智慧照明系统

智慧照明系统（共8篇）

智慧照明系统 篇1

0引言

我国煤矿大多数为地下开采, 现有的煤矿巷道里一般每隔20m左右安装一个矿井照明灯。其控制沿用传统的人工控制方式, 需要人为开关, 且通常为“长明灯”状态, 管理方式落后, 在没有人员工作的巷道里, 无形中造成电能的浪费, 存在低智能化、高能耗的问题。随着感知矿山物联网时代的到来, 这种低智能化的矿井照明系统已不能适应“智慧矿山” 的需要。

智能照明系统的控制方法可分为三大类:有线控制、电力线载波控制和无线射频控制, 其中无线射频控制是目前主流的控制方法[1]。这也是煤矿物联网的主流技术, 即所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来, 实现智能化识别和管理[2]。

本文结合矿山物联网相关技术[3]提出建立一套具有感知、传输和控制功能的矿井智慧照明系统。 该系统由内嵌于矿井照明灯中的无线感知模块构成感知层网络, 采集井下移动目标分布信息, 以自主控制照明灯的开启和关闭, 从而避免“长明灯”现象;同时通过传输网络将各节点状态信息上传至地面监控中心, 便于节点的控制和维护;遇险时还可用于避险, 指示逃生方向。

1系统架构

在业界, 煤矿物联网大致被公认为有3个层次: 底层是用来感知数据的感知层, 第2层是数据传输的网络传输层, 最上层是信息应用层[2]。感知矿山物联网智慧照明系统架构基于物联网的3层结构, 如图1所示, 包括地面监控中心、矿井传输网络和无线感知网络3个部分。其中, 无线感知网络既有属于网络传输层的设施也有属于感知层的设施。

(1) 无线感知网络。无线感知网络由Sink节点和无线感知子网组成, Sink节点属于网络传输层设施, 而无线感知子网属于感知层设施。 每个Sink节点对应若干路由节点和终端节点, 路由节点和终端节点构成了自主控制的无线感知子网络[4-5]。

无线感知子网的主要功能:一方面负责采集终端节点分布信息并进行判别, 以完成照明自主控制; 另一方面各子网通过路由节点转发自身位置和状态信息及终端节点信息, 进而汇聚到Sink节点, 实现与无线传感网络的信息交互。

无线感知网络在无线感知子网功能的基础上, 将子网中路由节点上传的信息加上Sink节点的位置及状态信息转发给矿井传输网络。

(2) 矿井传输网络。矿井传输网络属于网络传输层设施, 是无线感知网络和地面监控中心通信的桥梁, 负责把无线感知网络收集的信息传送给地面监控中心, 并把地面监控中心的指令信息传送给无线感知网络中的Sink节点。

(3) 地面监控中心。地面监控中心属于应用层设施, 对无线感知网上传的信息进行相应的逻辑分析、推理、判断, 并将结果按特定的形式进行存储、显示以及反馈控制, 必要时发出应急避险指示, 实现井上与井下的信息交互[6]。

2无线感知子网节点设计

依据该智慧照明系统的架构, 考虑到当前煤矿井下安全避险“六大系统”的建设政策和标准, 避免基础设施建设的浪费, 系统中的地面监控中心、矿井传输网络和无线感知网络的Sink节点均可沿用原有设施, 本文主要设计了无线感知子网。

无线感知子网包括矿井照明灯、无线感知模块和标签3个部分, 如图2所示。照明灯自带开关控制器, 可独立地完成照明状态的控制功能;无线感知模块内嵌于矿井照明灯中, 作为子网的路由节点;标签具有唯一标志号, 由井下移动目标携带, 作为子网的终端节点。

设计中, 终端节点采用通用有源RFID电子标签, 可按需求直接购买产品或者使用矿井原有标签。 路由节点由矿井照明灯、指示灯、照明控制器和无线感知模块组成, 如图3所示。

