智能教室系统架构研究

智能教室系统架构研究（精选八篇）

智能教室系统架构研究 篇1

1 目前我国高校教室照明资源的控制管理存在的问题

1.1我国高校师生的节能意识有待加强

目前我国的各大高校都在大规模地扩大招生, 为了满足教育教学的需求, 各高校加大了资金投入扩建教学场地, 这使教室内的照明灯具也同比例增加, 增大了高校教室灯光的耗电量, 导致高校的电能供应负担过重。与此同时, 我国高校师生的节能意识仍有待加强, 教室“长明灯”现象屡见不鲜, 往往上课结束后师生都离开课堂了但灯却一直亮着, 浪费了学校的照明资源, 不符合节能环保的可持续发展的要求。因此, 各大高校应该从节能的角度科学合理地规划建设, 不断加强学校师生的节能意识, 加强高校教室照明资源的管理。

1.2我国高校教室灯光的智能控制不完善

随着我国社会经济的不断发展, 现代自动化程度的不断提高, 高校教室灯光的控制管理也应朝着自动化、智能化方向发展。但是我国高校教室灯光的智能控制还不够科学完善, 仍采取的是传统的人工手动管理机制, 照明资源的浪费现象比较严重。各大高校教室的数量日益增多, 单凭人工管理是不切实际的, 人工管理具有一定的局限性和失误性, 对教室的灯光控制管理不可能做到面面俱到, 这样势必会造成高校照明资源的浪费, 不利于学校的良性发展。因此, 我国要不断完善高校教室灯光的智能控制系统, 不断更新管理技术, 提高照明资源的利用率, 以此推动高校教室灯光控制的自动化、智能化的发展。

2 高校教室灯光的智能控制系统设计的具体操作

2.1加强高校教室灯光的硬件设施管理, 提高教室灯光的用电效率

为坚持贯彻能源可持续发展战略, 我国启动了绿色照明工程, 使我国的能源产品结构逐步向节电型转变。我国高校教室照明资源的浪费现象比较严重, 为了加强我国高校教室灯光的硬件设施管理, 提高教室灯光的用电效率, 教室灯具应该实现从普通白炽灯到高效节能灯的转变。采用高效节能灯代替传统的低效照明灯是绿色节能最直接有效的手段, 不仅大大提高了高校教室灯光的用电效率, 而且大大提高了高校教育教学设施的先进性。通过大量装备节能灯具, 采用节能新技术, 有利于高校教育的人性化发展, 也有助于不断完善我国高校教室灯光的智能控制管理系统。

2.2加强高校教室灯光的软件设备管理, 提高灯光控制管理的智能化水平

灯光的智能控制系统是指对灯光进行自动化、智能化的控制与管理的系统, 它可以实现灯光的软启、调光、一键场景、一对一遥控及分区灯光全开全关等管理, 通过计算机操控来对灯光进行高级智能控制, 从而达到节能环保的功能。

随着我国社会经济的快速发展, 自动化、智能化的电子产品逐渐代替传统物质产品成为了人们生活的主流, 高校教室灯光的智能控制系统作为现代信息智能系统的一个重要分支, 具有高效节能、控制灵活、管理方便的优势, 是创建易控制、低成本的灯光智能控制系统的有效途径。加强高校教室灯光的软件设备管理, 提高灯光控制管理的智能化水平, 最主要的途径是利用先进电磁调压以及电子感应技术来改善照明电路中不平衡的负荷所带来的额外耗电量, 提高灯光设备的利用率, 优化教室灯光的照明控制系统。

2.3我国高校教室灯光的智能控制系统的总的设计要求

高校教室灯光的智能控制器主要是以单片机为控芯片, 实现整个灯光系统的控制功能。通过传感器来判断教室是否有人在;通过电阻感应器来判断教室的光线强度是否适宜;通过单片机的综合判断来实现开关灯以及灯光强弱的调节;最后通过这一系列的操作来完成对教室灯光智能化的掌控。灯光的智能控制系统如此设计符合高校教育教学的需求, 体现了高校教室灯光的智能控制系统人性化、自动化、智能化的设计意图。

随着我国社会经济的不断发展, 现代自动化程度的不断提高, 高校教室灯光的控制管理也应朝着自动化、智能化方向发展。高校教室灯光的智能控制系统设计实现了照明人性化、自动化和智能化的要求, 提高了高校照明资源的管理水平, 确保了高校用电质量;提高了照明资源的利用效率, 坚持贯彻了节约能源的可持续发展观的要求。因此, 各大高校必须坚持从实际出发, 采用灯光智能控制系统合理控制教室灯光的耗电量, 提高照明资源的利用率, 不断推动我国社会经济的可持续发展。

参考文献

[1]周瑶.高校教室灯光节能控制系统的设计[D].郑州大学, 2010.

[2]李彬彬.基于Zigbee的高校教室智能照明控制系统的研究[D].哈尔滨商业大学, 2012.

智能教室系统架构研究 篇2

[摘要]本文提出了一种基于CAN总线的教室灯光智能控制系统的设计方案，结合光线传感器和人体红外传感器设计了现场智能节点。能够有效地避免高等学校的教室内灯光长期处于开灯状态。该系统不仅能够在很大程度上节约了电能，还能为学校减轻经济负担；同时也将计算机技术和自动化技术运用到实际，，该系统具有结构简单，高可靠性，自动化程度高等特点，具有广阔的应用前景。

[关键词]CAN总线教室灯光智能控制组态技术节约能源

[中图分类号]TE08 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0014-02

CAN总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，具有高可靠性、成本低、配置灵活、数据传输速度快等优点，已经成为最为广泛流行的总线技术之一。

目前大部分高校教室的灯光控制都处于无人管理的状态，从早晨第一节课开始，教室的灯光就被打开，一直开到晚上管理人员进行巡查的时候，甚至在阳光充足的晴天也会一直处于打开的状态，这无形之中就浪费了许多电能，为学校造成了经济负担。本文提出了一种将CAN总线技术应用到教室灯光智能控制系统中的新技术，结合光敏传感器和人体红外传感器，对教室灯光进行了智能控制，在光照度大于一定阈值时，灯都处于关闭状态；当光照度小于一定阈值时，根据教室人员分布情况，有人的区域灯光被打开，无人区域灯光关闭。

1、基于CAN总线的教室灯光智能控制系统的基本原理

（图1）该系统由上位机、CAN适配器、各个节点组成。每个节点之间通过CAN，总线进行通信。上位机的作用是监视和控制。由灯光控制继电器和传感器以及相关电路构成的各个现场智能节点既是整个系统的执行元件，又是检测元件。

将教室分为A、B、C、D 4个区域，每个区域都安装有由光线传感器和人体红外传感器组成的现场控制节点。当教室内某个区域内有人，并且照度值低于3001X时，则打开对应区域的灯；当教室内某区域的照度值高于3001X时，不论该区域是否有人都不打开该区域的灯；当教室内某个区域没有人时，无论该区域照度值是多少都不打开该区域的灯，即光照下限值设定在300/X。但是从成本上考虑，本系统光探测模块采用的是光敏电阻，而光敏电阻在不同照度下的阻值有一定的离散性，在设计时精确地将阈值设置在3001X有很大难度，因此本设计采取模糊设置，尽量使阈值接近3001X。当出现紧急情况时，可以选择手动模式进行控制。

2 系统硬件设计

控制节点按照功能可以分为不同的类型，但是基本结构是大体相同的。控制节点的电路结构如图2所示。主要由处理器、CAN总线控制器和收发器构成。对于每个控制节点，首先是通过做处理器读取外部设备、传感器和处理人机接口的检测与控制信号，并对该信号进行局部控制调节，执行具体的计算及信息处理等应用功能；同时通过CAN总线控制与其他控制节点或者功能模块进行通信。

