基于物联网的远程调控LED照明系统的制作方法

本发明涉及led照明系统，尤其涉及基于物联网的远程调控led照明系统。

背景技术：

1、在当今社会，照明系统作为日常生活和工作中不可或缺的一部分，其重要性不言而喻。随着科技的不断进步和人们生活品质的提高，对照明系统的要求也越来越高，传统照明系统的局限性日益凸显。

2、传统照明系统主要采用简单的电路控制，通常依赖于人工手动操作开关来实现灯具的开启和关闭，这种方式缺乏灵活性和便捷性。例如，在大型商业场所或办公楼中，管理人员需要逐个区域去操作开关来控制灯光，这不仅耗费时间和人力，而且难以实现精准的灯光控制。当需要根据不同的时间、场景或活动来调整灯光亮度和色温时，传统照明系统往往无能为力，无法满足多样化的照明需求。

3、在能源利用方面，传统照明系统存在较大的浪费现象。由于缺乏智能调节功能，灯光不能根据环境光照度和人员活动情况进行自动调整。例如，在白天自然光照充足的情况下，许多室内场所的灯光仍然保持常亮状态，造成了不必要的能源消耗。据统计，传统照明系统在一些公共建筑中的能源浪费可达照明总能耗的30％以上。而且，传统照明灯具的发光效率相对较低，大部分电能被转化为热能而浪费掉，进一步加剧了能源消耗问题。

4、在控制方式上，传统照明系统的局限性也很明显。它无法实现远程控制，这对于一些需要远程管理灯光的场景，如智能家居中的远程监控、远程办公场所的灯光控制等，带来了极大的不便。用户无法在离开场所后对灯光进行实时调控，也不能根据实际需要提前设置灯光状态。此外，传统照明系统缺乏对灯具运行状态的实时监测和数据分析功能。当灯具出现故障时，往往需要人工巡检才能发现，这不仅导致维修不及时，影响正常使用，还增加了维护成本。而且，由于无法对灯具的能耗、使用时间等数据进行收集和分析，难以对照明系统进行优化和改进，无法实现能源的有效管理和节约。

5、随着物联网技术的兴起和发展，其在各个领域的应用为照明系统的智能化升级提供了可能。物联网技术能够实现设备之间的互联互通和信息共享，使得对照明设备的远程控制、智能调节和实时监测成为现实。同时，led照明技术的不断成熟，其具有的高发光效率、长寿命、可调节性强等优点，为智能照明系统的发展提供了良好的硬件基础。然而，将物联网技术与led照明技术有效融合，构建一个功能完善、性能优越的远程调控led照明系统，仍然面临着诸多技术挑战和需求空白。例如，如何确保多种通信协议在不同环境下的稳定运行和兼容性，如何实现精准的智能控制算法以满足不同用户的个性化需求，如何保障数据的安全传输和处理等。因此，研发一种基于物联网的远程调控led照明系统，克服传统照明系统的缺点，充分发挥物联网和led技术的优势，成为了当前照明领域的一个重要发展方向和迫切需求。

技术实现思路

1、本发明提出的基于物联网的远程调控led照明系统，以解决上述现有技术中提到的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于物联网的远程调控led照明系统，包括：

3、led照明设备模块，由若干个led灯具组成，所述led灯具采用高亮度、低功耗的led芯片，发光效率不低于100lm/w，色温可在2700k-6500k范围内调节，显色指数不低于80。灯具具备良好的散热结构，确保在长时间工作时led芯片的温度不超过70℃，以延长灯具的使用寿命。每个led灯具均内置有微控制器，用于接收和执行控制指令，实现灯具的开关、调光、调色功能；

4、物联网通信模块，用于实现led照明设备与远程控制终端之间的数据通信。支持多种通信协议，包括但不限于wi-fi、蓝牙、zigbee、lora，以适应不同的应用场景和网络环境。在wi-fi通信模式下，工作频率为2.4ghz或5ghz，信号强度不低于-70dbm，确保稳定的数据传输。蓝牙通信的有效传输距离不低于10米，zigbee和lora则适用于远距离、低功耗的物联网应用，传输距离分别可达100米和1000米以上(视具体环境而定)。该模块具备数据加密和认证功能，采用aes加密算法对传输的数据进行加密处理，防止数据被窃取或篡改，保障通信安全；

