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智慧图书馆智能节能减排系统
目录
第一节概述2
一、功能需求2
二、关键技术3
第二节系统设计4
一、ZigBee网络拓扑结构设计4
二、ZigBee电路设计4
三、基于云计算的Zigbee网关设计5
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第一节概述
一、功能需求
研究表明,读者在一个温度、湿度及照度值不适宜的环
境下,会有焦躁、压抑的感觉,会产阅读不适症及厌学现象,
从而导致阅读效率及学习效率低,并且长时间高亮度照明,
造成的大量的电力资源的浪费。实验表明,在室温为22°C~
25°C、相对湿度为40%~60%RH、照度值在400~600LX的环境
下进行阅读活动,有助于阅读和提高学习效率。图书馆中湿
度及温度的高低对书籍保存有一定的影响,如果长期在高
温、高湿度的环境下,会造成书籍纸张的发霉,如果长期在
高温、低湿度的环境下,会造成书籍老化,还有可能引发火
灾。查阅文献得知,图书馆借阅区温度控制在24°C±2°C,
相对湿度控制在45%~60%±5%,最为适宜。图书馆应本着绿
色节能,为读者创造舒适的阅读环境的宗旨,对其功能进行
分析,选择合适的传感器。选择SHT11温湿度传感器对温度、
相对湿度进行采集;照度传感器采集LED灯光、自然光强度;
微波红外双鉴探测器测量是否有人进入,做到人进灯亮,人
走灯灭;粉尘浓度传感器采集粉尘密度数据;噪声传感器采
集噪声。安装在图书馆阅览室的各个传感器实时对数据进行
采集,数据经GPRS无线网络传送至云计算中心,云计算中
心对数据进行分析处理,并与预设值进行对比。如果采集的
2
数值在预设值范围内,则无需进行调节;如果数值为在预设
值范围内,云计算中心则下达控制命令,命令相应的终端(空
调、窗帘、灯光开关等)运行,使环境指标达到预设值。
二、关键技术
(一)ZigBee技术
ZigBee是由联盟制定的一类基于IEEE802.15.4标准的
无线网络通信协议。与其他几种无线网络通信技术相比,它
具有低功率、低成本、高容量、短时延的特点。ZigBee技术
不以单个节点发挥作用,而是要组成网络实现信息通信。
ZigBee技术支持星型网络、树型网络和网状型网络三种拓扑
结构,用户可以根据需要选择相应的结构。目前应用最多的
为TI和飞思卡尔公司的产品,TI公司的应用芯片通过
Z-STACK协议栈实现协议规范,飞思卡尔的应用芯片通过
BEE-STACK协议栈实现协议规范。本系统应用TI公司的
Z-STACK协议栈。
(二)云计算技术
云计算是基于互联网的新一代的超级计算方式,其原理
是先将计算程序通过网络拆分成若干个子程序,再由多个处
理器组成的系统进行计算分析,然后将结果传回。数据的计
算不是在本地计算机或者远程服务器进行,而是在许多分布
式计算机上,这样用户可以根据需要将资源转换到需要的应
用上,以更加廉价的成本得到更加便利的体验。基于ZigBee
的智能图书馆环境感知系统中使用云计算及云处理技术,有
3
利于更好的进行数据的处理、挖掘与共享。
第二节系统设计
一、ZigBee网络拓扑结构设计
根据智能图书馆环境感知系统的特点,本着低成本、高
精度的原则,设计了智能图书馆环境感知系统ZigBee网络
拓扑结构,该结构由一个主协调器节点、若干个路由器节点
及终端节点组成的树状网络。ZigBee主协调器节点是整个网
络的核心,负责整个网络的组建;ZigBee路由器节点负责数
据的传递;终端节点负责前端数据的采集与终端设备的执
行。具体流程如下:终端采集节点感知图书馆阅览室内湿度、
温度、照度、红外、微波、粉尘及噪声信号,信号经路由器
节点传递到主协调器节点,然后经GPRS网络上传至云计算
及云存储中心,云计算中心对传感器采集到的数据进行分
析、对比,通过预定的期望值实现对图书馆阅览室的环境指
标进行准确控制
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