（图3）SAJ1000是一个独立的CAN控制器，它在汽车和普通的工业应用上有先进的特性。它将会替代PCA82C200，特别适合于电子模块、传感器、制动器的连接和通用工业应用中。SJA1000在软件和引脚上都是与它的前一款PCA82C200独立控制器兼容的。在此基础上增加了很多新的功能。为了实现软件兼容，SJA1000有两种不同的操作模式。

1）Basic CAN模式：好PCA82C200兼容模式，与PCA82C200独立CAN控制器引脚电气均兼容。

2）Peli CAN模式：是扩展特性操作的新模式，它能够处理所有的CAN2.OB定义的帧类型，而且还能够提供一些增强功能使SJA1000能够应用于更宽的领域。

82C250是CAN控制器和物理总线之间不可或缺的接口器件，也成为总线驱动器。PCA82C250是CAN控制器和物理总线之间的接口，能够提供向总线的差动发送能力和cAN控制器的差动接收能力，与ISO/DIS11898保准完全兼容82C250的功能框图如（图4）所示：

串行接口电路采用标准RS-232接口芯片MAX202，使用该接口可以使节点在无需网络连接的情况下也可以进行节点之间互连关系的上传和下载，同时也可以当作调试的接口。8位拨码开关用于设定节点的逻辑地址，各个节点就是根据这个逻辑点知进行相互识别。

3、系统软件设计

（图5）在系统初始化之后，程序循环查询传感器接口、串口和CAN接口。当检测到传感器有信号时，程序在打开相应区域的灯光同时也通过CAN总线向其他节点发送该传感器的信息。其余的控制节点一旦受到该信息就会根据控制方案，打开与该传感器相关联的其他区域的灯光。同时上位机检测界面也会显示该区域的灯光打开。

4、监控界面的建立

本文采用了北京昆仑通态的MCGS组态软件，建立的监控界面如（图6）：

界面上显示了教室的楼号和教室号和教室内的4个区域的灯光指示灯；同时也包括了教室内的光照强度和时间显示。手动开关是为了防止出现意外情况的时候灯光不能及时打开。搭配教室现有的视频监视设备，能够及时的观察到教室灯光的使用情况。

5 结束语

本文中设计的教室灯光智能控制系统，能够有效的防止教室灯光处于长期无人管理的局面，当光照强度达到一定上限值时，各个灯光继电器不动作，灯光处于关闭状态。能够有效地较少工作人员的工作量，并且提高了自动化水平。

参考文献

[1]最有效的照明节能方法及合理设计，中国节能行业网

[2]张艳雯，教室照明的经济分析及节能措施，岳阳师范学院学报（自然科学版），2001（2）

[5]许果，基于红外技术的安防系统设计[J]仪器仪表与检测技术，2010，29（4）：85-69

基于人工智能的CPS系统架构研究 篇3

关键词：人工智能,CPS,智能体,云计算

1 CPS的基本概念

信息物理融合系统(Cyber Physical System，简称CPS)是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统[1]。这种CPS系统小如心脏起搏器，大如覆盖地球的经纬线。它是一个智能的有自主行为的系统，不仅能够从环境中获取数据，进行数据融合，提取有效信息，并且根据系统规则通过效应器作用于环境[2]。

CPS可以定义为一个集计算系统、通信系统、感知系统和控制系统为一体的复杂系统，其目的是通过更广泛的联接，更透彻地认知物理世界，更有效地控制物理世界，使信息世界与物理世界紧密融合，实现对物理世界协同感知和控制。图一给出了一个典型CPS结构。

CPS由传感器节点、执行器节点、摄像头及控制终端分布在物理世界，实现对物理世界的直接感知，通过控制物理世界的对象正确地控制物理世界。计算进程要完成CPS的各种运算要求，提供各种服务。控制系统采用来自传感器网络的感知信息和计算进程提供的信息，确定对物理世界的控制策略，实施对物理世界的协同操作。

2 基于人工智能的CPS系统架构

人工智能的一个比较流行的定义，也是该领域较早的定义，是由约翰·麦卡锡(John McCarthy)在1956年的达特矛斯会议(Dartmouth Conference)上提出的：人工智能就是要让机器的行为看起来就像是人所表现出的智能行为一样[3,4,5]。基于人工智能的CPS系统，目的让整个系统实现“像人一样思考”、“像人一样行动”。模拟人工神经元方式构建CPS物理进程，使其拥有人的骨骼;应用人工神经网络等智能算法实现CPS的计算进程，使其拥有人的思维。

为了实现基于人工智能CPS系统构建智能建筑环境测控系统，如图二所示应用MAS实现人工神经元功能，能够通过多传感器网络感知环境，并借助执行器作用于该环境的任何事物。将感知信号用总线技术进行通信上传至云端，弹性云实现对应神经元的大脑反射区，大量广泛存储Agent工作所需要的条件信息、Agent工作的结果，各个Agent通过云来完成数据共享。

MAS(Mutil-Agent System)即多Agent系统，是分布式人工智能的拓展，是由多个Agent组成的一种分布式自主系统。MAS中的每个Agent拥有解决不同问题的不完全的信息和能力，不存在全局控制，数据是分散的，计算过程是异步的[6]。它的目标就是把一个复杂的系统建造成若干个易于管理的小系统。这些小的系统可以彼此相互通讯、相互协作，通过协作实现信息、知识等的共享，改善每个Agent的基本能力，然后逐渐完善、逐步实施，由此降低复杂系统组织的难度，使复杂系统变得易于实现。

所谓云计算，主要是针对大规模数据密集型工作负载，基于互联网，通过虚拟化方式来共享信息资源，是一种能够提供动态资源池、虚拟化、高可用性的新一代计算模式。而弹性计算云中的实例是一些真正在运行中的虚拟机服务器，每一个实例代表一个运行中的虚拟机[7,8,9]。

信息物理融合系统的设计，主要目的在于将建筑环境内各种物理信息进行分析、归类、处理、判断，采用模拟生物神经元连接模型,对各系统进行集中监控和管理，使各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致和高效、有序的状态下运行，创造出一个高效、舒适、安全的环境，从而达到智能建筑的高水平现代化管理和服务。

基于人工智能CPS系统构建智能建筑环境测控系统，目标有两个：第一，物理世界的特征状态通过网络化感知器传输至信息世界，使得信息世界能够准确地分析物理世界的状况。第二，信息世界的控制决策通过网络化控制系统和执行器协同实施，正确控制物理世界。如图三所示，把复杂系统建造成若干个易于管理的小系统，这些小系统可以互相通信，将信息通过总线上传至弹性云中Agent文件夹以及公共数据区实现知识信息的共享，并根据数据库中的专家经验校对，通过虚拟服务器反馈回Agent单元，由Agent来控制执行机构，实现智能建筑环境测控系统功能。

3 基于人工智能的CPS实现智能建筑环境测控系统

基于人工智能的CPS实现智能建筑环境测控系统，应用总线技术，实现多智能体结构与云计算中心形成“反射弧”。计算进程的输出命令自主传送到物理进程，对现场进行控制，并进行频繁检测控制效果，以确保控制品质。

