明系统，具备灯具设备无线通信组网，通过网关接入云平台，实现云端灯具监控管理；系统中可对单个灯具控制或一组多个灯具设备控制，每个灯具都具备分组功能，通过云平台配置分组参数，配置灯具任意分组；系统中的灯具设备也可以自主控制，通过云平台配置灯具自主控制参数，灯具根据感应环境光线保持合理的照明方案优点，解决了灯具设备不能根据工作需求，自主控制，导致高能源的消耗，照明管理效率低等问题。系统中加入巡检功能，对故障灯具进行监控，解决了灯具日常维护繁重等问题。

(二)技术方案

为实现上述灯具设备无线通信组网，通过网关接入云平台，实现云端灯具监控管理；系统中对单个灯具控制或一组多个灯具设备控制，通过云平台配置分组参数，配置灯具任意分组；系统中的灯具设备也可以自主控制，通过云平台配置灯具自主控制参数，灯具根据感应环境光线保持合理的照明方案优点，解决了灯具设备不能根据工作需求，自主控制，导致高能源的消耗，照明管理效率低等问题；系统中加入巡检功能，对故障灯具进行监控，解决灯具日常维护繁重等目的。

本发明提供如下技术方案：一种基于无线通讯的教室智能化照明系统，系统中设备包括led教室灯具、b-l400d无线调光终端、b-l400m控制面板、b-l400j通信网关、b-l400t现场调试模块；所述的led教室灯具的输入端与b-l400d无线调光终端的输出端电性链接，所述环境光照传感器的输入端与b-l400d无线调光终端的i2c通信接口电性链接,所述b-l400d无线调光终端的rf433通信端与rf433无线通信网络链接；所述b-l400m控制面板的输入端与7棵电容触摸按键的输出端电性链接，所述b-l400m控制面板的rf433通信端与rf433无线通信网络链接；所述b-l400t现场调试模块的rf433通信端与rf433无线通信网络链接；所述b-l400j通信网关的rf433通信端与rf433无线通信网络链接，所述b-l400j通信网关的以太网接口通过网线与路由器或交换机等设备链接，接入公网，实现与云平台链接。

b-l400d无线调光终端，硬件实现2路0-10v调光信号输出、1路继电器控制、rf433无线通信、i2c输入接口；通过内部高性能mcu嵌入操作系统，编程实现如下功能：

1)灯具开关渐变效果；

2)通过自定义物联网协议实现灯具任意调光或开关；

3)自主感光控制功能，配置设备设定光照值参数，通过与外部环境光照传感器采集数据比对，调节灯具亮暗，实现光照环境保持；

4)系统唯一设备编号，实现无线网络中设备定位控制；

5)设备分组编号，方便设备分组管理；

b-l400m控制面板，硬件实现220v交流转直流低压供电、7棵电容触摸按键、rf433无线通信、pcb屏蔽工艺解决电容触摸与rf433射频干扰问题；通过内部高性能mcu嵌入操作系统，编程实现如下功能：

1)7棵按键对应7种灯具控制场景，7种场景中除开关场景不可配置，其他6种场景可任意配置；

2)通过对自定义物联网协议的定义规范，引入分组编号与设备类型字段，保证一种场景切换只需要下发一条命令，完成整间教室不同类型灯具控制，实现不同类型的灯具作不同的状态变换。

3)系统唯一设备编号，实现无线网络中设备定位控制；

4)设备分组编号，方便设备分组管理

b-l400j通信网关，硬件实现12v直流供电dc/dc转低压、rj45以太网接口、rf433无线通信、rs485扩展接口、恢复出厂设置按键；

通过内部高性能mcu嵌入操作系统，编程实现如下功能：

1)灯具设备巡检功能，定时或接收巡检命令对无线网络中灯具设备巡检，确定设备是否正常运行，将检查的故障设备上报云平台，实现故障设备追踪维护。

2)在lwip网络协议栈基础上，对http协议扩展，实现文件上传网关功能，可利用http协议远程上传配置文件到网关，实现网关参数配置；

3)网关通过udp协议与云平台链接，定时上报心跳包，保证云平台对网关链接状态检测；

4)网关对rf433无线网络侦测，实时上报b-l400m控制面板等设备，控制教室灯具命令，实时追踪灯具状态；

5)系统唯一设备编号，实现无线网络中设备定位控制；

无线通讯的教室智能化照明系统，通过自定义物联网协议通信规范，实现对单个灯具控制或一组多个灯具设备控制，每个灯具都具备分组功能，可通过协议下发配置参数，配置灯具任意分组。

优选的，无线通讯的教室智能化照明系统通信协议的定义规范，协议中引入分组编号字段与分类型字段，通过分组编号字段实现多个灯具分组(如整间教室灯具分属同一组)，通过分类型字段实现同一组灯具内有不同类型灯具(如教室灯、黑板灯)；最终实现一条通信命令在同一组灯具中广播发送，终端接收到命令后比对分组编号，判断是否执行该命令，通过分类型字段选取该执行的控制动作；从而达到一条命令控制一组灯具内不同类型灯具，实现不同类型灯具同时受控变换。

