物联网的智能楼宇照明控制自动化
摘 要随着科学技术的不断发展，尤其是物联网技术的快速成熟，以及人们对低碳、智能、舒适环境的认知和渴望，推动传统建筑正在快速地向智能建筑的转变。智能照明控制系统针对布线繁琐、功能单一、扩展性差、人工管理等诸多缺陷应运而生。物联网技术给照明系统“智能化、网络化、低碳化”的数字家庭带来了广阔的应用前景和发展空间。 本文设计了一种智能楼宇照明控制系统，基于物联网技术，以实现照明的智能化控制为目的。文中从四个方面对智能楼宇照明控制系统进行分析和介绍。首先，分析现有智能楼宇系统中智能照明控制系统的优缺点，提出基于物联网智能楼宇照明控制系统解决方案；其次，以物联网为基础设计本系统总体架构，进而介绍各个层次中各个模块及功能，最终完成系统的设计；然后，在系统设计的基础上实现照明控制系统，设计照明控制子系统的一系列功能并完成该功能的实现；最后，从系统功能和性能方面对整体进行测试。本文设计的基于物联网的智能楼宇照明控制系统不仅能够根据实际环境需求控制设备，避免不必要的操作，减少能源的消耗，同时该系统中利用智能传感器来控制分布在建筑各层的设备，避免人员现场进行控制和调整，极大提高了工作效率，从而实现照明的智能化控制。
目录
摘 要 I
Abstract II
目录 III
第一章 绪论 1
1.1. 课题研究的背景和意义 1
1.2. 国内外研究现状 2
1.2.1. 智能建筑的研究现状 2
1.2.2. 智能照明控制的研究现状 3
1.3. 论文组织结构 6
第二章 系统设计 7
2.1. 组网结构设计 7
2.2. 功能结构设计 9
2.2.1. 上层应用系统功能结构设计 9
2.2.2. DCP系统功能结构设计 10
2.2.3. Gateway功能结构设计 14
2.3. 本章小结 14
第三章 系统实现 15
3.1. 系统首页 15
3.2. 照明控制 16
3.2.1. 本地控制 16
3.2.2. 远程控制 17
3.3. 本章小结 23
第四章
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系统测试 24
4.1. 系统功能测试 24
4.1.1. 立即任务测试 24
4.1.2. 计划任务测试 26
4.1.3. 策略任务测试 29
4.2. 系统性能测试 33
4.2.1. 系统性能测试规格 34
4.2.2. 系统性能测试 34
4.3. 本章小结 35
第五章 总结与展望 37
5.1. 总结 37
5.2. 展望 37
参考文献 39
致 谢 41
参考文献原文： 43
参考文献翻译： 69
第一章 绪论
课题研究的背景和意义
随着经济不断发展，物联网[1]技术逐渐兴起，智能化设备进入企业与个人家庭的视野。与此同时，在建筑能耗中占有很大比例的照明系统亟需向“智能化、节能化”改进。
照明控制是楼宇建设的重要系统之一，但随着能源的日益衰竭，照明系统浪费严重的问题也越来越被人们重视。与此同的，企业及个人用户对环境体验的舒适度要求也越来越高，传统的照明控制系统普遍存在单一的机械控制，传统的照明方式，及为了节省人力控制成本而出现的“长明灯”现象。[2]用户需要一种更加智能，更加环保的照明控制系统，比如在有人的情况下开灯，无人情况下自动关灯；可以根据阳光光照强度自适应调节照明强度；以及在有严格工时安排的企业可以进行计划定时控制开关灯。人们所期望的智能化的照明控制系统可以根据不同的场景进行自适应地调节照明模式。这样，不仅能够使人更加舒适的体验照明系统，同时能达到节能减排，减少资源浪费的目的[4]。
一般来说，传统室内照明控制系统的状况比较简单。传统的室内照明控制方式[3]如图1.1所示。对于此照明控制系统而言，它在线路系统上基本采用简单的单控电路或者双控电路；在单/双控电路的控制系统中，控制开关直接接在负载回路之中，只能实现简单的开或关的功能。由于开关之间连接照明线路的电缆，所以在实现多点控制时，随着开关间的铺设的电缆线路增多，线路的安装也变得非常复杂，工程施工难度极大。快速发展的计算机技术及无线通信技术，为升级替代传统家居照明控制系统带来了技术上的有利的保证。“我们可以通过研究设计智能家居照明控制系统，解决传统照明线路铺陈繁琐，控制器比较分散无法集中控制，室内照明不能实现灵活的调节，资源浪费严重等等诸多现存的问题”[3]。
