基于物聯(lián)網(wǎng)的家用式節(jié)能臺燈路由器獲獎科研報(bào)告

摘要：本產(chǎn)品基于太陽能發(fā)電技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)，以節(jié)能環(huán)保為目的，通過組合創(chuàng)新的方法，將太陽能發(fā)電板，臺燈，路由器三個本不相干的物品組合在一起，即創(chuàng)造出一款家用式節(jié)能型臺燈路由器。

（1）臺燈部分可以根據(jù)外界光照強(qiáng)度，自動對節(jié)能燈

（2）珠組進(jìn)行亮度調(diào)整或通斷，達(dá)到智能節(jié)電的目的。

（2）太陽能電池板可以在光照充足的時(shí)候，收集電能并將其儲存在鋰電池中。

（3）通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，用戶在手機(jī)端進(jìn)行云登陸，在其無需用電器并且用戶遠(yuǎn)離用電設(shè)備的場合，自行關(guān)斷用電設(shè)備，達(dá)到了節(jié)電的目的。

（4）將路由器與臺燈兩個家庭必需品進(jìn)行組合，能夠有效解決家庭無線上網(wǎng)和燈光照明的問題，減小了占用空間，具有單一臺燈或無線路由器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

（5）利用單片機(jī)控制技術(shù)，通過stm32f103c8t6型號單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)電池電量的管理與基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)端控制功能，將上述功能部件以一定控制邏輯關(guān)系有機(jī)地組合在一起，從而形成一個完整的作品。

關(guān)鍵詞：智能節(jié)電;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);電量管理;遠(yuǎn)端控制

00TP368.1000A

前言：通過調(diào)查研究，路由器作為必不可少的家用電器，在大多數(shù)家庭中往往會忽視掉其耗能，對其進(jìn)行全天不斷電處理，而且臺燈同樣作為家庭必備電器，在隨手關(guān)燈的宣傳之下，仍有一大部分人在離開時(shí)忘記關(guān)閉。這兩種常用電器，雖然并不會在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的能耗，但一旦大部分人都不重視日積月累，將會給社會帶來一筆巨大的能源浪費(fèi)。若人們離家之后還能知曉家中電器是否斷電并對其進(jìn)行操控（斷電處理），將會很大程度上避免一部分資源的浪費(fèi)，因此在遠(yuǎn)端對臺燈與路由器的通電狀態(tài)監(jiān)視與控制是十分重要的。另外隨著太陽能發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，太陽能轉(zhuǎn)換效率不斷提升，對太陽能的利用可行度也在提高，因而通過收集太陽能轉(zhuǎn)化的電能，并加以利用，將達(dá)到節(jié)約能耗成本的要求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。物聯(lián)網(wǎng)概念的出現(xiàn)為智能家居的發(fā)展提供了新的方向[1]。本臺燈路由器產(chǎn)品通過物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)端操控技術(shù)與太陽能發(fā)電技術(shù)，達(dá)到家庭的低碳減耗，進(jìn)而社會的節(jié)能環(huán)保的目的，其不僅在經(jīng)濟(jì)方面，而且在環(huán)境保護(hù)方面都具有深遠(yuǎn)的意義。

1設(shè)計(jì)方案

產(chǎn)品技術(shù)路線如圖一所示。

本小組研究設(shè)計(jì)了一種家用式節(jié)能臺燈路由器，其中包括控制電路設(shè)計(jì)，外觀設(shè)計(jì)，代碼的編寫。

本作品控制電路采用模塊化設(shè)計(jì)的方法，將主控芯片、太陽能發(fā)電板、路由器、GPRS模組、節(jié)能燈珠等模塊化，分別構(gòu)成各自的外圍電路，最后將上述模塊以一定規(guī)則有序地連接在一起，便構(gòu)成了此產(chǎn)品。