5、在wi-fi通信模式下，信号强度会随着传输距离的增加而减弱，同时受到环境中障碍物、干扰源因素的影响。采用以下公式来估算wi-fi信号在实际环境中的有效传输距离dwi-fi：

6、

7、其中pt是wi-fi发射功率，单位：dbm，一般常见的wi-fi设备发射功率在10-20dbm左右，假设这里取pt＝15dbm；pr是接收端正常接收信号的最小功率阈值，单位：dbm，设定pr＝-70dbm，即信号强度不低于-70dbm时能确保稳定传输；lf是自由空间传播损耗，单位：db，计算公式为lf＝32.45+20lg(f)+20lg(d)，其中f是工作频率，单位：mhz，当工作频率为2.4ghz时，f＝2400mhz，当工作频率为5ghz时，f＝5000mhz，d是传输距离，单位：km。

8、远程控制终端模块，包括智能手机应用程序、平板电脑应用程序和网页端控制界面。通过这些终端，用户可以远程实时监控和管理led照明设备。应用程序和网页端界面设计简洁直观，易于操作，具备灯具分组管理、定时开关设置、场景模式切换功能。用户可以根据不同的需求将led灯具分组，对不同组的灯具进行独立控制，并引入灯具分组效率公式：其中egroup表示灯具分组效率，neffective是实际有效使用的灯具组数，ntotal是总灯具组数，ssatis是用户对灯具分组设置满意度的量化值，取值范围0-10，10表示非常满意，stotal是最大满意度值。通过这个公式，我们可以评估灯具分组方案的合理性和有效性，当值接近1时，表示灯具分组效果较好，能高效满足用户需求。

9、定时开关功能可设置多个时间段的开关计划，精度达到分钟级别，为了更好地适应用户的生活习惯和节能需求，我们采用智能定时优化公式来调整开关时间：其中tnew是调整后的定时开关时间，tcurrent是当前设置的定时时间，δt是时间调整幅度，ω是一个与一周天数相关的频率参数，是初始相位，这个公式可以根据用户的每周作息规律，动态调整定时开关时间。

10、场景模式包括但不限于阅读模式、聚会模式、睡眠模式，每种模式对应不同的灯光亮度、色温参数组合，引入场景舒适度评估公式：

11、cscene＝α×lbrightness+β×ccolor+γ×puniformity

12、其中cscene表示场景舒适度，lbrightness是灯光亮度值，α是亮度舒适度权重系数，ccolor是色温值，β是色温舒适度权重系数，puniformity是灯光均匀度指标，取值范围0-1，1表示完全均匀，γ是均匀度舒适度权重系数。通过这个公式，可以根据用户对不同参数的偏好和场景需求，量化评估场景模式的舒适度，从而不断优化场景模式的参数设置，为用户提供更舒适的照明体验。

13、远程控制终端与物联网通信模块之间通过互联网进行通信，数据传输响应时间不超过1秒，确保用户操作的及时性和流畅性；

14、传感器模块，集成了多种传感器，用于采集环境信息并为照明控制提供依据。包括光照度传感器，测量范围为0-10000lux，精度为±5％，能够实时监测环境光照强度；温度传感器，测量范围为-20℃-80℃，精度为±0.5℃，用于检测环境温度；人体红外传感器，检测距离不低于5米，角度范围不小于120°，可感知人体的存在和活动。传感器模块将采集到的数据通过物联网通信模块实时传输至远程控制终端和led照明设备模块，led照明设备根据这些环境信息自动调整灯光亮度、色温参数，实现智能照明控制。例如，当光照度传感器检测到环境光照强度较高时，自动降低led灯具的亮度；当人体红外传感器检测到有人进入房间时，自动开启灯光，人离开后延迟一段时间自动关闭灯光，延迟时间可在1-10分钟范围内设置；