图1.1传统照明控制线路
本文设计的基于物联网智能楼宇照明控制系统可以克服现存的传统照明控制的技术缺陷，是用户体验更为舒适，同时又能实现节能，具有很大的市场应用前景。
国内外研究现状
智能建筑的研究现状
1984年美国康涅狄格州哈特福德市(Hartford)建设的都市大厦[5](City Palace Building)的建成成为智能建筑的一个里程碑，都市大厦成为之后世界各国和跨国公司纷纷效仿的对象；如何建设更加安全、高效、便利和舒适的建筑成为现代建筑的主流国际标准；截止目前，美国的智能建筑已超万座，而日、法、英、港等地的智能建筑群也是方兴未艾。
智能建筑发展的历程[5]大概可以分为四大阶段：第一阶段即1984年至1990年的单一化、以满足特定功能需求为目的的专用系统阶段，该阶段人们只能选择极少数最重要的设备实现管理和监控，而大多数的设备仍需传统的手动记录和现场操作[6]；第二阶段即1990至1995年，多样化全面化系统综合控制阶段[7]，随着微电子技术不断发展以及成本的降低，所有设备可集中显示在中央控制系统中，其效率较上一代相比也大大提高，但其不足之处是系统处理能力较低，不能满足大型设备、实时监控及管理需求；第三阶段即1995年至2000年系统集成阶段[8]，这一阶段中由主要依靠中央控制系统完成的功能，替换为由一些价格较低但同时具有高效处理能力的远程控制器代替，因此，中央控制系统的功能也扩大到了设备末端，基本实现了集中监控，分散管理效果；第四阶段即2001年至今，这一阶段的主要特点是一体化集成管理[5]，其架构分为中央控制系统，各功能监控系统和一体化管理平台三级结构，通过一体化公共管理平台，实现建筑的集中监视、高效分析和远程管理功能。
国外的智能建筑领域，在过去几十年里的不断发展之中，已经取得了一系列的进展，硕果累累。其产品智能化集成化程度高，种类丰富，系统可靠性和安全性都达到了很高水平，其中最具代表性的有：瑞士的S600智能监控系统和SmartSite系统，美国霍尼韦尔(Honeywell)公司的EBI系统[9]等。“近几年来，我国在智能楼宇方向的研究也取得了一定成果，例如北京三维力控、西安协同等厂家的产品也正在不断缩小与国外先进企业的差距”[5]。
通过研究分析现有智能楼宇的现状，我们可以发现，虽然国内外智能楼宇技术已经较为成熟，其相关产品功能比较丰富，可靠性较高，但仍存在一些不足和缺失[5]，其中主要包括：
目录
摘 要 I
Abstract II
目录 III
第一章 绪论 1
1.1. 课题研究的背景和意义 1
1.2. 国内外研究现状 2
1.2.1. 智能建筑的研究现状 2
1.2.2. 智能照明控制的研究现状 3
1.3. 论文组织结构 6
第二章 系统设计 7
2.1. 组网结构设计 7
2.2. 功能结构设计 9
2.2.1. 上层应用系统功能结构设计 9
2.2.2. DCP系统功能结构设计 10
2.2.3. Gateway功能结构设计 14
2.3. 本章小结 14
第三章 系统实现 15
3.1. 系统首页 15
3.2. 照明控制 16
3.2.1. 本地控制 16
3.2.2. 远程控制 17
3.3. 本章小结 23
第四章
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系统测试 24
4.1. 系统功能测试 24
4.1.1. 立即任务测试 24
4.1.2. 计划任务测试 26
4.1.3. 策略任务测试 29
4.2. 系统性能测试 33
4.2.1. 系统性能测试规格 34
4.2.2. 系统性能测试 34
4.3. 本章小结 35
第五章 总结与展望 37
5.1. 总结 37
5.2. 展望 37
参考文献 39
致 谢 41
参考文献原文： 43
参考文献翻译： 69
第一章 绪论
课题研究的背景和意义
