JultikaUniversity of Oulu repository

Abstract

Smart lighting systems have become more common as they provide energy savings with various occupancy detection methods and better lighting control opportunities for users. This thesis explores two aspects of these smart lighting systems, configuration and control, by utilizing an ActiveAhead controlled smart luminaire installation at the University of Oulu.

Smart luminaire identification is a common configuration task that needs to performed before being able to control the individual luminaires and can be especially tedious with large installations. However, this task can be partly automated by positioning the smart luminaires based on passive infrared (PIR) sensors or the received signal strength indicators (RSSI) the luminaires broadcast with Bluetooth Low Energy (BLE) advertisements. For PIR sensor-based positioning, a centroid-based method is presented and evaluated with two datasets reflecting a typical and optimal scenarios of triggering the sensors. For RSSI-based positioning, a log-distance path loss distance estimation with mean squared error (MSE) based position optimization is presented and evaluated. Moreover, relevant literature concerning the RSSI-based device positioning is discussed.

Second, the design, implementation and evaluation of a lighting control prototype for collaborative spaces are presented. The prototype uses near-field communication (NFC) tags to indicate the user position and to initiate a lighting preference input to an Android application. The user preferences are transmitted to a local server responsible for the control logic and communication with the luminaires. The potential conflicts between users are resolved with distance weighted preference averaging, which makes the prototype especially convenient for cases where the users share the surrounding luminaires with others. Furthermore, related smart lighting control systems are compared.

Älyvalaisinten paikantaminen ja valaistuksen säätö yhteistyötiloissa

Tiivistelmä

Älykkäät valaistusjärjestelmät ovat yleistyneet mahdollistaen energiansäästöt useilla läsnäolon tunnistusratkaisuilla ja paremmat valaistuksen säätömahdollisuudet käyttäjille. Tämä työ käsittelee älyvalaistusjärjestelmiä kahdesta näkökulmasta hyödyntäen ActiveAhead älyvalaisinasennusta Oulun yliopistossa.

Älyvalaisinten paikan tunnistaminen on yleinen konfigurointivaihe ennen kuin yksittäisiä valaisimia on mahdollista säätää ja se voi osoittautua erityisen työlääksi suurissa asennuksissa. Tämä vaihe on kuitenkin mahdollista automatisoida paikantamalla älyvalot hyödyntäen PIR-liiketunnistimia tai vastaanotetun signaalin voimakkuutta (RSSI), joita valaisimet lähettävät matalanenergian (BLE) Bluetoothin mainosviesteillä. PIR-liiketunnistimiin pohjautuvaan paikantamiseen esitellään painopisteeseen perustuva metodi, joka myös evaluoidaan kahdella datasetillä, jotka kuvaavat yleistä ja optimaalista PIR-liiketunnistimien laukaisua. RSSI pohjaiseen paikantamiseen esitellään ja arvioidaan metodi, joka hyödyntää logaritmisen signaalin vaimenemisen etäisyys-mallia ja keskimääräiseen neliövirheeseen perustuvaa paikan optimointia. Lisäksi esitellään käytettyjä menetelmiä RSSI-pohjaiseen paikantamiseen.

Toiseksi esitellään yhteisöllisiin työtiloihin tarkoitetun valaistuksensäätöprotyypin suunnittelu, toteutus ja evaluointi. Prototyyppi hyödyntää NFC (near field communication) tarroja käyttäjän sijainnin ilmaisuun ja valaistuspreferenssien syöttämisen osoittamiseen Android sovellukselle. Käyttäjäpreferenssit välitetään paikalliselle palvelimelle, joka vastaa ohjauslogiikasta ja viestinnästä valaisimien kanssa. Mahdolliset konfliktit käyttäjien välillä ratkaistaan etäisyydellä painotetulla keskiarvolla, mikä tekee prototyypistä kätevän erityisesti tilanteisiin missä käyttäjät jakavat ympäröivät valaisimet toistensa kanssa. Lisäksi vertaillaan muita älykkäitä järjestelmiä valaistuksen säätämiseen.