CN114599138B - 电灯群组控制的智能照明方法 - Google Patents

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Abstract

电灯群组控制的智能照明方法，属于通信控制技术领域，包括以下步骤：步骤1，建立电灯群组控制系统，所述电灯群组控制系统包括用户端、服务器端、无线通讯设备；步骤2，对电灯建立蓝牙网状网络；步骤3，进行调光；网页服务器对MQTT服务器发布消息，MQTT服务器从数据库服务器的资料表中取得蓝牙网状单播位址后代入并形成MQTT电灯控制消息发送至蓝牙网状网络闸道器；蓝牙网状网络闸道器根据MQTT电灯控制消息形成DALI协议命令并传递至电灯。本方案，与传统使用人机界面控制不同的是，透过现阶段较热门的MQTT通讯协议结合DALI控制协议，以网页技术整合AJAX技术，使用者可透过智能型装置开启电灯控制界面，得知现阶段灯具调光、管理状态。

Description

电灯群组控制的智能照明方法
技术领域
本发明属于通信控制技术领域，具体涉及为电灯群组控制的智能照明方法。
背景技术
传统的照明，具有照度不均、耗电等问题，且需要手动开启或者关闭电源，并不符合现代物联网的思维。
例如，公告号CN207421893U的中国专利提出了一种智能楼道灯，采用物联网技术，进一步提高节能效果，但其还是存在一些问题，如目前的楼道灯其照射角度、范围均为固定的，但实际情况下，对于光照的需求多样，而需要改变时，大多只能依赖额外的设备，十分不便。
大型公共建筑的管理较为繁杂，长期用电量不容小觑。因此，有必要设计一种适用于大型公共建筑的电灯控制方法，便于整体控制电灯的开关和亮度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术之不足，提供电灯群组控制的智能照明方法。
电灯群组控制的智能照明方法，包括以下步骤：
步骤1，建立电灯群组控制系统，所述电灯群组控制系统包括用户端、服务器端、无线通讯设备；
所述用户端触发电灯控制事件，包括：用户手机、前端网页。
所述服务器端回应用户端请求，包括：网页服务器、数据库服务器、MQTT服务器。
所述无线通讯设备对电灯群组进行控制，包括蓝牙网状网关、电灯群组；所述电灯群组内设多个电灯，每个电灯均连接有蓝牙模块；
所述服务器端和无线通讯设备采用MQTT协议的无线网络连接；
所述蓝牙网状网关，是封包资料处理的中继站，采用MQTT通讯协议与服务器端连接，采用DALI控制协议与电灯连接；
步骤2，对电灯建立蓝牙网状网络；
步骤3，进行调光；
用户手机在网页前端进行操作之后，前端网页将操作所对应的执行电灯控制程序发送给网页服务器，网页服务器对MQTT服务器发布消息，MQTT服务器从数据库服务器的资料表中取得蓝牙网状单播位址后代入并形成MQTT电灯控制消息发送至蓝牙网状网关；蓝牙网状网关根据MQTT电灯控制消息形成DALI协议命令并传递至电灯；
电灯执行命令之后，向蓝牙网状网关转发DALI协议响应；蓝牙网状网关通过MQTT服务器将响应消息转发至网页服务器。
进一步，步骤2中，首先，架设网页服务器和数据库服务器，然后，建立MQTT服务器，待蓝牙网状网关通电后，用户手机取得蓝牙网状网关的单播位址做为MQTT主题，然后进行蓝牙网状网关和MQTT服务器的无线连接，以及用户手机和蓝牙模块的配对；配对完成之后，确认电灯为通电状态后，完成蓝牙网状网络的构建。
进一步，步骤3中，数据库服务器更新资料表，资料表包括：蓝牙网状的节点编号、蓝牙网状网关的单播位址、电灯通电状态、电灯状态更新状态；数据库服务器更新资料表的方式如下：由Python程序进行格式解析后，使用SQ语法更新资料表后保存至数据库服务器。
进一步，步骤3中，网页服务器定时发布询问电灯状态消息，经过MQTT服务器转发至蓝牙网状网关；蓝牙网状网关向电灯发送DALI协议查询命令；电灯执行命令之后，向蓝牙网状网关转发DALI协议响应；蓝牙网状网关通过MQTT服务器将响应消息转发至网页服务器。
进一步，步骤3中，前端网页使用AJAX方案，用户端中，前端网页触发JavaScript事件，AJAX引擎构件XML Http Request物件向网页服务器发送请求；服务器端中，网页服务器端从关联式数据库取得相关资料后，回应 XML/HTML/JSON 格式资料至用户端AJAX引擎构件XML Http Request物件，经由JavaScript传递至前端网页。
进一步，步骤3中，MQTT服务器发布消息，采用Payload格式封包，由单点传送地址、网关地址、资料长度、指令消息、参数所组成，其中，
单点传送地址：蓝牙模块的节点编号。
网关地址：蓝牙网状网关的单播位址，也是MQTT主题。