随着经济不断发展，物联网[1]技术逐渐兴起，智能化设备进入企业与个人家庭的视野。与此同时，在建筑能耗中占有很大比例的照明系统亟需向“智能化、节能化”改进。
照明控制是楼宇建设的重要系统之一，但随着能源的日益衰竭，照明系统浪费严重的问题也越来越被人们重视。与此同的，企业及个人用户对环境体验的舒适度要求也越来越高，传统的照明控制系统普遍存在单一的机械控制，传统的照明方式，及为了节省人力控制成本而出现的“长明灯”现象。[2]用户需要一种更加智能，更加环保的照明控制系统，比如在有人的情况下开灯，无人情况下自动关灯；可以根据阳光光照强度自适应调节照明强度；以及在有严格工时安排的企业可以进行计划定时控制开关灯。人们所期望的智能化的照明控制系统可以根据不同的场景进行自适应地调节照明模式。这样，不仅能够使人更加舒适的体验照明系统，同时能达到节能减排，减少资源浪费的目的[4]。
一般来说，传统室内照明控制系统的状况比较简单。传统的室内照明控制方式[3]如图1.1所示。对于此照明控制系统而言，它在线路系统上基本采用简单的单控电路或者双控电路；在单/双控电路的控制系统中，控制开关直接接在负载回路之中，只能实现简单的开或关的功能。由于开关之间连接照明线路的电缆，所以在实现多点控制时，随着开关间的铺设的电缆线路增多，线路的安装也变得非常复杂，工程施工难度极大。快速发展的计算机技术及无线通信技术，为升级替代传统家居照明控制系统带来了技术上的有利的保证。“我们可以通过研究设计智能家居照明控制系统，解决传统照明线路铺陈繁琐，控制器比较分散无法集中控制，室内照明不能实现灵活的调节，资源浪费严重等等诸多现存的问题”[3]。
图1.1传统照明控制线路
本文设计的基于物联网智能楼宇照明控制系统可以克服现存的传统照明控制的技术缺陷，是用户体验更为舒适，同时又能实现节能，具有很大的市场应用前景。
国内外研究现状
智能建筑的研究现状
1984年美国康涅狄格州哈特福德市(Hartford)建设的都市大厦[5](City Palace Building)的建成成为智能建筑的一个里程碑，都市大厦成为之后世界各国和跨国公司纷纷效仿的对象；如何建设更加安全、高效、便利和舒适的建筑成为现代建筑的主流国际标准；截止目前，美国的智能建筑已超万座，而日、法、英、港等地的智能建筑群也是方兴未艾。
智能建筑发展的历程[5]大概可以分为四大阶段：第一阶段即1984年至1990年的单一化、以满足特定功能需求为目的的专用系统阶段，该阶段人们只能选择极少数最重要的设备实现管理和监控，而大多数的设备仍需传统的手动记录和现场操作[6]；第二阶段即1990至1995年，多样化全面化系统综合控制阶段[7]，随着微电子技术不断发展以及成本的降低，所有设备可集中显示在中央控制系统中，其效率较上一代相比也大大提高，但其不足之处是系统处理能力较低，不能满足大型设备、实时监控及管理需求；第三阶段即1995年至2000年系统集成阶段[8]，这一阶段中由主要依靠中央控制系统完成的功能，替换为由一些价格较低但同时具有高效处理能力的远程控制器代替，因此，中央控制系统的功能也扩大到了设备末端，基本实现了集中监控，分散管理效果；第四阶段即2001年至今，这一阶段的主要特点是一体化集成管理[5]，其架构分为中央控制系统，各功能监控系统和一体化管理平台三级结构，通过一体化公共管理平台，实现建筑的集中监视、高效分析和远程管理功能。
国外的智能建筑领域，在过去几十年里的不断发展之中，已经取得了一系列的进展，硕果累累。其产品智能化集成化程度高，种类丰富，系统可靠性和安全性都达到了很高水平，其中最具代表性的有：瑞士的S600智能监控系统和SmartSite系统，美国霍尼韦尔(Honeywell)公司的EBI系统[9]等。“近几年来，我国在智能楼宇方向的研究也取得了一定成果，例如北京三维力控、西安协同等厂家的产品也正在不断缩小与国外先进企业的差距”[5]。
通过研究分析现有智能楼宇的现状，我们可以发现，虽然国内外智能楼宇技术已经较为成熟，其相关产品功能比较丰富，可靠性较高，但仍存在一些不足和缺失[5]，其中主要包括：
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