以智能体(Agent)为中间件，如图四所示，利用传感器、摄像头等设备对建筑物室内环境进行实时的监测。目的是通过其更广泛地互通互联、更透彻地认知智能建筑物理环境、更有效地控制智能建筑物理环境。我们可以把CPS系统抽象为感、联、知、控四个步骤设计智能建筑室内环境测系统。输入检测信号：感觉(温度、湿度、压力);视觉(摄像头);嗅觉(煤气、尼古丁);听觉(噪音、蜂鸣器)。从而实现由一个嵌入式设备———计算机和网络来监测和控制物理世界进程的闭环系统。

4 人工智能算法实现

产生式系统(Production System)首先是由波斯特于1943年提出的产生式规则(Production Rule)而得名[10]。1965年，美国的纽厄尔和西蒙利用这个原理建立了一个人类的认知模型。笔者以智能建筑环境测控系统为应用背景，利用人工智能产生式系统建立一个信息物理融合系统的认知模型[11,12]。产生式系统由三部分组成，即总数据库、产生式规则和控制策略。各部分关系如图五所示：

在判断室内环境品质时，需要考虑到的主要因素包括温度、湿度、光照、可吸入颗粒物、TVOC等。根据人体感知舒适度的变化产生规则，规则存入总数据库，总数据库是产生式规则的中心，随着新规则变化而变化。控制策略将当前数据库与规则条件相匹配，如果完全匹配则触发规则，输出控制策略。

规则R1:IFtemperature drop

humidity low

smoke no

THEN output control(a)

R2:IF temperature high

humidity low

smoke above

THEN warning^output control(b)

这是两条关于建筑环境室内环境测控规则：R1规则规定室内温度低于18度(temperature drop)，湿度低于35%(humidity low)，无烟雾(smoke no)，那么输出控制方案A(output control(a));R2规则规定室内温度超过45度，湿度低于20%，烟雾浓度超标，输出报警信号和控制方案B。从而实现基于人工智能CPS系统构建智能建筑环境测控系统，能够通过多传感器网络感知环境，感知信号触发弹性云(总数据库)反射区相应的测控规则，借助执行器作用于环境。

5 结束语

近几年，CPS被作为一个新的研究领域，但研究工作仍然仅触及CPS的少数方面，研究成果较少。基于人工智能的CPS构建的智能建筑环境测控系统，不是信息系统与物理系统的简单结合,而是全方位的深度融合。从某种意义上讲,CPS将是继Internet之后的又一场技术革命，因此对CPS的研究具有重要的学术意义和应用价值。

参考文献

[1]何积丰.Cyber-physical Systems[J].中国计算机学会通讯,2010,6(01).

[2]马斌,李楠楠,王永会,等.基于人工神经元方式构建的信息物理融合系统[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2012,28(02).

[3]Krishnaswamy C,Erika W,Gilbert,et al.Neural Network Applications in Finance:A Practical Introduction[J].Financial Practice and Education,2000,(05).

[4]Jiang Yulei.Uncertainty in the output of artificial neural networks[C].New York:IEEE International Conference on Neural Networks.2007.

[5]Pecas J A.Integration of dispersed generation distribution networks-impact studies[C].New York:IEEE Power Engineering Society Winter Meeting.2002.

[6]Ma Longhua,Yao Jun,Xu Ming,Yuan Tengkai.Net-in-Net:Interaction Modeling for Smart Community Cyber-Physical System[C].Croatia:UIC-ATC2010.

[7]何积丰.Cyber-physical Systems[J].中国计算机学会通讯,2010,6(01).

[8]师黎.智能控制理论及应用[M].北京:清华大学出版社,2009.

[9]Sveda.Miroslav.An embedded application regarded as a Cyber-Physical System[C].New York:IEEE Computer Society,2010.

[10]Menozzi G.Eurimus approved19projects for a total amount of Euro89million[J].MST news,2000,(02).

[11]张青贵.人工神经网络导论[M].北京:中国水利水电出版社,2004.

智能教室系统架构研究 篇4

智能电网是将先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。作为智能电网系统中的支撑和保障系统, 电力通信网不但承担着电力行业的生产指挥和调度, 同时也为电力行业的组织管理和自动化通信提供服务。

智能电网的建设, 必须结合我国的电力通信的发展现状, 做出合理的通信网络建设方案。在我国电力行业的不断发展过程中, 国家电网公司的电力通信专网已经初具规模, 其中基于MSTP/SDH传输技术的传输网已经发展成熟, 也积累了大量的建网和技术经验, 其应用规模已经基本上覆盖了各级变电站的光纤骨干网, 据统计, 我国电力专网的光纤通信覆盖了9 5%以上的1 1 0/1 0 k V变电站和7 5%以上的35/10k V变电站, 35k V及其以上电压等级的配电网通信传输介质已基本实现光纤化, 10k V及以下电压等级的配电网通信问题还有很多, 成为制约我国电力通信系统发展的瓶颈。

伴随着光接入网技术的不断发展, 无源光网络技术取得了新的突破。从全球范围来看, PON技术在整个通信行业的建设中呈现出逐年增长的趋势。由PON来主导接入网市场已经成为不可逆转的趋势。PON技术的不断成熟, 使得PON技术在电力通信中的应用也进一步成熟, 对解决我国智能电网建设中的瓶颈问题提供了一个新的突破点。

1 智能电网通信系统及PON网络

1.1 智能电网通信系统

智能电网的发展需要通信系统的可靠性保证。在目前的电力通信系统中需要实现语音、数据和视频图像业务的融合, 同时智能电网的运行需要通信系统的实时性和不间断性的保证。

智能电网对通信系统的性能提出了极高的要求。智能电网对信息通信通道的时延要求是:变电站内部小于1ms, 其他小于500ms;同步时间偏差小于1ms。同时根据IBM对带宽需求的预测, 每个先进的变电站需0.2~1.0Mbit/s带宽, 连续抄表每百万先进的电表需1.85~2.0M bit/s带宽, 每万个智能传感器需0.5~4.75Gbit/s带宽。高质量的通信性能都需要先进的通信技术的支持, 鉴于实现智能电网的技术大多已经应用于其它行业的通信系统, 所以需要将这些先进的技术应用到智能电网的建设中。

面对智能电网对通信系统的性能要求, 结合我国电力通信网络发展现状, 目前的接入技术已经不能满足智能电网对通信性能的要求, 在这种需求下, PON网络以其高带宽和组网的灵活性, 使其应用于智能电网通信系统的建设已经成为一种趋势。

1.2 PON系统

PON系统采用点到多点, 无源光纤传输方式的网络拓扑结构。PON系统有由分配网络 (ODN) 、光线路终端 (OLT) 、光网络单元 (ONU) 组成, 在下行方向由ODN将OLT的光信号分到各个ONU, 在上行方向采用点到点的通信方式。

OLT是一个多业务提供平台, 同时支持IP业务和传统的TDM业务。放置在城域网边缘或社区接入网出口, 收敛接入业务并分别传递到IP网。OLT除了提供业务汇聚的功能外, 还是集中网络管理平台。在OLT上可以实现基于设备的网元管理和基于业务的安全管理和配置管理。不仅可以监测、管理设备及端口, 还可以进行业务开通和用户状态监测, 而且还能够针对不同用户的Qo S/SLA要求进行带宽分配。

ONU (光网络单元) 是PON系统的用户侧设备, 通过PON (无源光纤网络) 用于终结从OLT (光线路终端) 传送来的业务。与OLT配合, ONU可向相连的用户提供各种宽带服务。

ODN的作用是为OLT和ONU之间提供光传输通道。

1.3 PON技术优势

PON是一种点到多点的系统, 其中多个用户共享干线系统, 即多个用户共享同一套设备、同一条光缆和同一个分光器, 所以成本低;同时, PON技术能够提供透明宽带的传送能力, 因此PON接入网具有广阔的应用前景, PON的技术优势具体表现在以下3方面。