资料长度：指令消息至参数的资料长度。
指令消息：包括0xE100和0xE200；其中，0xE100为发布查询指令消息、0xE200为发布查询指令以外的消息；
参数，包括：
起始位元：DALI控制协议发送讯框起始位元。
格式：DALI控制协议格式，固定由0x55、0x20、0x07所构成。
定址型态：DALI控制协议定址型态，使用广播位址、群组位址。
数据码：与Add.指令位元有所关联，为DALI控制指令或调光参数。
校验和：从格式至数据码每个字节进行相加，取末两位的值。
本方案，与传统使用人机界面控制不同的是，通过现阶段较热门的MQTT通讯协议结合 DALI控制协议，以网页技术整合AJAX技术，使用者可通过智能型装置开启电灯控制界面，得知现阶段灯具调光、管理状态。
本方案对MQTT封包进行格式修改，使得MQTT通讯协议和DALI控制协议能有机的结合在一起。
本方案中，用户使用智能型装置（例如手机）开启灯具控制界面，得知现阶段灯具调光、管理状态，并自行操作单盏灯具调光操作、多盏灯具管理。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为建立蓝牙网状网络的流程图；
图3为电灯控制时序图；
图4为网页架构中的AJAX流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的"轻量级"通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，由IBM在1999年发布。MQTT最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。
实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成，在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份：
发布者（Publisher）:根据主题向服务器传递信息。
服务器（Broker）：为客户端传递信息的中继站。
订阅者（Subscribe）：向服务器告知已订阅的主题，并接收发布者依据主题向服务器传递的信息。
其中，信息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，信息发布者可以同时是订阅者。
MQTT传输的消息分为：主题（Topic）和负载（payload）两部分：
（1）主题（Topic），可以理解为消息的类型，订阅者订阅（Subscribe）后，就会收到该主题的消息内容；
（2）负载（payload），可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容。
MQTT会构建底层网络传输：它将建立客户端到服务器的连接，提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输。当应用数据通过MQTT网络发送时，MQTT会把与之相关的服务质量（QoS）和主题（Topic）相关连。
DALII（Digital Addressable Lighting Interface）控制协定，使用曼彻斯特编码进行设备控制。DAL控制协定，用于建筑自动化控制，以数位讯号界面（Digital SignalInterface, DSI）公开发表标准为基础。
电灯群组控制的智能照明方法，包括以下步骤：
步骤1，建立电灯群组控制系统，如图1所示，所述电灯群组控制系统包括用户端、服务器端、无线通讯设备；
所述用户端触发电灯控制事件，包括：用户手机、前端网页。
所述服务器端回应用户端请求，包括：网页服务器、数据库服务器、MQTT服务器。
所述无线通讯设备对电灯群组进行控制，包括蓝牙网状网关、电灯群组；所述电灯群组内设多个电灯，每个电灯均连接有蓝牙模块，通过DALI控制协议进行控制和调光。
所述服务器端和无线通讯设备采用MQTT协议的无线网络连接。
所述蓝牙网状网关，是封包资料处理的中继站，采用MQTT通讯协议与服务器端连接，采用DALI控制协议与电灯连接。
所述蓝牙模块采用低功耗蓝牙技术，其型号为nRF 52832，将每个电灯作为节点进行配对，通电后形成蓝牙网状网络环境，接收、发布消息至服务器端。
步骤2，对电灯建立蓝牙网状网络。
如图2所示，首先，架设网页服务器和数据库服务器（MySQL），然后，建立MQTT服务器，待蓝牙网状网关通电后，用户手机取得蓝牙网状网关的单播位址做为MQTT主题，然后进行蓝牙网状网关和MQTT服务器的无线连接，以及用户手机和蓝牙模块的配对；配对完成之后，确认电灯为通电状态后，完成蓝牙网状网络的构建。
