孫彥剛 侯婷婷 歐書博 李君義

摘 要：客船的智能燈光管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)安全航行的重要保障，客船中傳統(tǒng)的燈光系統(tǒng)在節(jié)能、安全方面仍存在不足，為了滿足客船的需求，本文設(shè)計(jì)了基于Zig Bee網(wǎng)絡(luò)的客船智能燈光管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過Zig Bee網(wǎng)絡(luò)將客船上生活區(qū)域的所有燈具通過網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)燈具之間無線控制，可根據(jù)不同時(shí)段、不同區(qū)域?qū)艄膺M(jìn)行調(diào)節(jié)，整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試及問題分析滿足遠(yuǎn)程操作需要。

關(guān)鍵詞：智能照明;客船;Zig Bee網(wǎng)絡(luò);節(jié)能

中圖分類號：U665? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）12-0052-03

客船作為一種用于娛樂航海的船舶，具有經(jīng)濟(jì)、高效、簡便的特有優(yōu)勢，在我國沿海地區(qū)得到迅猛發(fā)展。近幾年，隨著科技的發(fā)展和生活水平的提高，對智能化、節(jié)能化和舒適化的需求越來越強(qiáng)烈[1]，而燈光管理系統(tǒng)是客船艙室內(nèi)部裝修重要的一環(huán)，該系統(tǒng)是客船安全性、功能性、舒適性、環(huán)保性等諸多方面的綜合體現(xiàn)[2]。

目前市面上智能照明系統(tǒng)多為安裝在酒店及住宅內(nèi)[3]，而這些系統(tǒng)的安全及控制原理難以滿足客船的需求;因此，為改進(jìn)客船的燈光管理系統(tǒng)，提高整個(gè)系統(tǒng)的智能化和節(jié)能化，針對客船的生活公共照明區(qū)域[4]，本文提出并設(shè)計(jì)了一種基于Zig Bee網(wǎng)絡(luò)的客船智能燈光管理系統(tǒng)，通過對原有智能照明系統(tǒng)的改進(jìn)，使本文設(shè)計(jì)的該系統(tǒng)能夠滿足客船的需求[5]。

1智能燈光管理系統(tǒng)的特點(diǎn)

智能燈光管理系統(tǒng)以智能網(wǎng)關(guān)為核心，采用圖形化的控制界面，系統(tǒng)的智能化通過總線實(shí)現(xiàn)，中央管理平臺和智能終端通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對等通訊，各控制模塊之間的信息傳遞可以實(shí)時(shí)進(jìn)行，可以通過編程來實(shí)現(xiàn)各種調(diào)光需求;也可根據(jù)不同的時(shí)間段和不同區(qū)域，設(shè)置燈具的運(yùn)行狀態(tài);當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過遠(yuǎn)程操作進(jìn)行系統(tǒng)修復(fù)。

1.1集成性

智能化照明控制系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)等于一體的現(xiàn)代控制系統(tǒng)。

1.2使用便利

在設(shè)計(jì)智能燈光管理系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)游客對智能化的需求，整合該智能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的控制功能，進(jìn)行設(shè)計(jì);該智能控制系統(tǒng)的控制方式并不是唯一的，為了保證操作過程的簡單化，體驗(yàn)感更好，采用圖形化的界面，操作內(nèi)容直觀，操作步驟簡單，避免了游客的排斥心理。

1.3可靠性

為了保證游客的舒適性和便利性，系統(tǒng)的安全性、可靠性必須得到保證，確保整個(gè)客船房間內(nèi)的燈光系統(tǒng)可以24小時(shí)正常運(yùn)行。例如電源、系統(tǒng)存儲等方面采取相應(yīng)的容錯(cuò)措施，保證系統(tǒng)的性能和正常運(yùn)行，不受環(huán)境變化的影響。

1.4方便性

整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于空間有限，觸屏設(shè)備本身的尺寸要合理，布線要簡單。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)， 既可以現(xiàn)場檢修也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作維修。這種遠(yuǎn)程操作的方式，保證了時(shí)效性，提高工作效率，不浪費(fèi)游客游玩的時(shí)間;此外，系統(tǒng)設(shè)置與版本更新也可以通過遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)，保證了系統(tǒng)保養(yǎng)與維護(hù)的便利性，降低了維護(hù)成本。

1.5智能化

提高燈光管理系統(tǒng)的智能化，使該系統(tǒng)成為一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)信息采集和輸送、邏輯分析等功能的控制系統(tǒng)。

2智能燈光管理系統(tǒng)的功能

本文所設(shè)計(jì)的智能燈光管理系統(tǒng)，應(yīng)用于客船中，主要能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

（1）具有三種工作模式：白天模式，夜間繁忙、空閑模式，夜間智能模式。

（2）系統(tǒng)中有傳感器檢測系統(tǒng)，通過對光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測，判斷出是白天還是黑夜，若為白天，則所有的燈自動調(diào)為休息狀態(tài);若為黑夜，在繁忙時(shí)間段，燈具按100%功率工作，此時(shí)高亮顯示，在智能和空閑模式下，燈具按照額定功率的30%工作，此時(shí)低亮顯示。

（3）當(dāng)有人經(jīng)過時(shí)，燈具自動高亮照明。根據(jù)行人前進(jìn)的方向，相鄰燈之間可以實(shí)現(xiàn)信息傳遞，一方面可以提前開啟下一盞路燈，另一方面，對于人前進(jìn)的反方向的路燈，恢復(fù)到低亮。