(1) 组网灵活。由于PON系统组网采用无源光分路器, 光方向的增加非常方便和廉价, 可组建复杂的混合型网络。根据网络节点的实际地理位置灵活联网或改变网络拓扑结构。

随着电力配网自动化建设规模的逐步扩大, 无源光网络技术将在具体应用中逐步完善产品形态, 必将成为配网自动化建设的主流光通信技术。

(2) 建设和维护成本低。点对多点技术构建的网络, 同样的网络拓扑结构, 采用的光口数量和光纤对数少于点对点技术构建的网络, 且改变或增减节点不影响其他节点, 点对多点的结构有利于集中网管, 明显降低建设和维护网络的成本。

(3) 网络可靠性高。由于光分路器结构简单且无源工作, 节点可靠性大幅度提高。无源光网络中各个ONU之间都是相互隔离的, 单个ONU的故障不影响其他ONU的正常工作, 所以网络能够抵抗多点故障, 显著增加了网络的可靠性

这一切优势都使得PON技术应用于智能电网通信系统的建设成为可能, 具有可操作性。

1.4 PON常用组网方式

由于PON系统的可扩展性和经济节约性, 其常用的网络拓扑结构为树型和总线型。

(1) 树状结构。是光纤接入网中常见的结构, 其分光器实现点与多点的分合功能, 如图1所示。

(2) 总线型。可以看成是一个特殊的树型结构, 其优点是使用的光纤最少而且部署灵活, 容易增加新的ONU节点, 其结构如图2所示。

2 网络架构可靠性分析

网络安全高效的运行, 需要网络构架及网络设备可靠性的支持。网络可靠性主要是指当设备或网络出现故障时, 网络提供服务的不间断性的指标。PON网络的组网方式灵活多变, 可以为不同的网络需求提供不同的组网方式, 为网络的可靠性提供了保障。

2.1 网络架构系统的可靠性

系统的可靠性对于整个支撑网络的可靠运行起着至关重要的作用, 定义PON网络系统的可靠性为:OLT、POS、主干光纤同时正常运行时不间断的性能指标。为便于比较, 采用系统的不可用性来衡量系统的可靠性指标。

2.2 网络业务的可靠性

用户体验对于网路业务的可靠性比较敏感, 在网络架构系统的可靠性提供保证的情况下, 定义PON网络业务的可用性为:O L T、POS、主干光纤、分支光纤、ONU均正常运行的情况下, 用户获得的网络体验性能。采用业务的不可用性来衡量网络业务的可靠性。

2.3 保护网络架构

PON网络的组网方式灵活, 除了以上提出的常用组网方式外, 为了提高系统的可靠性, PON还提供以下几种常用的网络保护模型, 常用PON网络保护构架如图3所示。考察的对象主要是组网架构及下面所提供的保护架构, 为网络的合理建设提供可靠性的理论保障。

2.4 保护架构可靠性计算

通过对不同网路架构及保护架构的描述, 其评价方法如下:在此采用设备的故障率作为不同网络架构可靠性计算的基础, 一般性计算规律如下所示。

设:U为某设备的不可用性、MTTR (Mean Time To Restoration) 平均恢复时间、故障率R, 其中FIT=R×10h/ (365天/年×小时/天) , U=FIT×MTTR/10/h

根据PON设备的故障率来计算系统及业务的不可用性, 从而来衡量网络的可靠性。其中, 故障率就是单位时间内出现的失效次数, 即失效速率。从一定意义上讲失效率是时间的函数。但是对于大量电子元件组成的电子设备来说, 经过一段老化以后, 失效率是一个常数, 从理论上可得到证明。 (常用FIT (Failure-InTime) =10h或%/h为单位) , PON设备的故障率如表1所示。

其中:Trank代表主干光缆、Tranch代表分支光缆、POS代表分光器、OLT_tx代表OLT的发送机、OLT_rx代表OLT的接收机、ONU_rx代表ONU的接收机、ONU_tx代表ONU的发送机。

系统的不可用性计算方法为:

根据公式对各个网络模型计算结果如表2所示。

通过对系统的不可用性计算可知:在常见的各种网络架构中, 总线型和无保护树型网络架构在一年当中的故障时间比较多, 由于没有引入对各种网络的保护所以引起故障率增大, 这降低了PON系统的可靠性;相反的对于不同的保护架构, 分支保护的故障率最高, 其实质相当于在系统中没有提供保护, 造成系统故障率偏高, 而其它几种常见的网络保护架构在故障率方面性能相似, 在一年中的故障率基本可以忽略, 其选择主要依赖于建网成本的需求。

系统业务的不可用性计算方法为:

根据公式对各个网络模型计算结果如表3所示。

通过对系统业务的不可用性分析可知:在常见的网络架构中, 总线型和无保护树型网络在一年当中的故障时间比较多, 由于只是普通的网络建设而没有对网络采取保护措施, 都造成了网络故障率增大而降低了PON系统中业务的可靠性;而对于采用了保护架构的网络模型, 主干保护和分支保护架构中业务的不可利用性比较高, 这都会对网络业务的可靠性提出考验, 而“树”保护网络模型、总线保护网络模型、环状保护网络模型由于采用了“全”保护而致使网络业务的不可用性降到了一个比较低的水平, 这对于提供用户体验及网络的大面积建设具有积极的作用。

3 结语

作为关系到国家建设的基础性行业, 对安全性的要求使得电力行业对网络架构及业务的不间断性提出了新的要求。随着国家智能电网建设的规模进一步加大, 对通信系统的要求会越来越高, 新的通信技术的出现应该为智能电网的发展提供新的方案。通过对目前主流的接入网PON技术及其组网架构的可靠性研究, 为智能电网通信系统的建设提供一个具有实际意义的参考值, 网络构架的建设必须针对不同的网络需求提供最合理的网络构架模式, 同时也为我国智能电网的建设打下坚强的基础。

摘要：智能电网是一种以电力系统为服务对象, 结合控制技术、信息技术和管理技术, 实现从输电再到配电到用户, 所有环节的智能管理。智能电网的安全运行在一定程度上取决于通信系统的可靠性。阐述了智能电网对通信系统的要求, 分析了目前最具发展潜力的PON技术在智能电网通信系统中运用的必要性, 重点对PON (Passive Optical Network) 系统的网络架构及保护架构下, 系统的可靠性及业务的可靠性进行分析, 为智能电网的安全运行提供了可靠的通信保证。

智能物流系统架构与解决方案 篇5

关于智能物流,现在有各种定义,但具有普遍意义的定义是指借助现在信息技术手段,如射频技术(Radio frequency IDentification,RFID)、全球卫星定位系统(Global positioning system,GPS)、通用无线分组业务(General packet radio service,GPRS)、地理信息系统(Geographic information system,GIS)、条码技术(Bar code,BC)、无线传感技术、网络技术等,将物流活动过程中的作业环节、作业过程、附属管理等进行集成,使系统具有学习,推理判断和自行解决物流中某些问题的能力。目前,很多先进的现代物流系统已经具备了信息化、数字化网络化、集成化、智能化、柔性化、敏捷化、可视化、自动化等先进技术特征。很多物流系统和网络也采用了最新的红外、激光、无线、编码、认址、自动识别、定位、无接触供电、光纤、数据库、传感器、RFID、卫星定位等高新技术,这种集光、机、电、信息等技术于一体的新技术在物流系统的集成应用就是物联网技术在物流业应用的体现[1]。