( 1 ) 照明灯采用矿用隔爆型LED巷道灯 。

( 2 ) 指示灯采用消防疏散LED指示灯 。

(3) 照明控制器采用NCL30082LED驱动器。

(4) 无线感知模块为无源RFID读识器, 采用内核为STM32W108的EMZ3048C芯片。

(5) 整个节点通过所连接矿井照明灯的供电系统进行供电。

3系统控制过程实现

智慧照明系统控制流程如图4所示, 系统控制过程主要包括地面监控中心控制和无线感知子网控制2个部分。地面监控中心的控制自上而下贯穿整个系统, 一方面向井上工作人员展示井下各节点的实时工作状态, 一方面向井下工作人员传达井上发出的工作指示。无线感知子网控制是一个自主的智慧控制子系统, 无线感知子网路由节点根据终端节点的标签号自主控制照明灯的工作状态。

3.1地面监控中心控制

地面监控中心控制实现井上与井下的及时、高效交互, 包括显示控制和避险指示控制2个部分。

(1) 显示控制。显示控制部分将系统中各节点的地理位置及工作状态信息以网页形式输出, 并直观地显示, 当井上工作人员发现有节点不能正常工作时, 便可及时对相应节点进行维护。

(2) 避险指示控制。避险指示控制是矿井下遇到灾难时的一种应急控制。由地面监控中心发出信号, 经矿井传输网络传输给无线感知网络, 并由无线感知网络的Sink节点以广播的形式传送给子网的各路由节点, 再由路由节点中的无线感知模块指示照明灯控制器, 以流水灯模式开启消防疏散指示灯, 为矿工指示正确的逃生方向。

3.2无线感知子网控制

无线感知子网控制过程:装有无线感知模块的路由节点采集进入其覆盖区域的终端节点标签号, 并将这些信息直接或通过多跳路由转发给Sink节点;然后, 由路由节点的无线感知模块对这些标签号进行分析判别, 将相应的工作状态传送给照明灯控制器;最后, 由照明灯控制器设置照明灯的相应工作状态。

(1) 终端节点控制。终端节点每隔2s向感知模块发送一次标签号, 采用多发筛漏防碰撞算法, 无线感知模块收到标签号后返回确认帧。帧格式如图5所示。其中2个字节的标签号格式如图6所示, 动作位没有使用, 为0;后15位为卡号。

(2) 路由节点控制。1标签号采集和转发, 路由节点的无线感知模块EMZ3048C内核STM32W108集成了符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz收发器, 路由节点通过EMZ3048C的内置天线采集终端节点发送的信息, 并加上自身位置及状态信息, 按照无线感知网络的路由协议汇聚到Sink节点[7]。2标签号判别, 子网中的终端节点由井下移动目标携带, 并具有唯一标志号, 因此, 通过标志号可以判断出在照明区域下工作的移动目标是矿工还是移动设备 (如机车) 。标签号判别流程如图7所示, 无线感知模块采集终端节点的标签号, 若无, 照明灯为关闭状态;若有, 进行标签号分析判别, 如果是矿工的标签号, 则照明灯为开启状态, 如果是移动设备的标签号, 则照明灯为关闭状态。

4结语

介绍了感知矿山物联网智慧照明系统的架构, 设计了无线感知子网路由节点, 讨论了系统控制实现的具体流程。

感知矿山物联网智慧照明系统是物联网技术的一个典型应用, 不但可以工作于全自动状态, 根据终端节点标志号自动切换照明状态, 达到节能效果;还可以由地面监控中心进行全局控制, 作为应急照明系统, 指示逃生方向, 具有避险功能。

参考文献

[1]刘国贵.基于RF无线通信网络的建筑照明节电控制系统终端设计[D].济南:山东建筑大学, 2009.

[2]孙彦景, 钱建生, 窦林各.煤矿物联网络系统理论与关键技术[J].煤炭科学技术, 2011, 39 (2) :69-72.

[3]张申, 丁恩杰, 徐钊, 等.物联网与感知矿山专题讲座之三——感知矿山物联网的特征与关键技术[J].工矿自动化, 2010, 36 (12) :117-121.

[4]詹杰, 吴伶锡, 唐志军.基于ZigBee的智能照明控制系统设计与实现[J].电力电子技术, 2007, 41 (10) :25-27.

[5]周晓伟, 蔡建平, 郑增威.基于ZigBee传感网的楼宇智能照明控制系统的设计与实现[J].计算机工程与科学, 2009, 31 (8) :150-152.

[6]黄成玉, 李学哲, 张全柱.基于物联网技术的煤矿综合自动化系统[J].煤矿安全, 2012, 43 (9) :108-110.