（4）根據(jù)客船上游客的生活作息時(shí)間設(shè)定夜間燈具工作的不同模式。

（5）有應(yīng)急功能，當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，所有的燈都高亮顯示。

（6）可以通過系統(tǒng)控制任意燈具的開和關(guān)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，利于維修和管理。

（7）在中心管理平臺可以查詢到所有燈的工作情況，當(dāng)有燈出現(xiàn)故障或者工作模式異常時(shí)，可以通過自動報(bào)警功能得到反饋信息。

3智能燈光管理系統(tǒng)的組成

智能燈光管理系統(tǒng)，以Zig Bee網(wǎng)絡(luò)作為通信手段。Zig Bee是一種短距離、低功耗、低速度的無線接入技術(shù)。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于家具智能、災(zāi)害防治等眾多領(lǐng)域。該智能燈光管理系統(tǒng)由兩部分組成，分別為中心管理平臺、控制模塊組成。

3.1中心管理平臺

所有燈之間都是通過Zig Bee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳遞，每個(gè)燈具都是一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)。通過無線方式將燈具的工作狀態(tài)反饋到中心管理平臺。中心管理平臺的Zig Bee節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)建立和管理整個(gè)Zig Bee網(wǎng)絡(luò)。由于終端已經(jīng)完成組態(tài)，即便網(wǎng)絡(luò)通訊出現(xiàn)故障，管理平臺仍然能夠獨(dú)立工作，完成采集和控制功能。正常時(shí)，中心管理平臺顯示所有燈的工作信息。圖像化的中心管理平臺如圖1所示。

3.2控制模塊

控制模塊相當(dāng)于系統(tǒng)的輸出響應(yīng)部分，通過接收來自網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男盘?，?shí)現(xiàn)對各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制;燈具的Zig Bee節(jié)點(diǎn)選擇路由器和終端器，路由器和終端器間隔分布。此外，控制模塊自身可以通過編程來實(shí)現(xiàn)各種調(diào)光需求，也可以采集相關(guān)燈具的運(yùn)行狀態(tài)。

4智能燈光管理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

基于Zig Bee的智能燈光管理系統(tǒng)由中心管理平臺、控制端組成，中心管理平臺負(fù)責(zé)管理所有燈具的信息，控制端負(fù)責(zé)控制照明燈的狀態(tài)。

4.1中心管理平臺硬件設(shè)計(jì)

在Zig Bee網(wǎng)絡(luò)里，中心管理平臺的硬件部分包括電源模塊、傳輸模塊、存儲模塊和微控制器模塊。各個(gè)模塊的功能如下：電源為整個(gè)系統(tǒng)提供電能，由LDO芯片實(shí)現(xiàn);傳輸模塊是整個(gè)硬件的核心，主要是建立網(wǎng)絡(luò)和對Zig Bee通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理;存儲模塊主要是存儲每個(gè)燈具的工作狀態(tài)，查看系統(tǒng)的工作狀態(tài)需要管理員權(quán)限;微控制器模塊是傳輸模塊和存儲模塊之間的一個(gè)橋梁，實(shí)現(xiàn)雙方之間的信息交互。中心管理平臺硬件框圖如圖2所示。

4.2控制端硬件設(shè)計(jì)

控制端硬件部分由電源模塊、Zig Bee傳輸模塊、探測器模塊組成。其中，傳輸模塊為核心模塊，控制端與中心管理平臺之間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信。探測器模塊主要由傳感器組成，通過探測器檢測是否有人通過?？刂贫擞布驁D如圖3所示。

5智能燈光管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

5.1中心管理平臺軟件設(shè)計(jì)

中心管理平臺軟件的功能是：新建Zig Bee網(wǎng)絡(luò)，驗(yàn)證Zig Bee節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)信息維護(hù)。其具體工作流程如圖4所示。

5.2控制端軟件設(shè)計(jì)

5.3遠(yuǎn)程無線通信的實(shí)現(xiàn)

如果接收的信號要求將光照強(qiáng)度的相關(guān)數(shù)據(jù)傳入控制終端，這時(shí)候，啟動另一個(gè)傳輸模塊，傳輸模塊與PC終端之間通過串口通信，遠(yuǎn)端通信最終通過以太網(wǎng)通信接口實(shí)現(xiàn)。

因此，要想實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，首先遠(yuǎn)程終端發(fā)送指令給PC機(jī)，這一環(huán)節(jié)通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信。發(fā)送完指令后，PC機(jī)通過串口與節(jié)點(diǎn)通信，執(zhí)行這一指令，完成監(jiān)控功能。

6智能燈光管理系統(tǒng)在客船上的應(yīng)用前景

6.1生活區(qū)域的應(yīng)用

智能燈光管理系統(tǒng)可以通過編程，設(shè)定燈光的亮度，來模擬戶外一天中光線的變化，讓船員感受到外界的光線變化，調(diào)整船員的生物鐘。

6.2公共區(qū)域的應(yīng)用

對于船上的公共區(qū)域，例如會議室、餐廳、影院等，可以根據(jù)不同的場合設(shè)計(jì)不同的模式，滿足不同的需求，提高游客的舒適度。

7結(jié)語

智能化是客船燈光管理系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。為了提高客船的電力使用效率，本文設(shè)計(jì)的基于Zig Bee的智能燈光管理系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，該智能燈光管理系統(tǒng)使用Zig Bee網(wǎng)絡(luò)的通信方式，采用圖像化的管理界面，可操作性更強(qiáng)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，維修和調(diào)整更方便，以提高游客的體驗(yàn)感。

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