CN210431998U - 一种基于嵌入式的校园灯光管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于嵌入式的校园灯光管理系统，包括若干基站、标签、应用端和控制终端；基站不断进行广播，将RSSI信息传输给标签；标签接收RSSI信息，经降噪处理后得到精确RSSI信息，并将精确RSSI信息发送给应用端；应用端将接收到的精确RSSI信息发送给控制终端，并接收控制终端反馈的标签目前所处位置信息；控制终端对接收到的精确RSSI信息进行分析，得到标签目前所处位置信息，将标签目前所处位置信息反馈给应用端，并根据标签目前所处位置信息对灯光进行控制。本实用新型能够进行合理的灯光分配，实现人在哪里，灯光就在哪里亮，解决目前能源灯光浪费问题。

Description

一种基于嵌入式的校园灯光管理系统

技术领域

本实用新型涉及灯光控制技术领域，更具体的说是涉及一种基于嵌入式的校园灯光管理系统。

背景技术

灯光作为校园照明的主要组成成分，在夜晚实现照明的同时，也消耗着大量电能。例如当教室有人自习时则会打开较多灯光进行照明或离开教室时忘记关灯，不能进行有效的灯光控制，造成资源浪费。

据统计，目前一般的教室灯光，主要是日光色荧光灯，一盏灯的功率约为40W，假设一晚上照明时长4小时(从晚6点到10点)，则一盏灯消耗的电能为40x4/1000＝0.16度。一间教室的灯光约为30-50盏，以一间教室40盏灯计算，并且晚上灯光全部是打开的，那么一间教室一晚上电能消耗量为0.16×40＝6.4度，假设一栋楼晚上共有20间教室是亮着的，那么一栋楼一晚上电能消耗量为6.4×20＝128度，以一所学校40幢教学楼计算，那么一所学校一晚上消耗的电量为128×40＝5120度，1年的电能消耗量是5120x365＝186.88万度。假设照明的有效时长为60％，那么一所学校每年的电能浪费量就有186.88×0.4＝74.752万度。截至2017年5月31日，全国高等学校共计2914所，考虑到全国还有数量众多的初中和高中，那么总的电能浪费量是非常巨大的。

因此，如何对校园灯光进行合理控制是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于嵌入式的校园灯光管理系统，能够进行合理的灯光分配，解决目前能源灯光浪费问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于嵌入式的校园灯光管理系统，包括：若干基站、标签、应用端和控制终端；

所述基站不断进行广播，将RSSI信息传输给所述标签；

所述标签接收所述RSSI信息，经降噪处理后得到精确RSSI信息，并将所述精确RSSI信息发送给所述应用端；

所述应用端将接收到的所述精确RSSI信息发送给所述控制终端，并接收所述控制终端反馈的标签目前所处位置信息；

所述控制终端对接收到的所述精确RSSI信息进行分析，得到所述标签目前所处位置信息，将所述标签目前所处位置信息反馈给所述应用端，并根据所述标签目前所处位置信息对灯光进行控制。

进一步，所述标签为蓝牙标签。

进一步，所述控制终端包括蓝牙信号接收模块、中央处理器、灯光控制模块、外部存储模块、按键模块和电源模块；

所述蓝牙信号接收模块接收所述应用端发送的所述精确RSSI信息，并将所述精确RSSI信息发送给所述中央处理器；

所述中央处理器利用聚类算法和所述外部存储模块事先存储的本地RSSI指纹数据库对接收到的所述精确RSSI信息进行分析，确定所述蓝牙标签目前所处位置信息，并通过所述灯光控制模块对灯光进行控制，同时将所述蓝牙标签目前所处位置信息通过所述蓝牙信号接收模块反馈给所述应用端；

所述灯光控制模块配合所述中央处理器对灯光进行控制；

所述外部存储模块存储所述本地RSSI指纹数据库；

所述按键模块与所述中央处理器相互传输，实现数据的在线调试；

所述电源模块为所述蓝牙信号接收模块、所述中央处理器、所述灯光控制模块、所述外部存储模块和所述按键模块提供电能。

进一步，所述应用端为手机，包括蓝牙模块，所述蓝牙模块接收所述蓝牙标签发送的所述精确RSSI信息，并将所述精确RSSI信息发送给所述蓝牙信号接收模块，且所述蓝牙模块接收所述蓝牙信号接收模块反馈的所述蓝牙标签目前所处位置信息，并在手机上进行显示。

