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无线传感网络技术在智能艺术灯饰系统中的应用研究 　　摘 要：文中提出了一种基于无线传感网络的无线智能艺术灯饰系统的设计方案，该方案融合被动红外传感器、PWM调制、遗传算法等技术为一体，是一种物联网智能灯饰集群，该集群可将艺术和技术结合起来，使观众获得良好的使用体验。 　　关键词：智能灯饰；被动红外传感器；PWM调制；遗传算法 　　中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）03-00-06 　　0 引 言 　　人类进入电灯照明时代以来，功能丰富的灯饰如雨后春笋般涌现。随着科技的进步，发光二极管作为光源在短短30年间取得飞速发展，近年来，在建筑物装饰或是大型活动布景领域都有广阔的应用前景。在我们的生活中处处离不开艺术灯饰的点缀，但是传统艺术灯饰不仅控制方式比较单一，而且不能方便地形成网络，进行规模化部署。 　　本文将无线传感网络技术与传统的艺术灯饰相结合，提出了一种基于无线传感技术的智能艺术灯饰系统，在设计与实现的基础上，对所设计的关键技术进行了研究。首先根据无线传感网络的技术优势和艺术灯饰的应用特点，将无线传感网络技术应用到艺术灯饰中，使得艺术灯饰系统具有智能感知环境和与环境交互的功能，然后分别从节点供电省电、无线通信、事件感知和灯饰控制等关键技术方面对该系统进行分析。智能艺术灯饰系统既是无线传感网络的一种新的典型应用，又为艺术灯饰领域找到了一个新的研究点，研发团队在设计与实现的过程中，遇到了一些无线传感网络和艺术灯饰系统的基本问题，不仅对无线传感网络的应用具有良好的实际价值，还对艺术灯饰的发展具有很好的借鉴意义。 　　1 系统总体设计方案 　　1.1 设计原则 　　本文将传统的艺术灯饰与无线传感器网络相结合，各个灯饰节点通过无线电波的形式互联互通，并由运行在无线传感器网络上的计算机算法来控制灯的展示效果。无线传感网络负责控制艺术灯饰、监测周围环境变化和进行灯饰间命令及数据传输，灯饰节点负责将无线传感节点当中的数据和命令采用艺术形式进行翻译和展示。 　　本设计的原则是网络化、模块化和标准化。网络化是指系统由多个艺术灯饰单元组成，各个艺术灯饰单元之间依靠WSN技术连成网络，互联互通；模块化是指将系统分为智能感知模块、无线通信模块、灯饰驱动模块以及艺术灯饰模块；标准化是指各个模块之间定义标准的接口，方便调试与升级。 　　1.2 系统总体设计 　　智能艺术灯饰系统由大量灯饰单元节点和一个状态遥控器组成，其系统组成如图1所示，图中每个无线传感节点与三个单独的灯饰节点通过有线的形式相连，构成一个最小的灯饰单元。单个灯饰单元中传感器相当于输入设备，用于监测周围环境中行人的状态，每个灯饰单元中的3个灯饰节点相当于输出设备，用于展现不同的艺术效果。各个灯饰单元中的无线传感节点组成了一个无线传感器网络（Wireless Sensor Network ，WSN），通过该无线网络将所有的灯饰单元连接在一起，网络内部的灯饰单元之间通过无线传感器网络的通信协议互联互通，进行数据交换，成为一个整体。 　　为了使智能艺术灯饰与环境交互，在部分节点上安装有监测环境用的传感器，本系统采用近距离被动红外传感器作为人体靠近探测器，当有参观者靠近安装有传感器的节点时，节点能监测到该信号，并按照一定的算法将该信号抛向整个灯饰网络中，从而完成人与环境的交互，具有良好的艺术体验效果。其技术架构如图2所示。 　　为了降低无线灯饰节点的电源消耗，延长系统的使用时间，系统有休眠和工作两种状态。处于休眠状态的节点将切断与它相关联的灯饰的电源，同时无线电发射处于静默状态。处于工作状态的节点与相关联的灯饰的电源处于可控状态，同时与外界进行基因杂交。状态遥控器负责控制这些无线灯饰节点状态的转化，遥控器由系统管理员保管使用。 　　1.3 关键技术 　　本设计将无线传感器网络与艺术灯饰相结合，产生了智能艺术灯饰集群，在设计时一方面要考虑灯饰的艺术性，另一方面要考虑无线传感器网络性能的完整性，一般需要考虑的关键技术有很多，但总的思想都是一个，即“又要马儿跑得快，又要马儿不吃草”。 　　1.3.1 供电子系统 　　系统中需要消耗电力的部件有无线传感网络节点和艺术灯饰节点。为了确保系统的扩展性和灵活性。设计时将无线传感网络节点的供电与艺术灯饰供电分开。其原因如下所示： 　　（1）无线传感网络节点与灯饰节点耗电量电流差异较大，不宜集中供电。为了适应无线传感节点低功耗、长寿命的要求，无线传感节点在休眠时只有几纳安，工作时的电流只有几毫安，无线发射峰值也只有十几毫安。无线灯饰节点的耗电在LED全开时达到150毫安左右。 　　（2）一旦灯饰节点的电参数发生变化，只需要更改无线灯饰节点的供电系统，不需要对无线传感器节点进行重新设计