[7]王鹏.WSN中不同路由协议对网络生存性能影响的分析与研究[D].北京:北京邮电大学, 2008.

智慧照明系统 篇2

一、工程概况：

港滨海港区中电投煤炭码头一期工程：1#变电所、 2#变电所、 3#变电所、 4#变电所、 S1变电所共计5个变电所、 10个机房、 22条皮带以及各个小房号；供电照明系统分为动力配电柜和成套、电缆支架和桥架、配管、变压器、电缆敷设、照明装置、硬母线、防雷和接地分项。

二、施工情况：

一航局港滨海港区项目开工至今，已经完成了5个变电所83台低压柜、128台高压柜、 10台变压器、 5套交直流屏、 6套SVG、以及PLC控制系统配套

设备安装；电缆桥架安装0多米电缆桥架安装、敷设60多万米电力电缆。

三、分项施工总结：

1、电缆桥架施工工艺流程：

2、注意事项：

电缆桥架根据施工图纸结合现场实际安装。

首先在条件具备时进行路径测量定位；安装时，桥架应与建筑物、构筑物具有相同的坡度。先安装立柱与吊架，然后进行托臂的安装。

2.1电缆桥架垂直安装立柱间距为1.5m。

2.2立柱安装应横平竖直，不得有倾斜，其垂直偏差不得大于其长度的2‰。每一条直线上立柱断面尺寸应一致，宜用钢线找平、找直。

2.3立柱焊接应牢靠，焊缝饱满。每一固定点的.两侧均须焊接，每一侧焊接长度为全焊满焊，在焊缝处须补刷防腐漆。

2.4电缆桥架的立柱间距按照设计要求做。遇下列情况应增加立柱：

a.水平转弯之前、后约300mm处极其转弯的中间。

从水平方向转向为立上或立下时，在其转向之前、后约100mm处。

遇标高有明显变化的爬坡处前、后约200mm处，极其上下两爬坡连接板的中间，所增设的立柱爬坡点应在1000mm以，否则必须再增加两爬坡点之间的立柱。

2.2托臂的组装

2.2.1托臂与立柱的固定采用螺栓连接，压板螺栓的直径为M12，连接应牢靠。

2.2.2各层的托臂应横平竖直，并于立柱垂直，不得有左右倾斜或上翘下塌，偏差不得大于±2mm。

2.2.3同层托臂应在同一水平面上,每一条直线上的高低偏差不得大于± 4mm。

2.3桥架组装

2.3.1桥架应可靠地紧固在托臂上,并应横平竖直,不得有的扭曲或向一边倾斜,每一条直线上水平倾斜不得大于± 4mm,中心线左右偏差不得大于± 8mm,高低偏差不得大于± 4mm。

2.3.2桥架的延续连接宜放在两立柱间的1/4处,避免在1/2处做接头。

2.3.3桥架的延续连接应用专用连接板，桥架上有盖板者须用与桥架边框高度相配合的接板，不得以小代大。任何情况均不得用点焊连接。

2.3.4除伸缩缝外，梯架连接处的间隙不得大于10mm。

2.3.5用于组合桥架延续连接及附件的紧固螺栓，均应注意螺栓安装方向，螺栓头应在桥架侧

智慧照明系统 篇3

传统路灯系统存在诸如能源浪费严重、管理手段单一、信息化水平低下、故障主动报警机制缺乏等一系列问题。随道LED技术在道路照明中的应用推广, 使得实现智慧道路照明成为可能, 并逐步应用到新建道路路灯系统安装和原有道路的传统路灯改造。智慧道路照明系统基于LED照明技术、物联网技术和云计算技术, 对城市道路照明的灯具、布线及管理系统进行全面升级, 实现路灯管控集中化、运维信息化、照明智能化, 实现相同条件下照明节能50%以上。本文介绍了LED智能调光路灯的设计重点, 以及基于LED智能调光路灯的智慧道路照明系统的组成和功能, 尽可能为读者提供一套从灯具设计到系统建设的实用方案。

1 LED智能调光路灯

LED智能调光路灯采用第四代光源LED作为发光光源, 通过在LED路灯上增加调光功能以及智能控制功能, 实现LED路灯的智能调光。产品可广泛应用于城市主干道、城市次干道、工业园区道路、城乡道路等各类照明系统。