智慧物流理念的提出,顺应历史潮流,也符合现代物流业发展的自动化、网络化、可视化、实时话、跟踪与智能控制的发展新趋势,符合物联网发展的趋势。

1构建智能物流系统的必要性

信息化是企业生存与发展的先决条件,是通过竞争或的核心竞争能力的必要手段,各个国家都把信息化建设作为国家战略进行宏观调控和部署,从而引发一场全球性的信息革命。

1998年1月31日美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心,做了题为《数字地球:展望21世纪我们这颗星球》的演讲,首次提出了“数字地球”的概念。20世纪,克林顿政府提出“信息高速公路”的国家振兴战略,大力发展互联网,推动了全球信息产业的革命。21世纪,奥巴马当局采用了IBM提出的“智慧地球”的发展战略,其核心思想是“无处不在的智能对象,被无处不达的网络与人连接在一起,再被无所不能的超级计算机调度和控制”。2009年7月7日,温家宝总理提出了“感知中国”的发展战略,并在同年11月3日的《让科技引领中国可持续发展》讲话中再次重申,信息网络产业是世界经济复苏的重要驱动力,并且强调要加快物联网的研究与应用[2]。

作为信息技术应用领域的一个重要方面,物流管理信息化刻不容缓。2011年,中国的物流成本占GDP的18%,创造了5.4万亿的GDP。但是,这5.4万亿的GDP增值,并没有实质性地改变人们的生活水平,更多的是在运输、仓储、配送、信息的获取与使用上消耗掉了。与英国的8.5%、美国的8.3%,以及日本的8.7%相比,中国的物流成本18.1%,远远高于发达国家。这凸显了我国的物流信息技术落后,物流管理水平低下,与世界物流的管理水平相距甚远。

同时,各种信息技术不断涌现和发展,自动识别技术RFID从芯片的研制、到接收设备的低成本化都取得了长足的进步,数据传输的标准化也引起全球广泛的关注,正在向标准化化、系列化方向发展。条码技术已经是成熟的技术,得到普及和广泛应用。GPS、GIS技术也都十分成熟,对构建智能物流系统奠定了技术基础。

另据报道,预计到2015年,中国智能物流核心技术将形成的产业规模达2 000亿元。据悉,智能物流“十二五”规划即将出台,智能物流是根据自身的实际水平和客户需求对智能物流信息化进行定位,是国际未来物流信息化发展的方向。

《中国物联网“十二五”发展规划》指出,今后,物联网的发展将主要集中在智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗与智能家居九大领域。其中,智能物流领域将主要涉及建设库存监控、配送管理、安全追溯等现代流通应用系统,建设跨区域、行业、部门的物流公共服务平台,实现电子商务与物流配送一体化管理。智能交通将建设交通状态感知与交换、交通诱导与智能化管控、车辆定位与调度、车辆远程监测与服务、车路协同控制,建设开放的综合智能交通平台[3]。

由此可见,构建智能化的物流系统,是势在必行的,也是时代对物流产业发展的要求。

2智能物流系统的物理架构

智能物流系统是对传统物流系统的改良,是对传统信息平台的更新换代,在技术定位上,采用云计算、物联网、3网融合等新一代技术,打造的智慧物流体系的物流平台。

2.1智能物流系统架构设计

以货物追踪系统为例,其物流系统架构如图1所示。

2.2 智能物流系统的组成

该系统能够完成商品的进出库、货物配送、货物跟踪、客户关系管理等功能,涉及到物流、信息流和资金流,能够实现快速、方便、经济、安全的系统运行目标。通过与各种信息技术相配合,形成智能物流系统网络,对货物的流动进行跟踪,实现对货物在整个流动过程中的实时监控[4]。

2.2.1 RFID的识读系统

系统由电子标签、天线、远距离识读设备、数据交换系统组成。硬件系统设置在货物通行的地方,当货物通过时,识读设备接收货物电子标签发出的信号,对货物电子标签和数据交换系统进行更新和改写。

系统构建时要考虑的是RFID标签的标准化问题,不同的厂商生产的RFID标签都有自己的标准,目前RFID的标准有5个集团控制,分别是ISO标准体系、EPCGlobal标准体系和Ubiquitous ID标准体系、AMl标准体系和lP-X标准体系。而RFID不像条码,虽有共同的频率,但厂商在生产时还是可以自行改变的。因此,在选择标签时要充分考虑与识读设备衔接的问题。

2.2.2 RFID、GPS、GIS货物跟踪系统

系统由RFID、GPS、GIS和监控系统组成。GPS能够对在途货物进行定位,GIS通过遥感技术实现对路径的规划,并将数据传输至监控系统,对在途货物实现实时跟踪定位。3种技术结合构建智能交通物流网络的原理是:GIS能够将识读器获得的道路标签的编码信息进行处理,与电子地图信息库中的具体位置点对照,实现物理位置和电子地图上的显示点之间的对应;GPS在卫星能够覆盖的地区定位简单、经济实惠,可以实现对大多数路面的定位,但是在卫星的盲区,如高楼密集区、立交桥、高架桥、大型地下停车场等区域可以采用RFID进行定位,在这些地区先进行道路标签的铺设。实现的方法就是将车载终端进行简单改造,将GPS终端和阅读器集成在一起,实现城市道路交通的全程全目标监控。

系统构建时要考虑在公共交通繁忙和重要的网络中,能不能进行射频标签的铺设,这应该是政府行为,并且具有导向性,不可能单独由交管部门和道路使用部门完成。

2.2.3 仓储管理系统

仓储管理系统负责货物的出入库、货物盘点、供应商管理库存、货区、货位管理以及订单管理。在此部分使用到的硬件技术有RFID、条码、无线传感、立体仓库、AGV等,软件技术有仓储管理信息系统、订货系统、POS系统等。系统应具备如下功能:

订单管理:通过订单管理系统对客户订单进行收集、整理、分类,下到出入库管理人员手中;

入库管理:对入库货物的名称、种类、等级、时间、存放位置、来源地等信息进行登记,然后贴条码、在RFID标签写入相关信息,入库;

出库管理:对出库货物的名称、数量、种类、货位、时间进行系统登记,系统具备审核功能,如果发现问题,会及时报警,提示管理人员进行复核;

库存管理:对在库货物进行盘点,与供应商进行数据共享,使供应商管理库存,对货位进行整理;

查询与统计:对物品出入库状态、进销存账目、货位利用情况进行审核、查询与统计;

仓储数据交换:与各分销中心或总部进行网上数据传输。

同时,仓储管理系统还要具有客户服务功能,市场协调功能和关联单位的业务协同功能。

3 智能物流系统解决方案与应用

3.1 解决方案

以仓储监控为例,智能物流系统依靠比较成熟的RFID技术,采用远距离识别方式,利用网络信息技术对进出库及在库商品进行智能化、信息化管理,实现自动记录货品出入库信息、智能盘点、记录及发布货品的状态信息等功能、车辆配载、卸货盘点等功能。其活动过程如图2所示。

从图中可以看出,系统集成了RFID技术、无线通信技术、网络技术及计算机技术。硬件部分有各种阅读器、天线、无限阅读器、电子标签等。阅读器接收通过天线传递的电子标签信息,然后通过局域网将其传到信息管理系统里,对数据库数据进行处理。

系统正常工作的前提是仓库的自动识别系统能够有效地识读物品电子标签,并对电子标签内存储的数据安全识读,保证信息的准确性。因此系统在构建时,要充分考虑标签与通信系统的标准化问题,考虑信息加密技术的可行性问题。还要考虑和GPS、BC等系统的配合问题。