步骤3，进行调光。
如图3所示，用户手机在网页前端进行操作之后，前端网页将操作所对应的执行电灯控制程序发送给网页服务器，网页服务器对MQTT服务器发布消息，MQTT服务器从数据库服务器的资料表中取得蓝牙网状单播位址后代入并形成MQTT电灯控制消息发送至蓝牙网状网关；蓝牙网状网关根据MQTT电灯控制消息形成DALI协议命令并传递至电灯；
电灯执行命令之后，向蓝牙网状网关转发DALI协议响应；蓝牙网状网关通过MQTT服务器将响应消息转发至网页服务器。
MQTT电灯控制消息采用Payload格式封包，由单点传送地址、网关地址、资料长度、指令消息、参数所组成，如表1所示。
表1是MQTT电灯控制消息的Payload格式封包。
Figure 354321DEST_PATH_IMAGE002
单点传送地址(Unicast address)：蓝牙模块的节点编号。
网关地址（Gateway address）：蓝牙网状网关的单播位址，也是MQTT主题。
资料长度（Data length）：指令消息至参数的资料长度。
指令消息（Opcode）：包括0xE100和0xE200；其中，0xE100为发布查询指令消息、0xE200为发布查询指令以外的消息，如调光参数、配置等指令。0xE300为使用0xE100、0xE200的回传消息。
参数（Parameter），包括：
起始位元（Start）：DALI控制协议发送讯框起始位元。
格式（Dali）：DALI控制协议格式，固定由0x55、0x20、0x07所构成。
定址型态(Add.)：DALI控制协议定址型态，使用广播位址、群组位址。
数据码（Data）：与Add.指令位元有所关联，为DALI控制指令或调光参数。
校验和（Check Sum）：从格式至数据码每个字节进行相加，取末两位的值，例如，计算方式为55 + 20 + 07 + FF + 05＝180，取80做为校验和。
通过MQTT电灯控制消息的Payload格式封包，将MQTT通信协议和DALI控制协议有机结合。
数据库服务器更新资料表，资料表包括：蓝牙网状的节点编号、蓝牙网状网关的单播位址（配对成功后获得的位址）、电灯通电状态（0为关闭，1为开启）、电灯状态更新状态（调光值和更新时间）。
数据库服务器更新资料表的方式如下：由Python程序进行格式解析后，使用SQ语法更新资料表后保存至数据库服务器。
本方案，运用MQTT通讯协议进行物联网装置轻量发布-订阅，并双向传递用户端与服务器端封包。通过运用MQTT通讯协议进行物联网装置轻量发布-订阅，并双向传递用户端与服务器端封包。
由于资料表为被动状态，需人为操作调光以进行栏位、网页控制界面更新，间隔一段时间没有操作，无法得知现阶段为非通电状态或故障状态，在后台程序使用Python程序定时查询电灯状态。
后台程序中，网页服务器定时发布询问电灯状态消息，经过MQTT服务器转发至蓝牙网状网关；蓝牙网状网关向电灯发送DALI协议查询命令；
电灯执行命令之后，向蓝牙网状网关转发DALI协议响应；蓝牙网状网关通过MQTT服务器将响应消息转发至网页服务器。
前端网页使用AJAX方案，如图4所示，具体如下：
用户端中，前端网页触发JavaScript事件，AJAX引擎(AjaxEngine)构件XML HttpRequest 物件向网页服务器发送请求（Http Request）；
服务器端中，网页服务器端从关联式数据库取得相关资料后，回应 XML/HTML/JSON 格式资料至用户端AJAX引擎(AjaxEngine)构件XML Http Request 物件，经由JavaScript传递至前端网页。
网页架构中，使用AJAX（Asynchronous JavaScript and XML）技术，为异步的JavaScript、XML 技术。传统的方案中，使用表单（Form）技术通过服务器重新读取网页，造成服务器回应时间较长。本方案的AJAX技术，使用 XML Http Request物件向服务器端发送并取用相关资料，JavaScript从前端网页处理服务器端回应，此技术让交换资料时间大幅减少，且网页仅需更新部分资料。
下面对进行询问电灯状态封包反应时间、不同消息传输服务质量差异分析。
使用三种不同消息传输服务质量，QoS 0 最多传递一次、QoS 1 至少传递一次、QoS2 确实传递一次方式，进行六盏电灯的单盏连续发布与群组发布查询状态指令，每分钟发布一次，共发布十次，并将得到的反应时间进行分析。
表2，不同消息传输服务质量于单盏电灯连续发布差异。
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表3,不同消息传输服务质量于群组灯具发布差异。
