بخشی از مقاله
چکیده
شبکه های بی سیم سنسوری امروزه برای کاربردهای مانیتورینگ در محیطهای وسیع جزء تکنولوژی های کم هزینه محسوب میگردند. این حسگرهای کوچک توانایی انجام اعمالی چون دریافت، پردازش و ارسال اطلاعات مختلف را دارند و می توانند بصورت شبکه های بی سیم سنسوری مورد استفاده قرار گیرند. یک شبکه حسگر متشکل از تعداد زیادی گره های حسگری است که در یک محیط به طور گسترده پخش شده و به جمع آوری اطلاعات از محیط میپردازند. این شبکهها میتوانند برای نظارت و و کنترل موارد بسیار از جمله طراحی شبکه-های بیسیم برای کنترل روشنایی معابر بکار روند. در این مقاله، شبکه و اجزای سیستم هوشمند روشنایی مورد بررسی قرار میگیرند و سپس یک شبکه نمونه بصورت سخت افزاری و نرم افزاری طراحی و پیاده سازی میشود.
کلمات کلیدی: سیستم هوشمند روشنایی، پروتکل زیگبی، کنترل از راه دور، سامانه مدیریت روشنایی
مقدمه
یکی از فناوری های به روز دنیا که توجه بسیاری را به سمت خود جلب نموده است، هوشمندسازی سیستم های الکتریکی می باشد. یکی از ابزارهای هوشمندسازی سیستم های الکتریکی استفاده از شبکه های Wireless یا بی سیم می باشد که به سبب سهولت در اجرا و کنترل تمامی تجهیزات سیستم از راه دور، امکان برنامه ریزی تجهیزات متناسب با عادات و نیازها، صرفه جویی در تجهیزات، تسریع، قابلیت ارتقاء سیستم در آینده، بالارفتن طول عمر تجهیزات و کاهش هزینه های مربوط به تعمیر و نگهداری می شود.
فناوری روشنایی هوشمند از جمله روش هایی است که به تایید دانشنمدان صاحب نظر در زمینه ی بهینه سازی مصرف انرژی رسیده است.ابزار بسیار مناسبی برای کاهش مصرف برق و به عبارتی دیگر برای تامین هوشمندانه و بهنگام روشنایی موردنیاز می باشد.
تامین روشنایی تنها بخشی از کارایی این فناوری است، این فناوری می تواند برای کنترل و مانیتور هر وسیله الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد. امروزه، سیستمهای روشنایی اهمیت ویژهای دارند و تعریفهای متفاوتی نسبت به قبل از جمله تامین روشنایی مطلوب برای آنها ایجاد شده است. سیستم روشنایی امروزی، استفاده های گسترده تری از قبیل ترکیب انواع روشنایی داخلی با طراحیهای داخلی و فضاسازیهای گوناگون، روشناییهای حجمی و تزئینی، متغیر و پویا بودن سبک روشنایی یک محیط برای استفاده در زمان ها و موقعیت های مختلف و استفاده های چند کاره از محیط و ... پیدا کرده اند. با این کاربردهای جدید، سیستم روشنایی به حیطه مهندسی ورود پیدا کرده و تخصص های ویژه ای را از جمله هوشمند سازی به روش کنترل از راه دور و ... به وجود آورده است.
در سامانه مدیریت روشنایی1 راههای مختلفی برای دریافت اطلاعات از محیط وجود دارد .روشهای مختلفی از جمله سنسورها، فتوسلها و زمانسنجها و صفحهکلیدهای ماتریسی و ریموت کنترلها و سیستمهای مخابراتی که اطلاعات را به سامانه مرکزی انتقال داده و پس از تجزیه و تحلیل، منابع روشنایی را تحت مدیریت خود قرار میدهد. سامانه مدیریت روشنایی یک فناوری دیجیتالی است که از دو بخش نرمافزاری و سختافزاری تشکیل شده است. با هوشمندسازی مدارات و فرمانها و تجهیزات در یک دستگاه بیشترین رفاه را با کمترین هزینه به ارمغان میآورد.