1.1 LED智能调光路灯优势

LED路灯较传统路灯具有发光效率高、使用寿命长、环保节能、安全可靠等优势, 相关的文章已经论述较多, 这里重点论述LED智能调光路灯的优势。

1、高效节能降耗:对传统路灯或LED路灯进行智能调光改造后, 可大幅度降低路灯的电耗, 提高LED路灯的节能率。据测算, 在车流较少的道路, 通过来车检测、时序控制等模式进行智能照明控制, 较传统路灯节能率高达78%以上。

2、智能监控管理:利用PLC、Zigbee、RS485等通讯方式进行路灯实时状态检测和监控。检测路灯的运行状态、道路的照明状态和路面的车流状况等, 同时通过智慧道路照明系统实现路灯故障自动报修、路面照度弹性调整, 甚至实现色温弹性调整等。

1.2 LED路灯调光光源模组的设计

由于LED路灯具有传统路灯所没有的瞬态响应特性, 在LED驱动电路上可实现KHz级的脉宽调制 (PWM) 方式对LED路灯的亮灭进行占空比调节, 从而实现整灯亮度的调节, 而且消除了传统路灯易出现的频闪现象。

在实际应用中, 通过路灯亮灭PWM调节, 对路面照度进行动态智能化管理, 实现路灯的人性化控制。在繁忙的时段路灯可保持较高的亮度, 在后半夜车稀人少时开始自动调光, 使路灯保持较低的亮度。还可通过内置控制单元根据不同路段繁华程度、照明实况、车辆流量预设路灯亮度强弱及与对应时间段关系, 实现道路照明人性化、个性化控制。

图1为一个LED调光路灯光源模组的原理图:

图1中U1~U5为Diodes公司推出的LED恒流驱动集成电路AP8801。AP8801可提供脉宽调制 (PWM) 和直流输入调光控制的选择, 在设计上体现更大灵活性。在图1中一个PWM信号作为ADJ脚的输入信号, 用于改变R1~R5电阻设置的恒流输出电流, 实现LED光源模组的调光功能。

AP8801显著减少了LED驱动电路所需的外部元件数目和尺寸, 其降压式DC-DC转换器只需4个元件支持, 即能在高达500k Hz的开关频率下工作, 从而可以使用体积更小、成本更低的电感器和电容器。AP8801在8V至48V的工作电压下能产生500m A恒定的驱动电流, 支持多达13个串联式LED, 效率高达92%, 而且AP8801采用了集成软启动功能, 有助于延长LED使用寿命。

1.3 LED路灯智能控制模块的设计

LED路灯智能控制模块的设计可采用集成电源和单独外挂两种方式, 其中集成电源的智能控制模块包括:智能通讯模块、监控电路以及恒流驱动电源等。单独外挂的智能控制模块可嵌入LED路灯中, 并共享LED路灯已有的恒流驱动电源。

智能控制模块可内嵌一个高速8位CPU, 除了输出脉宽调制 (PWM) 信号外, 还包含一个智能通讯模块, 具有与智慧道路照明系统平台进行通讯的功能, 接受和执行各种指令, 并反馈执行结果和数据。智能控制模块实现的主要控制和数据采集功能包括:控制LED路灯开关、亮度调节、故障检测等, 并可扩展多种数据采集功能, 如:温度、湿度、电流、电压、功率以及功率因数等采集。

2 智慧道路照明系统

智慧道路照明系统主要包括三层构架:云控制中心、通讯层和控制执行层。除了上述的LED智能调光路灯作为控制执行层外, 下面介绍智慧道路照明系统中的通讯层和云控制中心。

2.1 通讯层

智慧道路照明系统通讯层主要完成云控制中心与控制执行层之间的数据通讯, 实现对LED智能调光路灯的实时监控和智能调控。一般采用成熟的工业以太网和3G网络作为上行通道, 下行通道主要采用电力载波 (PLC) 技术、无线自组网 (Zigbee) 技术或串行RS485技术等三种, 在构建下行通道时可根据现场的具体情况选择合适的通讯技术。

下面简要介绍三种通讯技术的特点:

1、PLC技术:PLC是电力系统特有的通讯方式, 该技术利用现有电力线, 通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。电力线载波通讯与其它通讯方式相比, 能充分利用现有的电力线资源实现信息的传输。其最大特点是不需要重新架设网络, 只要有电力线, 就能进行数据传输, 电力载波通讯需要克服的缺点包括:配电变压器对电力载波信号的阻隔作用, 电力线对载波信号造成的高削减等。

2、Zigbee技术:Zigbee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通讯技术。Zigbee具备较强的设备联网功能, 支持3种主要的自组织无线网络类型, 即星型结构 (Star) 、树型结构 (Cluster Tree) 和网状结构 (Mesh) , 特别是网状结构, 具有很强的网络健壮性和系统可靠性, 适合用于路灯的无线联网。

3、RS485技术:RS485接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合, 抗共模干扰能力增强, 即抗噪声干扰性好。RS485最大的通讯距离达1200m, 最大传输速率达10Mbps, 传输速率与传输距离成反比, 总线一般最大支持32个节点, 最大可支持128个或者256个节点。串行RS485的最大缺点是需要另行布置屏蔽双绞线, 建网和运营维护较难。

2.2 云控制中心

云控制中心主要完成道路照明的自动化监控管理、维护管理、信息管理、突发事件处理, 构建基础数据库、基础GIS、动态数据服务、通讯数据协议转换等。在云控制中心用计算机和服务器设备建立一个计算机局域网络, 通过以太网络以及3G网络连接, 实现路灯现场数据的采集、处理和控制, 同时将现场情况、数据报表进行反应和显示, 以供用户进行管理和决策。

云控制中心的用户操作界面程序可采用基于.net平台的C/S架构, 具有易于功能扩展、操作人性化和应用方便等特点, 并且多个远程或本地监控计算机、手机等终端可同时监控网络状态。云控制中心的主要管理功能包括:

智能监控:对路灯进行实时控制, 可以对任意一盏、一路或任意自定义组的路灯进行开关灯、调光控制;实时监控、显示路灯运行参数、故障提醒和定位等。

智能策略:制定照明策略, 设置策略执行和回滚时间, 并按照照明策略对道路照明进行动态智能化管理, 控制路灯在不同情况下实现多样化的道路照明场景。

区域管理:提供每盏路灯的具体经纬度坐标信息, 每盏灯的开关灯、调光状态、故障报警信息可以在地图上动态显示。

调度维护:对所监控的路灯信息进行管理, 包括录入、修改、删除、查询等, 对系统各模块所涉及的各类参数设置与管理。

用户管理:对用户基本信息进行管理, 包括新增、修改、密码设置等操作, 实时查询用户在系统中进行各类操作的工作日志和系统日志等信息。

报警设置:路灯故障时即时自动将故障信息上报系统, 系统根据报警信息类型通过短信预警、邮件预警等方式进行即时提醒。

3 结束语

2013年国家《半导体照明产业节能规划》正式颁布, 要求积极推广室外公共LED照明产品及系统, 重点开展LED隧道灯、路灯等产品和系统的示范应用。2012年《广东省推广使用LED照明产品实施方案》提出广东全省道路等财政或国有资本投资建设的照明工程要求一律使用LED照明产品;2013年《福建省推广应用LED照明产品的若干措施》就全省范围内推广应用LED照明产品提出率先在道路及行政机关、国有企事业单位等财政或国有资产投资建设的照明工程领域推广应用LED照明产品, 以上领域新建照明工程采用LED照明产品, 原有已建照明工程实施分期分批改造等。

随着LED技术的不断发展, LED性价比不断攀升, 在各级政府的扶持下, LED光源逐步取代各种传统照明光源实现半导体绿色照明并不遥远!LED智能调光路灯及基于LED智能调光路灯的智慧道路照明系统, 融LED技术、物联网技术、云计算技术于一体, 进一步提升了LED路灯的节能效果和管理水平, 在新建道路照明工程和原有道路照明改造中将大有可行。

摘要：本文介绍了支持PWM调光的LED恒流驱动集成电路AP8801, 及基于AP8801的LED可调光光源模组的设计。并在LED智能调光路灯的基础上, 从控制执行层、通讯层、云控制中心三个层面构建智慧道路照明系统。本文可以为LED智能调光路灯设计和智慧道路照明系统建设提供较有价值的参考。