Figure 342658DEST_PATH_IMAGE004
进行六盏电灯的单盏连续发布与群组发布查询状态指令，并将得到反应时间资料进行平均，得到三个结论，分别为 1.使用 QoS 0于不同发布方式的情况下，反应时间平均值差异不大，2.使用 QoS 1、QoS 2 于单盏电灯连续发布询问指令，仅少部分 QoS1资料发生重复传送造成反应时间较长问题，整体平均值如预期，3. 群组灯具仅需发布一则询问消息，单盏连续发布所回传的消息较多，则相对地所耗费反应时间较长，QoS 0除外，发布过程中发生封包遗失的情况，所耗费时间与群组差异不大。
本方案，与传统使用人机界面控制不同的是，通过现阶段较热门的MQTT通讯协议结合DALI控制协议，以网页技术整合AJAX技术，使用者可通过智能型装置开启电灯控制界面，得知现阶段灯具调光、管理状态。
以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (4)

1.电灯群组控制的智能照明方法，包括以下步骤：
步骤1，建立电灯群组控制系统，所述电灯群组控制系统包括用户端、服务器端、无线通讯设备；
所述用户端触发电灯控制事件，包括：用户手机、前端网页；
所述服务器端回应用户端请求，包括：网页服务器、数据库服务器、MQTT服务器；
所述无线通讯设备对电灯群组进行控制，包括蓝牙网状网关、电灯群组；所述电灯群组内设多个电灯，每个电灯均连接有蓝牙模块；
所述服务器端和无线通讯设备采用MQTT协议的无线网络连接；
所述蓝牙网状网关，是封包资料处理的中继站，采用MQTT通讯协议与服务器端连接，采用DALI控制协议与电灯连接；
步骤2，对电灯建立蓝牙网状网络；
步骤3，进行调光；
用户手机在网页前端进行操作之后，前端网页将操作所对应的执行电灯控制程序发送给网页服务器，网页服务器对MQTT服务器发布消息，MQTT服务器从数据库服务器的资料表中取得蓝牙网状网关的单播位址后代入并形成MQTT电灯控制消息发送至蓝牙网状网关；蓝牙网状网关根据MQTT电灯控制消息形成DALI协议命令并传递至电灯；
电灯执行命令之后，向蓝牙网状网关转发DALI协议响应；蓝牙网状网关通过MQTT服务器将响应消息转发至网页服务器；
步骤3中，数据库服务器更新资料表，资料表包括：蓝牙网状的节点编号、蓝牙网状网关的单播位址、电灯通电状态、电灯状态更新状态；数据库服务器更新资料表的方式如下：由Python程序进行格式解析后，使用SQ语法更新资料表后保存至数据库服务器；
步骤3中，MQTT服务器发布消息，采用Payload格式封包，由单点传送地址、网关地址、资料长度、指令消息、参数所组成，其中，
单点传送地址：蓝牙模块的节点编号；
网关地址：蓝牙网状网关的单播位址，也是MQTT主题；
资料长度：指令消息至参数的资料长度；
指令消息：包括0xE100和0xE200；其中，0xE100为发布查询指令消息、0xE200为发布查询指令以外的消息；
参数，包括：
起始位元：DALI控制协议发送讯框起始位元；
格式：DALI控制协议格式，固定由0x55、0x20、0x07所构成；
定址型态：DALI控制协议定址型态，使用广播位址、群组位址；
数据码：与Add指令位元有所关联，为DALI 控制指令或调光参数；
校验和：从格式至数据码每个字节进行相加，取末两位的值。
2.根据权利要求1所述的电灯群组控制的智能照明方法，其特征在于，步骤2中，首先，架设网页服务器和数据库服务器，然后，建立MQTT服务器，待蓝牙网状网关通电后，用户手机取得蓝牙网状网关的单播位址做为MQTT主题，然后进行蓝牙网状网关和MQTT服务器的无线连接，以及用户手机和蓝牙模块的配对；配对完成之后，确认电灯为通电状态后，完成蓝牙网状网络的构建。
3.根据权利要求1所述的电灯群组控制的智能照明方法，其特征在于，步骤3中，网页服务器定时发布询问电灯状态消息，经过MQTT服务器转发至蓝牙网状网关；蓝牙网状网关向电灯发送DALI协议查询命令；电灯执行命令之后，向蓝牙网状网关转发DALI协议响应；蓝牙网状网关通过MQTT服务器将响应消息转发至网页服务器。
4.根据权利要求1所述的电灯群组控制的智能照明方法，其特征在于，步骤3中，前端网页使用AJAX方案，用户端中，前端网页触发JavaScript事件，AJAX引擎构件XML HttpRequest物件向网页服务器发送请求；服务器端中，网页服务器端从关联式数据库取得相关资料后，回应 XML/HTML/JSON 格式资料至用户端AJAX引擎构件XML Http Request物件，经由JavaScript传递至前端网页。
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