优选的，b-l400d无线调光终端中灯具开关渐变效果，该功能是通过程序逻辑计算实现，控制0-10v调光信号输出，实现灯具开关渐变效果。该功能适用于不同输出功率的led可调光灯具；

优选的，b-l400d无线调光终端中自主感光控制功能，该功能通过云平台设定一个环境光照值参数，通过外部环境光照传感器采集环境光照值，与设定的环境光照值比对，当采集光照值高于设定环境光照值，终端调暗灯光，直至灯光调到最暗或关闭；当采集光照值低于设定光照值，终端调亮灯光，直至灯光调到最亮；环境光照传感器的按装位置，要求必须可以感应到灯光亮度，技术难点：由于光的特殊性光线的变化比较快，导致光照传感器采集光照数据有波动，在程序中我们引入采集数据滤波算法与抖动偏差锁定功能，保证采集的光照数据稳定，从而避免终端调光抖动。

优选的，b-l400m控制面板中设有7个电容触摸按键，为了应用灵活，其中六个按键的对应6种场景，每种场景对应如上面“权利要求2”所述的一条控制命令，6种场景的控制方案，可以通过云平台任意配置，配置的方案数据保存在控制面板的flash中。

优选的，b-l400m控制面板开关按键指示功能，在黑暗的环境中开灯，由于光线比较暗，带来很多不便，为了解决该问题。面板加入开关按键指示功能，当人手触摸到面板任意一个按键位置时，面板开关按键下方的指示灯，开始3次1秒间隔闪烁，指示开关按键位置，从而方便用户使用过程中打开灯光。

优选的，b-l400j通信网关中灯具设备巡检功能，由于故障灯具需要精准定为维护，人工定为比较繁重，由云平台定为处理数据量太大，增加云服务器负担；由网关巡检故障设备比较合理有效；云平台给网关设备下发巡检设备编号名单，配置网关在空闲时段，对编号名单中的设备进行巡检，巡查故障设备，将最终巡查的结果上报给云平台，从而实现故障设备精准追踪。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于无线通讯的教室智能化照明系统，具备以下有益效果：

(1)该基于无线通讯的教室智能化照明系统，灯具通过b-l400d无线调光终端、b-l400j通信网关、b-l400m控制面板组成无线通信网络，可以实现远程单灯控制与多个灯具分组控制，实现灯具物联网。

(2)该基于无线通讯的教室智能化照明系统，b-l400d无线调光终端自身具备感光控制功能，通过感光传感器，实现环境光照数据采集，调节led光源，达到设定的光照环境。

(3)该基于无线通讯的教室智能化照明系统，b-l400m控制面板的7种控制场景，通过对自定义物联网协议的定义规范，引入分组编号与设备类型字段，保证一种场景切换只需要下发一条命令，完成对整间教室不同类型灯具控制，实现不同类型的灯具作不同的状态变换；可通过云平台对6种场景任意配置。

(4)该基于无线通讯的教室智能化照明系统，具设备巡检功能，通过下发巡检命令或配置巡检时间，实现对系统中灯具设备巡检，确定设备是否正常运行，将检查的故障设备上报云平台，实现故障设备追踪维护。

(5)该基于无线通讯的教室智能化照明系统，b-l400j通信网关对rf433无线网络侦测，实时上报b-l400m控制面板等设备，控制教室灯具命令，实时追踪灯具状态。

(6)该基于无线通讯的教室智能化照明系统，b-l400j通信网关与云平台通信，以udp报文协议通信，减少了云平台服务器的压力；并加入心跳包机制，保证云平台对网关的在线状态做到实时检测。

(7)该基于无线通讯的教室智能化照明系统，利用自定义的物联网通信协议规范，实现对b-l400d无线调光终端、b-l400j通信网关、b-l400m控制面板等设备间组网通信，从而达到设备间数据交互，实现云端灯具监控管理。

附图说明

图1为本发明基于无线通讯的教室智能化照明系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种基于无线通讯的教室智能化照明系统，系统中设备包括led教室灯具、b-l400d无线调光终端、b-l400m控制面板、b-l400j通信网关、b-l400t现场调试模块；的led教室灯具的输入端与b-l400d无线调光终端的输出端电性链接，环境光照传感器的输入端与b-l400d无线调光终端的i2c通信接口电性链接,b-l400d无线调光终端的rf433通信端与rf433无线通信网络链接；b-l400m控制面板的输入端与7棵电容触摸按键的输出端电性链接，b-l400m控制面板的rf433通信端与rf433无线通信网络链接；b-l400t现场调试模块的rf433通信端与rf433无线通信网络链接；b-l400j通信网关的rf433通信端与rf433无线通信网络链接，b-l400j通信网关的以太网接口通过网线与路由器或交换机等设备链接，接入公网，实现与云平台链接。

进一步的，b-l400d无线调光终端，硬件包括供电处理模块采用sm7503p原边反馈电路方案，mcu控制模块采用stm32f103芯片，时间管理选用芯片内部rtc，1路继电器控制选用10khz时钟驱动方案，两路0-10v调光信号选用运放电路输出，rf433通信模块选用进口si4463芯片。