15、数据管理与分析模块，位于云端服务器，用于存储和处理led照明系统的运行数据。包括灯具的开关记录、调光调色记录、能耗数据、环境数据。采用大数据存储技术，能够存储至少1年的系统运行数据。运用数据分析算法，对这些数据进行挖掘和分析，为用户提供能耗报告、照明使用习惯分析服务。通过能耗报告，用户可以了解不同时间段、不同区域的照明能耗情况，以便采取节能措施。照明使用习惯分析可以根据用户的操作记录，为用户推荐个性化的照明设置方案。同时，数据管理与分析模块还可以根据历史数据和环境变化趋势，预测未来的照明需求，提前调整照明策略，实现节能优化和智能管理。例如，通过分析过去一周的光照度数据和用户的开关灯时间，预测当天不同时间段的最佳灯光亮度设置，在用户使用前自动调整好灯光，提高用户体验的同时降低能耗。

16、在智能照明控制中，对于根据光照度自动调整灯光亮度，采用以下公式：

17、

18、其中lnew是调整后的灯光亮度，lcurrent是当前灯光亮度，scurrent是当前光照度传感器检测到的光照强度值，smax是光照度传感器的最大测量值10000lux，k是调整系数，根据实际场景和用户需求进行设定，取值范围一般在0.1-0.5之间。这个公式的原理是根据当前光照度与最大光照度的比例来动态调整灯光亮度，当环境光照越强，scurrent越大，lnew就会相应降低，以保持室内光照的相对稳定和舒适，达到节能和智能控制的目的。

19、当根据温度传感器数据辅助调节灯光色温时，使用以下公式：

20、cnew＝cbase+m×(tcurrent-tbase)

21、其中cnew是调整后的灯光色温值，cbase是初始设定的基础色温值(如根据场景模式预设的值)，tcurrent是当前温度传感器检测到的环境温度值，tbase是温度基准值(可以是室内适宜温度的平均值，如25℃)，m是色温调整系数，根据实验和用户体验确定，一般取值在50-200之间(单位：k/℃)。这个公式根据环境温度与基准温度的差值来调整灯光色温，当环境温度高于基准温度时，tcurrent-tbase＞0，灯光色温会相应降低，cnew<cbase，营造凉爽的感觉；当环境温度低于基准温度时，灯光色温会升高，cnew＞cbase，营造温暖的氛围，提升用户的舒适度和体验感。

22、进一步的，所述led照明设备模块还具备故障白检和报警功能。当灯具出现故障时，如led芯片损坏、驱动电源故障，微控制器能够自动检测到故障类型和位置，并通过物联网通信模块将故障信息发送至远程控制终端和数据管理与分析模块。故障信息包括故障代码、故障发生时间和灯具编号，以便用户及时了解故障情况并安排维修。同时，led灯具可以通过闪烁灯光或发出特定声音方式进行本地报警，提醒现场人员注意。

23、进一步的，所述物联网通信模块支持mesh组网功能，当多个led照明设备和传感器分布在较大区域时，可通过mesh网络实现自组织、自修复的多跳通信，提高网络的覆盖范围和稳定性。在mesh组网模式下，网络中的节点可以自动选择最优的传输路径，确保数据的可靠传输。即使某个节点出现故障，数据也可以通过其他节点的转发到达目的地，增强了系统的抗干扰能力和容错性。

24、进一步的，所述远程控制终端模块支持语音控制功能。用户可以通过语音指令对led照明设备进行操作，如“打开客厅的灯”“将卧室灯光调暗到50％”“切换到阅读模式”。语音控制功能采用先进的语音识别技术，识别准确率不低于95％，能够识别多种语言和方言，方便不同用户使用。同时，语音指令的响应时间不超过0.5秒，确保用户操作的即时性和便捷性。