3.2 应用实例

3.2.1 仓储系统的全面规划

某冷库采用了基于RFID技术的智能物流系统后,取得了明显的效果,如图3所示[5]。

3.2.2 运输系统的智能调度

沃尔玛作为零售行业的龙头企业,拥有全美最大的送货车队,有近30000多个大型集装箱挂车、6000多辆大型货运卡车,24小时昼夜不停地工作。车辆全部安装了GPS卫星定位系统,调度中心可实时掌握车辆及货物的情况,车辆在什么地方、离商店还有多远、还有多长时间能运到商店,管控中心都能实时掌握。沃尔玛通常为每家分店的送货频率是每天1次,做到始终能够及时补货,所以领先于竞争对手。一般来说,物流成本占整个销售额的10%左右,有些食品行业甚至达到20%或者30%。但是采用智能物流系统调度后,沃尔玛的配送成本仅占其销售额的2%。如此灵活高效的物流调度,使得沃尔玛在激烈的零售业竞争中能够始终保持领先优势。

3.2.3 零售物品的实时跟踪

识别系统是实现智能配送的重要手段,被用来监控物流作业流程中的各阶段,借助电子识别系统,使配送中的物资可被跟踪、监控,国外的综合物流公司已建立全程跟踪查询系统,为用户提供货物的全程实时跟踪查询。比如,美国联邦快递公司FedEx 所提供准时送达服务(Just in time delivery,JIT-D)。FedEx每天要处理全球211个国家的近2 500 000件包裹,其利用互联网的InterNetShip物流实时跟踪系统[6,7],准时送达率达到了99%。

在零售商店里,可以在商品上贴上条码,同时,商家将商品的广告发布在网上,顾客从网上将信息下载到手机里,然后在商店导购员的指引下,找到商品,直接用手机扫描商品的条码,然后到旁边的自动收款机前用手机结账,轻松完成购物。这可以大大减少导购人员的数量,减少收银员数量,将由此节约的成本转移给消费者,可以提高企业的竞争能力。

商品上的RFID标签,可以对商品的来源、生产以及销售整个过程进行监控,可口可乐、IBM等90多家世界顶级供应商和联邦包裹快递(UPS)等物流公司在这里已经一起联合开发测试了3年,提供了1个“未来智能物流”的样本,用机器人来代替人识别商品,射频识别技术能让商品自主发射信号,在结合强大数据库和后台软件系统,智能物流的框架就实现了[6]。

4 智能物流面临的问题

智能物流的应用前景十分广阔,但是,智能物流要依赖于多种信息技术,每种技术的不足都会影响智能物流的整体效果。又因智能物流是伴随各种信息技术发展而发展的,相应的发展环境还没有建立起来,所以智能物流的发展必然会面临各种各样的问题。

4.1 物流公共信息服务平台发展滞后

智能物流要通过物流公共信息服务平台才能发挥作用,目前的物流公共信息服务平台种类繁多,但功能单一,地域性明显,只能完成物流的某个环节的工作,难以实现对物流资源的优化。国家层面的公共服务平台还没有完全建立起来,虽然政府一直在倡导要实现对物流资源的整体规划和利用,在提升专业化水平的同时,加强横向联合,实现资源利用的最大化,但真正能承担起如此重要的物流使命的平台还在摸索和建设中。这就限制了智能物流通过集成化发展,发挥技术优势的能力。

4.2 使用和维护成本过高

作为服务业的重要组成部分,成本是智能物流长足发展的最大瓶颈。一些零售商提出智能物流,直接原因是要降低不断增加的物流成本。一般来说,物流成本占整个商品价格的10%左右,有些食品行业甚至达到了20%或者30%,但是采用智能物流系统调度后,配送成本有可能降到商品价格的5%以内。

而当前智能物流中使用的RFID标签,要实现远距离扫描,每个成本仍要1美元或更多,1个解读器成本大约为1000美元甚至更多,而要实现智能物流的应用成本,还包括接收设备、系统集成、计算机通讯、资料处理平台等综合系统的建设等。这对利润不高的物流产业而言,是相当沉重的负担。业界预计,卷标成本至少要降低到5美分左右,才可能看到大范围的应用。

4.3 标准不完善

智能物流使用多种信息技术,每种信息技术都有自己的国际标准、国家标准、行业标准,甚至是开发商或生产商自己的标准,出于保护知识产权或竞争的目的,生产商往往在政策允许的范围内,生产对自己最有利的商品,而不是社会效益最大化的商品。而智能物流的施行还涉及到与系统集成商、通讯服务商、网络供应商的配合,涉及到跨行业的互联互通和信息共享,如果标准不统一,智能物流就难发挥自己的技术优势。

中国直到2010年才成为国际标准组织(ISO)传感器网络标准工作组(WG7)的主导国之一,参与各种国际信息标准的制定,国内标准制定工作也发展缓慢,这都成为智能物流的主要推动障碍。

目前,中国正在按照《物联网十二五发展规划》的目标的要求,争取在2015年完成200项以上国家与行业标准,这对智能物流的推动帮助不小,但如果无法如期完成,也会形成重大阻碍[7]。

5 结束语

智能物流是物流产业发展的重要方向之一,随着各种技术的不断成熟和进步,智能物流的作用会越来越大,将承担更多的社会使命。

智能物流系统将突破传统物流信息系统瓶颈,从生产运作过程中产生的海量数据中,提取有效信息,从而提供立体化的、多视角的、有渗透力的数据,有效提供具有强预测性、满足多需求、挖掘潜在信息的决策数据。

智能物流系统综合运用RFID技术、无线通信技术、GPS技术、GIS技术、数据处理技术等相关技术和理论,在高度耦合的环境中对收集的信息进行综合处理和分析,建立高效、准确、实时的物流控制管理系统。

参考文献

[1]RFID中国网.智慧物流―智能化依靠新技术[EB/OL].http://info.10000link.com/newsdetail.aspx?doc=610212489,[2011-11-03].

[2]王志良.物联网现在与未来[M].北京:机械工业出版社,2010:4-8.

[3]中国工业和信息化部.《物联网“十二五”发展规划》[EB/OL].http://www.cesi.ac.cn/cesi/fuwu/hangyedongtai/2012/0215/9364.html,[2012-02-15].

[4]叶年发,沈海燕,冯云梅.基于RFID及智能优化的物流配送方法和技术的研究[J].交通运输系统工程与信息,2008(2):58-60.

[5]中国一卡通网.RFID智能仓储管理系统[EB/OL].http://www.sz-rfid.com/,[2011-10-21].

[6]中国物流与采购网.聚焦物流顽症:智能物流有多远?[EB/OL].http://articles.e-works.net.cn/SCM/Arti-cle88169.htm,[2011-06-24].