本產(chǎn)品采用STM32f103c8t6作為主控芯片，通過STM32單片機(jī)操控繼電器以實(shí)現(xiàn)對節(jié)能燈珠組與路由器的操控，通過STM32的ADC模塊對太陽能充電鋰電池組的電量進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)對電池充放電的保護(hù)，通過光敏二極管對環(huán)境光照強(qiáng)度進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)自動控制臺燈亮滅的目的，通過GPRS模塊接入機(jī)智云，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云端共享。產(chǎn)品使用者可以通過手機(jī)接入云端，從而輕易的監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（1）家用式節(jié)能臺燈路由器臺燈部分，可以根據(jù)外界光照強(qiáng)度，自動對節(jié)能燈珠組進(jìn)行調(diào)整，即當(dāng)外界光照強(qiáng)度過低并且設(shè)置模式為自動調(diào)整時(shí)，臺燈將自動打開或者亮度增加，當(dāng)外界光照強(qiáng)度過高并且設(shè)置模式為自動調(diào)整時(shí)，臺燈將自動關(guān)閉或者亮度降低，從而達(dá)到智能節(jié)電的目的。

（2）通過機(jī)智云平臺，開發(fā)一款專用手機(jī)app，可以在遠(yuǎn)端查看與調(diào)節(jié)臺燈路由器的狀態(tài)，如查看臺燈與路由器的通電狀態(tài)、獨(dú)立操控臺燈與路由器、設(shè)置運(yùn)行模式、設(shè)置光照閾值等等，極大的方便了用戶的使用，使用戶不必近距離手動操作開關(guān)就能實(shí)現(xiàn)對臺燈或路由器的接通與關(guān)斷操作，并且解決了普通智能家居必須依靠路由器所提供的WiFi而無法對路由器進(jìn)行操作的尷尬，通過實(shí)時(shí)查看臺燈與路由器的通電狀態(tài)，可以在用戶無需用電器并且用戶遠(yuǎn)離用電設(shè)備的場合，由用戶自行關(guān)斷用電設(shè)備，從而從客觀層次解決了用戶無法及時(shí)關(guān)斷用電設(shè)備而造成用電浪費(fèi)的問題，達(dá)到了節(jié)電的目的。

（3）利用太陽能板收集電能，將電能儲存于鋰電池組中，并對鋰電池充放電進(jìn)行電源管理，防止過充與過放。對臺燈路由器進(jìn)行供電轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)鋰電池與外部供電電源的切換，對電能進(jìn)行合理利用，達(dá)到節(jié)電目的。

2工作原理及其樣品展示

下面是其控制原理圖和供電關(guān)系圖。

供電系統(tǒng)采用外接電源與鋰電池組兩種供電方式

利用上述原理及設(shè)計(jì)思想，手工制作本產(chǎn)品樣品實(shí)物如圖4所示。

3創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

1）利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對臺燈路由器進(jìn)行云端管理，達(dá)到節(jié)電目的。

2）通過對光照的感知，實(shí)現(xiàn)對臺燈的智能管理。

3）運(yùn)用組合創(chuàng)新的方法，將臺燈與路由器有機(jī)結(jié)合在一起。

在全國各個地方，臺燈與路由器是每個家庭必備的電器，需求量十分巨大，我們的家用式節(jié)能臺燈路由器應(yīng)用前景十分廣闊，其中原因主要有以下兩個方面。

一方面，物聯(lián)網(wǎng)是泛在網(wǎng)的一種應(yīng)用形式，不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，旨在實(shí)現(xiàn)人與物，物與物的智能通信，應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)具有很好的創(chuàng)新指導(dǎo)作用[2]。我們采用了物聯(lián)網(wǎng)萬物互聯(lián)的思想，將產(chǎn)品接入物聯(lián)網(wǎng)，無論身處何地，只要手機(jī)連入互聯(lián)網(wǎng)，登入應(yīng)用，即可在云端查看與操控設(shè)備，及時(shí)將無用的耗電設(shè)備關(guān)掉，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，為用戶節(jié)省一筆可觀的電費(fèi)支出