Интеллектуальная система освещения с использованием беспроводной сети датчиков

В этой работе светодиодные лампы выбраны в качестве источника освещения для интеллектуальной системы управления освещением. Светодиодные лампы имеют преимущество в энергосбережении [6], [7] и способность к передаче тусклого света без мерцания, что выделяет их среди других вариантов для интеллектуальной системы освещения.

Светозависимый резистор (LDR) используется для обнаружения света, а пассивный инфракрасный (PIR) датчик используется для обнаружения присутствия человека. Датчики взаимосвязаны с маршрутизатором по радиоканалу ZigBee, чтобы сформировать узел для сбора данных. Собранные данные затем передаются по беспроводной связи на микроконтроллер, а он, в свою очередь, запрограммирован для управления условиями освещения.

ZigBee — это спецификация на основе IEEE 802.15.4 для набора высокоуровневых протоколов связи, используемых для создания персональных сетей с небольшими маломощными цифровыми радиостанциями [8]. Беспроводные радиоприемники ZigBee имеют низкое энергопотребление и дальность радиосвязи от 10 до 100 м в пределах прямой видимости. Это делает ZigBee идеальным для беспроводного управления и мониторинга приложений.

Как показано на рис. 1, общий дизайн состоит из двух основных частей. Во-первых, в здании устанавливается сеть датчиков, состоящая из нескольких узлов датчиков, для определения условий освещенности и присутствия человека. Каждый узел датчиков передает необходимую информацию в главный контроллер для обработки данных. Во-вторых, главный контроллер выполняет обработку данных и предпочтительных условий освещения, управляя светодиодами.

Главный контроллер

Данные с датчиков передаются в главный контроллер через модули ZigBee по беспроводной связи. В зависимости от полученных данных, контроллер Arduino запрограммирован на управление условиями освещения в здании. Сигналы ШИМ генерируются в Arduino для светодиодных диммеров и требуют настройки в соответствии с предпочтениями пользователя.

Главный контроллер запрограммирован на извлечение пакетов данных, полученных модулем ZigBee. Затем происходит извлечение серийных номеров из пакета данных для идентификации датчика. Как только датчик идентифицирован, датчик присутствия, цифровые данные и аналоговые данные резистора извлекаются из пакета данных и сохраняются в имена переменных соответственно.

Проверка состояния выполняется на основе полученных данных, а сигналы ШИМ генерируются через выходные контакты Arduino для настройки требуемых уровней освещения. Диапазон ШИМ — это десятичное число от 0 до 255, а диапазон рабочих циклов от 0% до 100%.

Результаты

Данные со светозависимых резисторов собираются из различных сценариев:

• -    нормальное состояние освещения;

• -    затененная область;

• -    когда резистор закрыт;

• -    когда свет падает на датчик на расстоянии 30 см.

Сбор данных проводился за 10 итераций для каждого сценария. Состояние внутреннего освещения регистрировалось 10 раз с 30-минутным интервалом. Из собранных данных можно получить данные со светозависимых резисторов из аналогового значения диапазона 0-1023, которое представляет диапазон напряжения 0-2,5 В на сенсорном узле.

Для различных рабочих циклов измерения напряжения проводятся в цепи светодиодного диммера при напряжении на затворе MOSFET и напряжении на светодиодной лампе, когда выход цепи диммера подключен к источнику питания 24 В. Потребляемая мощность светодиода при различных условиях затемнения рассчитывается с использованием измерения напряжения и тока.

Вывод

В этой статье показано, что интеллектуальная система освещения, оснащенная датчиками, возможностями беспроводной связи и системным контроллером, может быть запрограммирована для управления внутренним освещением в помещениях. Благодаря сбору данных с сенсорных узлов к главному контроллеру обмен данными происходит без помех. Цепь светодиодного диммера была протестирована на управляемость в рабочем цикле ШИМ и работоспособна для другого типа светодиодных ламп. Следовательно, микроконтроллер подходит для управления различными уровнями затемнения для условий внутреннего освещения. Кроме того, светодиодная система освещения с регулируемой яркостью, встроенная в интеллектуальное беспроводное сенсорное управление, способна обеспечить оптимальное энергосбережение.