هدف این مقاله، ارایه یک سیستم مخابراتی بی سیم جهت کنترل از راه دور المانهای روشنایی - LED - است، که از آن به عنوان فناوری روشنایی هوشمند2 نیز یاد می شود که در بخش دوم مزایا و معایب این سیستم ها به طور مفصل بررسی می شوند. در بخش سوم به معرفی پروتکل زیگبی پرداخته و سپس در بخش چهارم اجرا و پیاده سازی سخت افزاری و نرم افزاری یک سیستم هوشمند کنترل روشنایی بررسی میشود و در انتها نتیجه گیری مقاله ارایه می شود.
سیستم روشنایی هوشمند
با استفاده از راهکارهای نوین هوشمندسازی، اصلاح منبع نور و طراحی روشنایی می توان تا 80% مصرف انرژی را در بخش روشنایی کاهش داد . هوشمندسازی تجهیزات علاوه بر این که باعث کاهش چشمگیر مصرف می شود، کمک می کند تا تجهیزات پر مصرف یا خرابی های موجود در سیستم شناسایی شده و در صورت لزوم و داشتن توجیه اقتصادی، آنها را با تجهیزات کم مصرف و یا سالم جایگزین نمود. با توجه به اهمیت هوشمند سازی روشنایی در ساختمانهای مسکونی و اداری و... راه حل های متنوعی برای کاربردهای مختلف وجود دارد.
کنترل هوشمند سیستم روشنایی نه تنها میزان نور دهی را تحت کنترل می گیرد بلکه در صرفه جویی در مصرف انرژی نیز بسیار مؤثر است. در واقع در این روش هم از نور طبیعی و هم از نور تولیدی منابع نور، میزان نور مطلوب تامین خواهد شد و این فرآیند بطور اتوماتیک انجام می گیرد.بطورکلی این گونه سیستم ها با بهره گیری از سنسورهای تشخیص حرکت و میزان نور محیط و کلیدهای تعبیه شده در هر فضای داخلی می توانند فرآیند مطلوب را پیاده سازی نمایند.
بدیهی است که در حالت اتوماتیک منابع نور با توجه به سنسورهای میزان نور و نقطه مطلوب تعریف شده نوردهی خواهند داشت. از دیدگاه منابع نوری نیز چگونگی قطع و وصل منبع نور و یا کم و زیاد کردن شدت نور مطرح می باشد که با توجه به نوع منبع نور راه کارهای متفاوتی وجود دارد. از جهت نحوه پیاده سازی سیستم ساختارهای متفاوتی مطرح می باشد که با توجه به کاربری پروژه و مساحت تحت کنترل سیستم هم می توان از یک کنترلر ساده جهت این امر بهره گرفت و هم می توان از کنترلرهای پیچیده تر استفاده نمود.
در این بخش با زبانی ساده، تجربی و دقیق، برخی از معایب سیستم روشنایی سنتی بیان میشوند و در مقابل مزایای هوشمندسازی روشنایی مطرح میشوند تا دلایل انتخاب روشنایی هوشمند در بازار ساخت و ساز کنونی ساختمان در مقابل طرح سنتی آن، از تمامی جوانب روشن گردد.
معایب سیستم روشنایی سنتی
عدم امکان تغییر در نوع کنترل: اگر کنترل یک سرخط روشنایی سنتی با استفاده از یکی از کلید های تک پل، دو پل، تبدیل و صلیبی باشد، تا آخر هم همین خواهد بود و غیر از استفاده از این کلیدها به گونه ای دیگر نمی توان کنترل آن سرخط روشنایی را در دست داشت.