关键词：LED,调光路灯,智慧,道路照明

参考文献

光伏无线照明系统 篇4

对于21世纪的人类生活而言, 能源问题居于人类生活的十大问题之首, 能源科技成为当今世界重要技术之一[1]。随着煤、石油、天然气等矿产资源的日益匮乏, 以及带来的环境污染日益严重, 使绿色环保的太阳能供电技术变得越来越重要。如今, 照明已成为现代文明社会的一大标志。根据国际能源署的统计, 2005年全球照明用电消耗占到了全球总电能的19% (IEA 2006) [2]。同时世界四分之一的污染是使用液体燃料发电造成的。欧盟建筑耗能占欧盟能源的40%, 对应二氧化碳排放量为40%;美国建筑用能为美国国家用能的三分之一, 电能的三分之二, 水量的八分之一[3];中国照明用电占中国总用电量的13%, 在民用建筑中, 照明用电占整个建筑总用电的20%~30%。从这些数据中可以看出照明节能在整个社会节能中的重要作用, 从而, 促使了节能、环保, 潜力巨大的光伏无线照明系统的产生。

1 光伏无线照明系统

光伏无线照明系统是将光伏发电、无线送电、LED灯具等新型技术相整合而成的一种新型、节能、绿色、环保的照明系统, 它克服了当前世界的能源短缺、环境污染等一系列全球性的问题, 将成为21世纪照明技术发展的新趋势。其主要的工作原理是利用光伏发电技术将太阳能转化为电能, 并利用刚刚获得技术突破的无线送电技术将电能传给发展相对成熟的LED灯具, 从而实现无线化、节能化的照明。其工作原理图如图1所示。

1.1 光伏发电

太阳能作为一种新兴的绿色能源, 以其取之不竭、无污染、不受地域资源限制等优点, 受到人们越来越多的重视[5]。在新能源中, 太阳能以其独特的优势显示出其应用的简单、可靠、方便、稳定的特性, 是新能源照明的首选方案。

作为光伏无线照明系统的能量来源, 光伏发电组件在整个系统中起着决定性的作用。现在最常用的光伏组件有两种:单晶硅电池和多晶硅电池。前者的光电转换效率为16%~17%, 后者的光电转换效率为14%~15%。单位面积的情况下, 单晶硅组件的功率稍微高于多晶硅组件, 并且单晶硅组件在弱光下的发电能力高于多晶硅, 而单位功率的价格, 单晶硅组件和多晶硅组件一样, 所以在设计路面照明系统时, 优先考虑选用单晶硅组件。

而作为系统的储能装置超级电容器与蓄电池并用显示了其优良的性能。该组合具有蓄电池的能量密度大、循环寿命长的特点, 同时又具有超级电容器寿命在50年以上, 且不怕过放电的特点, 大大提升出系统的性能, 其工作原理图如图2所示。

1.2 无线供电技术

用无线方式输送电力, 这种想法从19世纪上半叶电磁感应现象被发现之后就已经有了, 近年来国内外许多研究机构和公司的数种无线送电技术经过了验证, , 如美国麻省理工学院、Powercast (电客) 公司等相继研发出了短距离和微距的无线供电技术和产品, 它们有着非常广阔的应用前景。

2007年6月, 美国麻省理工学院完成一项实验, 他们使用两个相距2 m的铜线圈试验装置 (WiTricity) , 成功地通过无线电力传输, 点亮了一个功率为60 W的电灯泡。WiTricity利用的是低频电磁波共振, 而不是声学共振。在实验中, 两个感应器都以IO MHz的频率震动, 产生共振, 让能量在两者之间传递。随着每一次共振, 感应器中会有更高的电压产生。经过产生的多次共振, 感应器表面就会集聚足够的能量, 让灯泡发出光亮[4]。几乎与此同时Powercast (电客) 公司开发出一种崭新的无线电波充电器, 其原理为用一个安装在墙身插头的发送器, 利用900MHz波段, 以及可安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器, 它会把无线电波转化为直流电, 可以在约1 m范围内为不同电子装置的电池充电。2008年2月15日, 一种无需插头与电源线且不直接接触电源就能充电的新型混合动力汽车已在日本投入试运行, 用于东京羽田机场航站楼之间的旅客运输。该汽车利用电磁感应原理及电能变换等技术以无线方式实现充电, 只需停在设置在路面的电源线圈的正上方就能给车内的锂离子电池快速充电。该车最高时速为80 km/h, 如果仅使用电力运行, 充电一次可行驶约15 km。