基于物联网的教室灯光智能调节系统 篇6

物联网在今天得到了飞速的发展和应用, 它被视为是未来智慧城市的重要基础和关键技术。我国政府也正积极推广物联网和智慧城市的应用和发展。为了能更好地为学生提供良好的学习环境, 基于物联网的灯光智能调节系统正被逐渐地引入我国学校教室里。使用这种灯光智能调节系统, 教室内的灯光强度将有别于传统灯光设备的固定灯光强度, 而是根据当前室内教学环境对灯光的不同需求, 结合对室外光源或教室环境改变的感知, 自动地调节室内光源的强度, 以达到期望的光照条件。这一方面保护了学生的视力健康, 一方面节约了能源。这也正是我们研发该系统的根本原因。

在接下来的文章中, 我们将详细介绍基于物联网的灯光智能调节系统的基本原理、组成模块和组成结构。

2 基于物联网的教室灯光智能调节系统

2.1 基本原理

光照强度 (illumination) 的定义是单位面积上所接受可见光的光通量, 其单位为勒克斯 (Lux=lm/m2) 。当物体被光均匀照射的时候, 在1 平方米面积上所得的光通量是1 流明 (lm) 时, 该物体的照度是1 勒克斯。如果设面元d S上的光通量为, 则此面元上的照度E可以通过计算得到。对于我们所感兴趣的教室环境, 其平均照度Eav的计算公式为:

其中为光源总光通量, CU为利用系数, 一般室内取0.4, MF为维护系数, 一般取0.7~0.8, S为目标面积。例如, 室内照明场景, 5m×6m的房间, 使用3×36W的灯具12套, 则平均照度可以计算为Eav= (2500×3×12) ×0.4×0.8÷ (5×6) =960Lux, 即平均照度不足1000Lux。

因为室外的阳光或者室外的光源会透过教室的窗户为教室内提供部分的光照, 所以教室内的光照强度由两部分组成:室外光对室内的光照强度Eout和室内光源对室内的光照强度Ein。于是, 教室的平均光强又可以写成:

其中Ein可以由公式 (1) 计算得到。因为室内的光照强度需要保持在一个稳定值附近, 而室外提供的光照强度Eout会随时间、天气和环境等因素变化, 所以Ein的值也需要随之改变以使得总的光照强度Eav保持稳定。为了实现教室内灯光的智能调节, 我们引入物联网技术, 设计了这套基于物联网的教室灯光智能调节系统。

该系统主要由以下几个模块组成:室内光强感知模块、模式选择模块、红外探测模块、智能控制模块、亮度可调灯光模块、通信模块。下面的章节将逐个介绍每个模块的功能及设计。

2.2 室内光强感知模块

该模块由照度仪和通信模块构成。我们的系统初步计划采用成熟的照度仪产品, 如台湾泰仕TES-1332A照度仪。它提供接口, 可以将采集的测试结果输出到通信模块中, 再由无线通信模块传输结果到智能控制模块。

事实上, 由于灯光设备布置的问题, 以及外部光源对教室不同位置光强的影响不同, 可能造成室内的光强分布并不均匀。这就要求多个 (至少两个) 照度仪被布置在教室的不同位置, 比如黑板、教室中央、教室边缘等。所有照度仪的数据采集结果每15 分钟被传输一次到控制模块, 采集结果被记录为Eav1, Eav2, ……对于系统当前的灯光强度要求, 灯光智能调节系统能控制室内光源的强弱变化, 以使得更新后的Eav1, Eav2, ……值均保持在当前照度标准值的+/-3% 以内。

随着系统的进一步发展, 我们计划采用简单的光强传感器来代替成品的照度仪, 这样可以大大地节约系统的成本, 当然代价是光照强度的采集精度下降。然而, 只要光照强度的采集精度仍然控制在有效的范围内, 系统则依然可以正常工作。

2.3 模式选择模块

事实上, 教室里对灯光亮度的要求并不是一成不变的, 比如在使用投影仪的时候, 就需要降低室内的灯光亮度。于是我们的智能灯光调节系统专门针对教室不同的使用情形设定了不同的模式, 不同模式对光照强度的要求不一样, 而不同模式之间的切换由模式选择模块完成。

目前, 我们的系统打算使用按键控制不同模式的切换, 不同模式的按键被按下的时候, 智能控制模块的平均光强的阈值设置被更改为表1 中对应的照度标准值。在未来, 我们计划进一步开发智能编程的模块选择模块, 这样用户可以根据自己的实际需要, 添加和修改灯光模式和它们对应的照度标准值。

2.4 红外探测模块

在教室的黑板右上角设置一个红外探测传感器, 其作用是为了探测教室内有无活动。因为当教室中没有人后, 从节电的角度出发, 我们的系统需要智能地检测出教室中没有学生的状态, 并自动地关闭教室光源。当教室中没有物体移动超过15 分钟, 红外探测模块会向智能控制模块发送关闭灯光的指令。当教室中有物体移动时, 该模块会向控制模块发送开启灯光的指令。

2.5 智能控制模块

该模块是整个系统的核心模块, 因为它负责接收室内光强感知模块采集并发送过来的光强数据, 并根据当前的光强大小和目标的光强大小, 计算出室内灯光光强需要调整的方向和幅度, 然后将控制指令发送到亮度可调灯光模块以调整灯光强度。同时, 该模块要相应来自模式选择模块的模式设置指令, 根据不同的接收指令, 更新当前室内光强的阈值标准。当智能控制模块接收到来自红外探测模块的关闭灯光指令时, 它会发送控制命令到灯光模块以关闭灯光。同样, 如果控制模块收到红外探测模块开启灯光的指令, 它会根据当前的灯光状态决定是维持灯光还是开启灯光。

2.5 亮度可调灯光模块

采用市面上成熟的光强可调节LED照明模块。基本原理为根据不同的光强要求, 实现LED等两端的电压控制, 以达到调整光强的目的。亮度可调灯的基本电路如下图所示, 它是一个由单向晶闸管组成的开关式调压电路。通过调整RP的阻值可以调整电路的关断时间, 关断时间越短, 输出电流、电压越大, 因此达到调压的目的。具体的电路分析可以参考相关教材。如图1 所示。

2.6 通信模块

在我们的系统中, 通信存在于以下的模块之间, 且不同模块之间的通信方式的选择如下表所示:

2.7 系统框图

如图2 所示。

3 结论

本文主要介绍了一种基于物联网的教室灯光智能调节系统。该系统具有多功能、自动化、智能节能等特点。系统利用感知模块、通信模块、灯光调整模块和智能控制模块之间的协作实现对教室内灯光强度的自动按需调节。

摘要：为了能更好地控制教室内的灯光强度, 我们开发了基于物联网的教室灯光智能调节系统。该系统可以实现室内灯光的自动调节以保持室内平均光强的稳定, 不随室外光强和教室环境变化的影响。同时, 该系统可以根据教室的不同使用目的, 设置对应的光强需求, 以调整教室内的平均光强。此外, 该系统的红外探测模块还可以持续的监视教室内学生的活动情况, 当学生离开教室后, 系统能自动地关闭灯光以实现节能的效果。该灯光智能调节系统主要由室内光强感知模块、模式选择模块、红外探测模块、智能控制模块、可调灯光模块和通信模块组成。

关键词：物联网,智能调节系统

参考文献

[1]孙其博, 刘杰, 黎羴, 等.物联网:概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报, 2010, 33 (03) :1-9.

[2]巫细波, 杨再高.智慧城市理念与未来城市发展[J].城市发展研究, 2010, 17 (11) :56-60.

[3]万雄, 余达祥.大学物理[B].科学出版社, 2011.