خاموشی زیاد در هنگام تغییرات و تعمیرات: در صورت سوختن یک چراغ و یا تغییر و تعمیر در مسیر یک سرخط روشنایی، حداقل مجبور به قطع برق فیوزی هستید که آن سرخط روشنایی در مسیر خروجی آن فیوز است و بدیهی است تنها آن فیوز مربوط به آن سرخط نبوده و ممکن است برای ایجاد این تعمیرات یا تغییرات برای مدتی که فیوز قطع است، سایر سرخطهای روشنایی و حتی پرده برقی، آیفون تصویری و پریز که در مسیر آن فیوز هستند خاموش باشند و این کار تعمیرات را در ساعات تاریک شبانه روز غیر ممکن خواهد کرد.
مصرف بالا انرژی و بدون صرفه جویی: در طرح سنتی روشنایی، چون کنترل روی بخش های روشنایی تنها از طریق کلیدهای سنتی نصب شده روی دیوار میباشد، بنابراین هیچ مدیریتی در زمینه کاهش مصرف انرژی نمیتوان داشت و تنها وقتی مصرف انرژی کاهش مییابد به صورت دستی کلید مربوط به آن سرخط روشنایی را میتوان خاموش کرد.
افزایش خرابی انواع چراغ ها: با گذر زمان و افزایش طول عمر ساختمان، به دلیل فرسودگی کلیدهای سنتی سر راه سرخط-های روشنایی، برق ورودی به سرخط روشنایی به جای تغییر سطح ولتاژ آن از صفر به 220 ولت در یک لحظه، ممکن است با تأخیر و یا پس از چندین بار نوسان از صفر به 220 ولت برسد که این مستقیما به چراغ ها آسیب رسانده و باعث کاهش عمر مفید آن ها و در نهایت سوختن چراغ میشود.
به خصوص در مورد لامپ های کم مصرف تعدد پر شمار کلیدهای سنتی دیواری: بی شک این مهمترین عیب است. اگر در ساختمان های امروزی و به ویژه در سطح زیر بنای بالا که روشناییهای زیادی در ساختمان کار میشود سیستم روشنایی به صورت سنتی اجرا شود، با پدیده تعدد و شمار بالای کلیدهای سنتی در سطح دیوارهای داخلی ساختمان روبرو هستیم که متأسفانه این پدیده از دید سازندگان دور بوده و در زمان تحویل ساختمان جلوه پیدا میکند و معایبی از قبیل: سیم کشی های زیر ساخت دشوار، نصب دشوار کلیدها کنار یکدیگر، حجم بالای سیم در پشت کلیدها و عدم ایمنی و امکان قطعی بالا، افزایش هزینه تحمیلی خرید کلیدها در آخر، پر شدن دیوار ها و جلوه نامناسب و ناهماهنگ با فضاسازی های مدرن و مهمتر از همه انتخاب دشوار کلیدی است که میخواهد سرخط مورد نظر ما را کنترل کند.
عدم امکان استفاده از سیستمهای جدید روشنایی: و در آخر درطرح سنتی، دست ما برای استفاده از انواع تکنولوژی های نوین روشنایی بسته است و بسیاری از محصولات روشنایی جدید را نمیتوان در مجموعه سنتی خود اضافه کرد و به درستی استفاده نمود.
مزایای سیستم روشنایی هوشمند
انعطاف پذیری: در سیستم روشنایی هوشمند، به راحتی می توان سرخط یک روشنایی جدید را وارد مجموعه خانه هوشمندتان کنید و کنترل آن را از طریق تمامی درگاه های ارتباطی و کنترلی هوشمند به دست بگیرید.اجرای انواع طرح های صرفه جویی در مصرف انرژی: به راحتی می توان با ساخت سناریوهای هوشمند گوناگون، مصرف برق خود را در زمینه روشنایی کاهش دهید و مدیریت های یکپارچه ای به روی تک تک سرخط های روشنایی یا مدیریت کلی بر روی تمامی آن ها داشته باشید.تغییر اصولی شدت نور یا دیم کردن روشنایی: در سیستم هوشمند می توان چراغ های مصرفی خود را دیم کرده و شدت نور آن را به دلخواه و یا در قالب سناریوهای گوناگون تغییر داده تا فضای دارای سطوح روشنایی گوناگون شود.