现如今的无线供电技术主要有两种。一是利用低频电磁波共振技术来实现;一是利用无线电波发射与接收技术来实现。低频电磁波共振无线供电技术的主要原理类似于现有的电磁感应供电, 现在研究人员可以利用磁耦合共振原理在2.134 m外点亮一个60 W灯泡。两组磁性线圈在相同的频率下发生共振, 当其中一个线圈连上电源后, 该线圈产生的共振磁场显著增加, 另外一个没有连接电源的线圈的共振磁场也跟着上升, 随后这个线圈就能产生电能。工作原理图如图3所示。

无线电波发射与接收式无线供电技术的主要原理是运用于电源相连接的电磁波发射器, 将电能以电磁波的形式发射出去, 利用特定的波段来传播, 同时用以与负载相连接的电磁波接收器来接收并放大发射的电磁波, 并将其转化为直流电从而实现电能的无线传输。工作原理图如图4所示。

1.3 LED灯具

在如今全球范围内资源短缺, 作为节能环保替代传统照明新光源的研究方向, 得到了各国政府的大力扶持, 纷纷注入大量的资金、人力、物力进行研究和开发白光LED照明光源[6]。LED具有轻巧、寿命长、驱动电压低、体积较小、启动较快、反应速率快、耐震性佳、驱动特性好、易维护等众多优点, 被誉为具有高度节能潜力之新兴光源, 在如今的照明系统中得到了广泛地应用, 在不久将成为照明的新主流。

2 光伏无线照明系统的应用前景

由于现在无线送电技术的不成熟, 还不能实现远距离大功率的无线送电, 但近距离小功率的无线送电发展已初见端倪, 其应用主要体现在于非接触充电技术方面。虽然光伏无线照明系统现在仅仅是一种构想, 但我相信凭其优良的特性、良好的发展前景, 在将来的室内照明系统中得到广大的应用, 并将对室外照明给予革命性的启示。如果光伏无线照明系统得予以实现并应用, 那么它将给其他场所和方式的照明革命性的冲击。例如将其应用于建筑照明, 其不仅仅是避免了大量电线的布置, 节省大量的人力、物力, 同时能够避免建筑工人在工作期间触电的危险, 提高工作人员的安全性, 并且能够大量的节约电源, 减少能源的浪费, 环境的污染, 有助于提高人们的生活、工作环境;由于其使用无线送电技术, 将节省大量的金属资源, 对于应对世界资源短缺起到良好的作用。现今应用无线照明较为成功的是英国伦敦的马丁, 他利用无线技术将自己漂亮、简约的两居室公寓改造成了一个高科技天堂, 在家庭娱乐、安全保障、照明系统上都充分调动了无线解决方案, 从而使他在“无线化”的道路上比其他人走得更远。

3 结束语

照明是现代生活的一环, 全世界都相当重视照明节能的议题, 光伏无线照明系统以其优良的特性将备受人们更多的关注, 我相信随着人类的进步, 科学技术的发展, 其最终将实现, 从而达到照明节能最终目标, 实现人类与自然的和谐发展。

摘要：当今社会, 节能和环保问题关系着人们赖以生存的环境, 如何节约资源, 如何保护生态环境, 已成为人们关注的焦点。世界各国对能源供应安全的担忧和应对气候变化的行动, 促使了光伏无线照明系统的产生。光伏无线照明系统是一种基于光伏发电、无线传输技术、LED照明的新型照明系统, 它采用光伏组件将太阳能转化为电能并通过无线电力传输装置, 向照明LED灯具供应电能, 从而达到了节能、环保的目的。

关键词：光伏发电,无线送电,节能环保

参考文献

[1]胡耀祖, 李丽玲, 李宏俊, 李清然.照明节能技术发展趋势[J].照明工程学报, 2008, 19 (2) :1～6

[2]程天江, 袁樵.国外利用LED光源解决照明问题经验和启示[J].光源与照明, 2008 (2) :25-27.