软件嵌入实时操作系统，做多任务处理，实现如下功能：

1)灯具开关渐变效果；

2)通过自定义物联网协议实现灯具任意调光或开关；

3)自主感光控制功能，配置设备设定光照值参数，通过与外部环境光照传感器采集数据比对，调节灯具亮暗，实现光照环境保持；

4)组网唯一编号，实现无线网络中设备定位控制；

5)配置参数flash存储；

6)mcu外设驱动；

进一步的，b-l400m控制面板，硬件包括供电处理模块采用sm7503p原边反馈电路方案，mcu控制模块采用stm32f103芯片，时间管理选用芯片内部rtc，rf433通信模块选用进口si4463芯片；

软件嵌入实时操作系统，做多任务处理，实现如下功能：

1)7棵按键对应7种灯具控制场景，7种场景中除开关场景不可配置，其他6种场景可任意配置；

2)通过自定义物联网协议，可对1种场景中不同类型的灯具设备做不同亮度或开关状态控制，实现如教室灯与黑板灯1键调节。

3)组网唯一编号，实现无线网络中设备定位控制；

4)配置参数flash存储；

5)mcu外设驱动

进一步的，b-l400j通信网关，硬件包括供电处理模块采用龙芯dc/dc处理芯片；mcu控制模块采用stm32f207芯片，时间管理选用芯片内部rtc；以太网通信选用外置phy管理，芯片内部mac控制；rf433通信模块选用进口si4463芯片；外置flash存储芯片；扩展rs485通信模块选用max487方案。

软件嵌入实时操作系统，做多任务处理，实现如下功能：

1)rf433通信协议与以太网的udp协议转换；

2)以太网通信植入lwip协议栈；

3)配置参数存储，挂载文件系统，采用json文件格式；

4)灯具设备巡检功能，定时对无线网络中灯具设备巡检，确定设备是否正常运行，将检查的故障设备上报云平台，实现故障设备记录维护。

5)在lwip网络协议栈基础上，对http协议扩展，实现文件上传网关功能，可远程或局域网内，上传配置文件，配置网关参数；

6)网关通过udp协议与云平台链接，定时上报心跳包，保证云平台对网关链接状态检测；

7)网关通过对rf433无线网络侦测，实时上报b-l400m控制面板，控制教室灯具命令，实现灯具状态追踪；

8)组网唯一编号，实现无线网络中设备定位控制；

进一步的，b-l400系统通信协议规范，参照gb26875消防物联网协议规范，自定义适合智能化照明的物联网协议规范，实现灯具物联网通信。

工作原理：该基于无线通讯的教室智能化照明系统，b-l400d无线调光终端接收来自b-l400m控制面板与b-l400j通信网关的命令，控制、输出调光信号，控制灯具开关或调光；b-l400j通信网关作为rf433协议与udp协议的转换器，转换来自云平台的控制命令与采集命令，下发给b-l400d无线调光终端、b-l400m控制面板，实现设备组网通信；b-l400d无线调光终端自动感光功能，终端采集环境光照传感器，获得当前环境的光照值，与终端内部保存的设定光照值参数对比，计算输出调光信号控制灯具亮暗，使当前光照环境保持在设定的光照值范围。

综上所述，该基于无线通讯的教室智能化照明系统，灯具通过b-l400d无线调光终端、b-l400j通信网关、b-l400m控制面板组成无线通信网络，可以实现远程单灯控制与多个灯具分组控制，实现灯具物联网。

该基于无线通讯的教室智能化照明系统，b-l400d无线调光终端自身具备感光控制功能，通过感光传感器，实现环境光照数据采集，调节led光源，达到设定的光照环境。

该基于无线通讯的教室智能化照明系统，b-l400m控制面板的7种控制场景，通过对自定义物联网协议的定义规范，引入分组编号与设备类型字段，保证一种场景切换只需要下发一条命令，完成对整间教室不同类型灯具控制，实现不同类型的灯具作不同的状态变换；7种场景中除开关场景不可配置，其他6种场景可通过云平台任意配置。

该基于无线通讯的教室智能化照明系统，具设备巡检功能，通过下发巡检命令或配置巡检时间，实现对系统中灯具设备巡检，确定设备是否正常运行，将检测的故障设备上报云平台，实现故障设备追踪维护。

该基于无线通讯的教室智能化照明系统，b-l400j通信网关对rf433无线网络侦测，实时上报b-l400m控制面板等设备，控制教室灯具命令，实时追踪灯具状态。

该基于无线通讯的教室智能化照明系统，b-l400j通信网关与云平台通信，以udp报文协议通信，减少了云平台服务器的压力；并加入心跳包机制，保证云平台对网关的在线状态做到实时监控。

该基于无线通讯的教室智能化照明系统，利用自定义的物联网通信协议规范，实现对b-l400d无线调光终端、b-l400j通信网关、b-l400m控制面板等设备间的组网通信，从而达到设备间数据交互，实现云端灯具监控管理。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。