25、进一步的，所述数据管理与分析模块具备与其他智能设备系统的对接能力，如智能家居系统、智能建筑管理系统。通过开放的api接口，可实现与其他系统的数据共享和交互控制。例如，与智能家居系统对接后，当用户打开家门时，不仅可以自动开启照明设备，还可以同时启动空调、电视其他智能设备，实现智能化的场景联动。与智能建筑管理系统对接，可将照明系统的运行数据纳入建筑能源管理体系，为建筑的整体能耗优化提供数据支持。

26、进一步的，一种应用基于物联网的远程调控led照明系统的方法，包括以下步骤：

27、s1、系统安装与配置，将led照明设备安装在所需位置，确保灯具安装牢固且电气连接正确。安装传感器模块，使其能够准确采集环境信息。配置物联网通信模块，使其与led照明设备、远程控制终端和云端服务器建立通信连接。在远程控制终端上安装相应的应用程序或打开网页端控制界面，进行用户注册和登录，完成系统的初始化设置；

28、s2、设备分组与场景模式设置，通过远程控制终端，根据不同的区域或功能将led照明设备进行分组，例如将客厅的灯具分为一组，卧室的灯具分为一组。为每个分组设置不同的场景模式，如阅读模式下，灯光亮度设置为500lux，色温设置为4000k；聚会模式下，灯光亮度设置为800lux，色温设置为2700k，色彩可根据氛围进行调节。用户可以根据自己的喜好和实际需求自定义场景模式的参数；

29、s3、远程控制与实时监控，用户通过智能手机应用程序、平板电脑应用程序或网页端控制界面，远程控制led照明设备的开关、调光、调色功能。可以实时查看led灯具的工作状态、环境信息(光照度、温度、是否有人)。当需要调整灯光时，用户在远程控制终端上发送控制指令，指令通过互联网传输至物联网通信模块，再由物联网通信模块转发至相应的led照明设备，led照明设备的微控制器接收指令后执行相应的操作，实现灯光的远程调控。同时，传感器模块实时采集环境信息，并将数据上传至云端服务器和远程控制终端，用户可以随时了解环境的变化情况；

30、s4、智能照明控制，根据传感器模块采集到的环境信息，led照明设备自动进行智能调节。当光照度传感器检测到环境光照强度变化时，led灯具自动调整亮度，以保持室内光照的舒适度。当人体红外传感器检测到有人进入或离开房间时，自动控制灯光的开启和关闭。温度传感器采集到的环境温度数据可用于辅助调节灯光色温，例如在温度较高时，适当降低灯光色温，给人一种凉爽的感觉；在温度较低时，提高灯光色温，营造温暖的氛围。智能照明控制算法根据预设的规则和用户的习惯进行优化，不断提高智能控制的准确性和舒适性；

31、s5、数据管理与分析，云端服务器的数据管理与分析模块对系统运行数据进行存储和分析。定期生成能耗报告，统计不同时间段、不同区域的照明能耗情况，以图表形式展示给用户，帮助用户了解能源消耗情况，发现节能潜力。对用户的照明使用习惯进行分析，根据用户的日常操作模式和环境变化规律，为用户提供个性化的照明建议和自动优化的照明策略。例如，根据用户通常在晚上7点到10点之间在客厅活动且喜欢较亮的灯光，系统在这个时间段自动将客厅灯光亮度调整到用户习惯的亮度。同时，通过对历史数据和环境趋势的分析，预测未来的照明需求，提前调整照明设备的工作状态，实现节能和智能管理；

32、在能耗预测中，采用以下时间序列预测公式：

33、

34、其中et+h是预测的t+h时刻的能耗值，et是当前时刻的能耗值，et-i是过去i个时刻的能耗值，p是考虑的历史数据时间点个数，α、β是能耗历史数据的加权系数，根据数据的重要性和时效性确定，γ是环境因素(如温度、光照度)对能耗的影响系数，通过数据分析得到，是时刻的环境因素综合值(可以是多个环境参数的加权和)。通过这个公式，系统可以根据历史能耗数据和当前环境情况，较为准确地预测未来一段时间内的照明能耗，为节能措施的制定提供依据。