进一步，所述控制终端还包括显示模块，所述显示模块显示所述中央处理器发送的所述蓝牙标签目前所处位置信息以及对应位置的灯光亮灭信息。

进一步，所述聚类算法为K均值聚类算法。

进一步，所述电源模块包括充电模块、电源管理模块和电压转换模块。

进一步，所述灯光控制模块包括继电器，并通过所述继电器对灯光进行控制。

进一步，所述中央处理器为ARM处理器。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种基于嵌入式的校园灯光管理系统，低功耗，使用方式灵活，方便随时控制；采用标签、基站、控制终端，使人与灯光相互“交流”，实现人在哪里，灯光就在哪里亮，达到节能照明的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的一种基于嵌入式的校园灯光管理系统控制拓扑图。

图2附图为本实用新型提供的控制终端原理框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种基于嵌入式的校园灯光管理系统，参考附图1-2，包括：若干基站、标签、应用端和控制终端，基站主要用于不断广播数据，标签用于接收某一区域内的基站的信号，经过一定的处理然后将信号通过应用端发送给控制终端，控制终端主要利用应用端上的蓝牙模块接收数据，再通过调出RSSI指纹数据库信息并通过聚类算法来确定标签携带者此时的位置，利用标签携带者的位置对灯光进行相应的操作，达到灯随人动的节约能源的效果。

进一步来说，基站使用的是以CC2540为主控芯片的iBeacon基站，基站是完成蓝牙发射端的控制与无线信道之间的转换，实现手机通信信号的收发与移动平台之间通过空中无线传输及相关的控制功能，可对每个用户的无线信号进行解码和发送。

标签选用自带小电池的蓝牙标签，有小型化与便捷的特点。

应用端为手机端等，包括蓝牙模块，能够根据接收到的信号强度分布，通过蓝牙模块发送给控制终端。

控制终端包括蓝牙信号接收模块、中央处理器、灯光控制模块、外部存储模块、显示模块、按键模块和电源模块；

中央处理器使用ARM系列处理器，功能强大且低功耗，通过蓝牙信号接收模块接收到应用端上的蓝牙模块所传输来的精确RSSI信息，利用聚类算法和外部存储模块事先存储的本地RSSI指纹数据库对接收到的精确RSSI信息进行分析，确定蓝牙标签目前所处位置信息，并通过灯光控制模块对灯光进行控制，同时将蓝牙标签目前所处位置信息通过蓝牙信号接收模块反馈给应用端；

灯光控制模块是实现少量引脚对大量灯光的控制，节省单片机资源，CPU根据所得到的位置信息判断应该开哪些灯，通过继电器控制灯的开关来达到智能灯光管理的目的；

外部存储模块存储本地RSSI指纹数据库，配合蓝牙信号接收模块接收到的数据与聚类算法可以得到定位信息。

按键模块与中央处理器相互传输，实现数据的在线调试；显示模块可以方便查看数据以及配合按键进行功能选择；

电源模块采用开关电源芯片进行设计，效率高，电压稳定，同时设计了2种供电方式，分别是USB供电和锂电池，为蓝牙信号接收模块、中央处理器、灯光控制模块、外部存储模块和按键模块提供电能。

为了减小系统的功耗，节约整个系统的能源，作为上述方案的进一步设置：

ARM系列处理器采用的是STM32系列，功能强大，引脚多，功耗低；

外界存储模块是IS62WV51216，具有高速，低功耗，存储容量大的优点；

蓝牙信号接收模块中的芯片采用CC2540，是典型的蓝牙低功耗芯片；

按键模块和显示模块采用同时具备触摸和显示功能的触摸屏；

电源模块包括充电模块、电源管理模块、电压转换模块，充电模块给电池充电，在这个过程中需要监测电压，以防止过充。电源管理模块控制电源的通断，判断是否需要充电。电压转换模块用以转换电池电压，以适用于各个模块不同的电压要求。