[4]可调亮度灯的工作原理http://www.gogddq.com/html/s55/2012-05/994811.htm

酒店智能客房设备管理系统硬件架构 篇7

1.1 应用方式

当酒店客人在前台办理入住手续后, 前台软件自动把已租信息发送到当前房间, 房间空调自动开启进行温度调节, 窗帘自动打开, 给客人一个不一样的入住感受, 进入房间后各种灯光空调窗帘的符合场景, 已达到操作便捷化, 配以各种温湿度, 照度, 人体感应传感器, 自动运行一些酒店场景时可纺设备控制智能化, 给客人一个舒适的环境, 当客人外出后, 客房灯光自动关掉, 受控供电自动断掉, 空调进行保温模式, 使酒店进最大可能的节能。

1.2 实现方案

在本系统中, 在房间内部对个设备系统采取模块化设计, 可分为网络控制器模块, 灯光控制模块, 风机盘管模块, 窗帘控制模块, 温控器模块, 插卡取电等分部模块, 然后各模块之间通过专有的485协议维系之间的联系, TCP/IP协议把房间内的个设备的状态上发, 把前台或其他部门的控制命令下发。

2 模块组成

2.1 网络控制器模块

2.1.1 硬件部分

模块共分成四个部分:网络部分, 存储部分, 客房各分部设备之间485网络维护部分, 外部接口部分。

网络部分:将客房各设备的运行状态, 和采集的各种外围环境值送到前台或个需要单位, 将酒店前台或者酒店客人的移动终端等的控制信号或场景编程信息送入各个分部模块, 完成整个系统的控制, 编程, 反馈的数据交互。

存储部分:存储从个分部模块采集上来的运行状态和采集的各种外围环境值。存储个分部模块的场景配置值, 当有模块损坏或更换时, 自动读出存储数据对个分部模块进行参数初始化。

485网络维护部分:管理客房内个分部设备之间数据交互, 整个内部网络的管理者, 通个485网络采集各分部模块的运行状态和环境采集值等。

外围接口部分:接外部弱电开关, 个中传感器, 如人体红外感应器, 门磁, 窗磁, 温度传感器, 湿度传感器器, 照度传感器等, 按照外部给来的指令, 通过软件进行旁别个设备是否达到被动动作或者自动运行的条件。

2.1.2 软件部分

为了整个系统的可靠运行, 在本系统中采用采用ucosii为操作系统, 对模块的个运行任务进行合理调度。在主运行任务主要执行, 外部接口扫描任务和485数据采集, 检测到任务启动触发信号后, 开启所需执行任务, 任务执行后自动挂起。提高整个系统资源的利用效率。

本模块设计过程中参考了国际客控设备的主流做法, 将主要功能承载在本模块中, 明晰了各模块的运行流程和后期的维护方法。增强了系统的稳定性和可维护性。也为酒店的个性化需求提供了坚实的基础, 减少了酒店客房弱电设计的难度, 也为酒店的后期改造和增加功能模块提供的基础。

2.2 各个控制模块

2.2.1 灯光控制模块

本模块为含8路弱电输入和8路10A强电输出回路。主要承载客房内亮化等的开启和关闭, 其中8路弱电输入为弱电开端输入, 支持常开闭和点触式的开光方式, 一路弱电输入对应一路强电输出, 并支持通过485通讯下发的各种场景对应控制方式, 并将弱电开关值对应到对应的强电输出值返回给网路控制器, 以准备下一次的正确动作。

2.2.2 风机盘管模块

本模块是针对中央空调系统中风机盘管控制部分的模块, 在节能中承载了很重要的角色, 酒店耗能的很大一部分就是空调系统, 本模块可以根据酒店方的设置和编程进行相应的节能控制, 本模块支持各种管制的中央空调系统, 并支持接入温湿度传感器, 通过与温度控制器配合控制使用, 或者接受通过485通讯下发的各种场景对应控制方式。

2.2.3 窗帘控制模块

可对客房内窗帘进行开关控制。该终端的控制模式:与照度、温度进行联动控制的自动控制模式;通过自带通信接口进行远程控制;也可通过配接的本地开关面板进行控制。提供了电动窗帘的控制输出口 (支持强电和弱电输出) 有照度 (模拟量4-20m A电流) 湿度 (数字量) 和风雨探测器 (开关量) 的接口。

2.2.4 温控器模块

和风机盘管控制配合使用, 可以手动/自动设定运行模式;显示室内/室外温度;显示当前温度与设定温度;冷/暖风切换;时间显示;

3 各模块数据交互流程

3.1 模块组网部分

正常上电后, 发广播命令, 下端个部件上传各自身份 (编号类型) 每种设备最大16个。检查总线, 1S无信号后再次上传广播命令 (定时器中断处理) , 同上, 校验无误后, 发握手成功命令;挂起任务;执行大循环, 如有误, 再次广播直到检验无误后为止。

如在使用过程中有新的设备加入, 先进行读总线操作, 10ms后无总线数据, 发送加入网络请求, 等待一个大循环周期当发现有重复地址灯错误时, 灯亮提示, 保持原有组网方式, 并发送请求失败命令子部停止发送加入请求。存储组网方式。主机部分读到加入请求后在完成一个大循环操作后发送同意上传加入机类型及地址。操作两次, 发组网完成命令。

3.2 系统通信维护部分

无任务机发送任务命令, 主机20ms广播一次, 有任务的按序上报, 第一个任务上报完成后。第二任务有任务在读总线空的情况下, 10m后发送, 若无任务, 自加5ms第三个发送, 如无数据, 后任务机同前处理。主机发送命令执行机应答命令, 500ms。

4 总结和展望

有了现代技术的支持, 酒店从标准化向个性化服务的转变就势在必行。酒店管理者可以将客人的各类信息通过处理储存在电脑信息库中, 制定针对性的措施来满足客人的不同需求, 让客人感觉到酒店所做的一切都是为其特别制作的。客人在酒店购买的不再只是床位和菜品, 而更多的是一种物有所值的经历、荣誉和尊严。这就要求酒店经营管理真正从标准化管理向个性化管理方向发展, 希望能在我们广大技术人员共同努力下创造经济, 绿色, 科技, 人文的酒店管理模式。

摘要：高档酒店客房的设计除执行国家规范外, 还要满足功能上的要求, 特别是星级酒店既要舒适和方便, 又要体现品位。根据国家旅游局最新推出的《旅游饭店星级的划分与评定》标准中, 重点突出了对客房控制智能化、人性化、舒适度和绿色化这些方面的加分力度, 并提出对酒店可持续改进的期望, 因此既能集中体现酒店的智能化又能为酒店节约成本、加大拓展空间、提升酒店档次的客房智能控制网络系统已经成为近年来酒店行业发展的新趋势。

智能教室系统架构研究 篇8

以一个一线城市为例,每天由卡口、电子警察等车牌识别设备所产生的数据量约2000万条,一年达73亿条的数据规模。除此之外,还有同时产生的车辆抓拍图片数据,违法记录、事故处理等产生的业务数据,实时流量信息以及路网管理与交通事件信息等多种类型的数据。仅考虑智能交通系统中车辆过车相关信息,就达到了每年50亿条的规模。根据摩尔定律,未来达到500亿规模的那一天也许离我们并不遥远。因此,我们面临着一个海量数据采集、存储、计算、应用的难题。

随着数据的海量激增,传统的系统架构已开始暴露出一些处理瓶颈。系统存储无法弹性扩容;查询速度缓慢,无法快速响应突发事件;应急指挥系统操作复杂;各种类型数据资源分散,无法做到整合并进行综合分析;警力资源增加赶不上车辆保有量增长速度。当前系统架构已经无法胜任海量结构化的数据处理,我们需要一个可以符合智能交通业务需求的全新系统架构。

宇视科技结合大数据思想构建了全新的智慧交通系统架构,从三个维度分别解析了智慧交通与大数据的关系构建。从系统架构来讲,分为数据采集、数据仓库、数据应用服务和数据可视化四个层次,分别对应了智慧交通业务中的原始视频库,基础信息库与警情/案事件库,而从数据发展的维度看,则对应了数据向知识递进的知识管理理论基础。宇视科技在辽宁省丹东市建设的基于大数据的智能交通系统,在交付使用一年的时间里,已经达到百亿级数据秒级精准挖掘,利用数据提供线索,已经破获恶性肇事逃逸案50余起,寻物案200余起,支持兄弟警种治安刑事案证据30余起,套牌案破获超过过去10年综合并威慑趋零,涉车破案率超过90%。这就是数据带来的力量。