35、s6、系统维护与故障处理，定期对led照明系统进行检查和维护，包括灯具的清洁、传感器的校准、通信设备的测试。当系统检测到led照明设备出现故障时，通过远程控制终端和数据管理与分析模块及时获取故障信息。根据故障类型和严重程度，安排相应的维修人员进行维修。对于一些简单的故障，如灯具灯泡松动，用户可以根据系统提供的故障排除指南自行解决。维修完成后，对设备进行测试，确保其恢复正常工作，并将维修记录上传至云端服务器，以便后续查询和分析。

36、进一步的，在系统安装与配置步骤中，对led照明设备和传感器进行校准，确保其测量数据的准确性。校准过程包括光照度传感器的校准、温度传感器的校准和人体红外传感器的校准。光照度传感器校准采用标准光源进行比对校准，校准精度达到±3％。温度传感器校准采用高精度温度计作为参考，校准误差不超过±0.3℃。人体红外传感器校准通过模拟人体活动进行测试和调整，确保检测的准确性和可靠性。

37、进一步的，在智能照明控制步骤中，采用自适应学习算法对智能照明控制策略进行优化。系统根据用户的实际使用反馈和环境变化情况，不断调整灯光亮度、色温参数的调节策略。例如，如果用户经常手动调整灯光亮度高于智能控制设定的亮度，系统会逐渐增加该场景下的默认亮度值，以更好地满足用户需求。通过不断的学习和优化，提高智能照明控制的个性化和舒适性。

38、进一步的，在数据管理与分析步骤中，利用机器学习算法对能耗数据进行分析和预测。采用回归分析算法建立能耗模型，根据历史能耗数据、环境因素(如季节、天气)和照明使用情况特征，预测未来一段时间内的能耗趋势。通过提前制定节能措施，如调整照明设备的工作时间、优化智能控制策略，实现能源的有效管理和节约。

39、进一步的，在系统维护与故障处理步骤中，建立设备故障知识库。将常见的故障类型、故障原因、解决方法信息录入知识库。当系统出现故障时，通过故障诊断算法与知识库进行比对，快速定位故障原因并提供相应的解决方案。同时，定期对知识库进行更新和优化，提高故障处理的效率和准确性。

40、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

41、本发明通过高精度的led照明设备模块，实现了灯具的高效发光、宽色温调节和高显色指数，为用户提供了优质的照明体验。内置微控制器使得灯具能够精准地执行开关、调光、调色等操作，满足不同场景的需求。

42、物联网通信模块的多种通信协议支持和数据加密功能，确保了系统的稳定通信和数据安全。无论是wi-fi、蓝牙、zigbee还是lora，都能适应不同环境，保障了远程控制的可靠性。同时，数据加密防止了数据被窃取或篡改，保护了用户隐私和系统安全。

43、远程控制终端模块的丰富功能极大地提升了用户的便捷性。灯具分组管理、定时开关设置和场景模式切换等功能，让用户可以根据自己的需求轻松定制照明方案。创新的灯具分组效率公式、智能定时优化公式和场景舒适度评估公式，进一步优化了用户体验，提高了照明系统的智能化程度。

44、传感器模块的应用实现了智能照明控制。根据光照度、温度和人体活动等环境信息自动调整灯光亮度和色温，不仅提高了舒适度，还实现了节能目标。例如，根据光照度自动调节亮度，避免了光线过强或过暗；根据温度辅助调节色温，营造出更适宜的氛围。

45、数据管理与分析模块发挥了重要作用。它能够存储和分析大量的运行数据，为用户提供个性化的照明设置方案，预测照明需求并提前调整策略，在提高用户体验的同时有效降低了能耗。

46、此外，系统的故障自检和报警功能、mesh组网功能、语音控制功能以及与其他智能设备系统的对接能力，进一步增强了系统的可靠性、扩展性和兼容性。本发明全面提升了led照明系统的性能，为用户提供了更加智能、便捷、节能和安全的照明解决方案。