灯光控制模块主要由继电器构成，可以减少教室改造的不便，且随时通断，节约能源。

本地PSSI指纹数据库是由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。其中，数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法；网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；共识层主要封装网络节点的各类共识算法；激励层主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约；应用层则封装了各种应用场景和案例。

RSSI指纹数据库包括数据存储、数据分析、数据挖掘、数据检索和预测性分析功能，并采用密码学方式的分布式数据库对存储在数据库的数据进行有权限的数据存储、数据处理、数据分析，数据库是集成在处理器上的，只有权限者才可以获知具体个人的信息，这样也保障了使用者的信息安全，同时分布式存储大大降低了数据丢失的风险。

本实用新型可以实时跟踪每个进入教室的人所收到的RSSI值，然后中央处理器通过外部存储模块保存的RSSI指纹数据库和聚类算法对每个人进行定位获得位置信息，位置信息可以从控制终端读取到自己的手机或其他应用端。在中央处理器获得位置信息之后通过匹配算法对教室内的灯光进行控制，来达到灯跟人动，节约能源的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于嵌入式的校园灯光管理系统，其特征在于，包括：若干基站、标签、应用端和控制终端；

所述基站不断进行广播，将RSSI信息传输给所述标签；

所述标签接收所述RSSI信息，经降噪处理后得到精确RSSI信息，并将所述精确RSSI信息发送给所述应用端；

所述应用端将接收到的所述精确RSSI信息发送给所述控制终端，并接收所述控制终端反馈的标签目前所处位置信息；

所述控制终端对接收到的所述精确RSSI信息进行分析，得到所述标签目前所处位置信息，将所述标签目前所处位置信息反馈给所述应用端，并根据所述标签目前所处位置信息对灯光进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的校园灯光管理系统，其特征在于，所述标签为蓝牙标签。

3.根据权利要求2所述的一种基于嵌入式的校园灯光管理系统，其特征在于，所述控制终端包括蓝牙信号接收模块、中央处理器、灯光控制模块、外部存储模块、按键模块和电源模块；

所述蓝牙信号接收模块接收所述应用端发送的所述精确RSSI信息，并将所述精确RSSI信息发送给所述中央处理器；

所述中央处理器利用聚类算法和所述外部存储模块事先存储的本地RSSI指纹数据库对接收到的所述精确RSSI信息进行分析，确定所述蓝牙标签目前所处位置信息，并通过所述灯光控制模块对灯光进行控制，同时将所述蓝牙标签目前所处位置信息通过所述蓝牙信号接收模块反馈给所述应用端；

所述灯光控制模块配合所述中央处理器对灯光进行控制；

所述外部存储模块存储所述本地RSSI指纹数据库；

所述按键模块与所述中央处理器相互传输，实现数据的在线调试；

所述电源模块为所述蓝牙信号接收模块、所述中央处理器、所述灯光控制模块、所述外部存储模块和所述按键模块提供电能。

4.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式的校园灯光管理系统，其特征在于，所述应用端为手机，包括蓝牙模块，所述蓝牙模块接收所述蓝牙标签发送的所述精确RSSI信息，并将所述精确RSSI信息发送给所述蓝牙信号接收模块，且所述蓝牙模块接收所述蓝牙信号接收模块反馈的所述蓝牙标签目前所处位置信息，并在手机上进行显示。

5.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式的校园灯光管理系统，其特征在于，所述控制终端还包括显示模块，所述显示模块显示所述中央处理器发送的所述蓝牙标签目前所处位置信息以及对应位置的灯光亮灭信息。

6.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式的校园灯光管理系统，其特征在于，所述聚类算法为K均值聚类算法。

7.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式的校园灯光管理系统，其特征在于，所述电源模块包括充电模块、电源管理模块和电压转换模块。

8.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式的校园灯光管理系统，其特征在于，所述灯光控制模块包括继电器，并通过所述继电器对灯光进行控制。

9.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式的校园灯光管理系统，其特征在于，所述中央处理器为ARM处理器。

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