[3]张耀根, 高飞.室内外照明研究动向[J].照明工程学报, 2008, 19 (1) :6～15

[4]靳力.美国实现无线电力传输[J].航天器工程, 2007, 16 (4) .

[5]Duarte J L, Wijntjens J A A, Rozenboom J.Designing lightsources forsolar2poweredsystems[A].Proc5thEuroConfPowerElectronics and Appl.[C].Brighton, UK:IEEE Press, 1993, 8:78-82.

智慧照明系统 篇5

在全球变暖、雾霾警示的今天, 环境污染日趋严重、资源不断紧缩, 是人类发展面临的重大问题。节能减排、生态环保已经成为人类需要研究并实现的重要课题。党的十八大对节能减排制定了明确方案, 要求我国陆续开展节能减排科技行动、节能减排媒体行动等。今天, 在经济腾飞的中国, 道路照明灯的数量和建设面积正迅猛增长。道路照明灯为人们提供明亮安全的道路照明、人性化则显得尤为重要。

2 道路照明现状

光是照明的主体, 道路照明每天都需要大量的照明灯工作。道路照明设计根据道路和场所的特点以及照明要求分为:常规照明方式或高杆照明方式。常规照明灯具的布置可分为单侧布置、双侧交错布置、双侧对称布置、中心对称布置和横向悬索布置五种基本方式。我国目前大多道路都采用双侧对称布置设计。根据中国照明学会的统计, 不同方式的道路照明类型比见表1。

由统计图表中可以看出, 高压钠灯在道路照明的比例比较高, 其照明能耗问题值得人们关注。照明技术随使用发光器件的不同, 主要分为发光二极管 (LED) 、荧光灯 (节能灯) 、钨丝灯 (白炽灯) 、高压钠灯等。其中光二极管 (LED) 其性能最为优越, 能耗为白炽灯的10%, 荧光灯的50%, 其额定寿命100000小时, 是荧光灯的10倍, 白炽灯的100倍。所以LED也被认为是21世纪的照明光源。

3 LED照明控制系统

LED照明控制系统是模块化、全硬件控制系统, 可实现智能控制、网络控制等功能, 以满足道路照明需求。

3.1 系统组成和特点

系统由计算机控制系统、监控设备、光线传感器设备等部分组成。主要有自动化程度高、安全稳定性强、绿色环保能耗低等特点。

3.2 实现功能

(1) 绿色光源, 无污染无辐射:LED灯直流驱动, 没有频闪, 没有红外和紫外成分, 显色性能良好, 有较强的点光源特性。发热量低, 安全环保, 是现在公认的一种绿色环保科技。

(2) 高亮度, 长寿命、低功耗:在各种显示半导体显示器件中, 发光二极管 (LED) 亮度是最高的, LED发光管的寿命大于10万小时, 道路使用LED照明灯具能耗一般为80W~120W (同等亮度高压钠灯为250W) 。

(3) 丰富的表现形式:目前彩色LED产品已经覆盖可见光谱范围, 具有单色性好, 色彩纯度高等特点。红、绿、蓝 (RGB) 的组合使LED具有更大的色彩选择空间。

(4) 亮度可调:可以通过远程计算机控制, 调节灯具控制芯片PWM占空比, 可以达到亮度强弱的控制。

(5) 远程控制:可以进行远程发布控制, 通过对光线传感器的信号采集来实现计算机自动智能化控制。

4 应用案例

江都道路照明系统是浙江海振电子科技有限公司设计的道路照明LED灯改造方案。结合单片机技术和无线通讯技术, 实现智能控制, 网络控制、远程控制;可选择多种运行模式, 实现对灯具分段、分时、分功率的自动控制。

4.1 系统概要

整个系统可由照明指挥中心控制实现, 并且通过传感器时时回传, 形成有效的控制反馈回路, 达到照明、监控、呼叫维护自动化, 如图1。

(1) 通过单片机等技术手段, 可实现多种控制方式, 达到真正意义上的城市道路照明智能化。

(2) 传感器不仅可检测道路照明情况, 也可作为日光检测设备同步使用, 达到与道路照明互为一体的全天候监控手段。

(3) 控制中心可以预先设定照明控制信号采样点, 可以实现控制中心自动化、无人化, 达到解放劳动力的效果。

(4) 可以通过在控制中心配置网络通讯协议, 通过网络远程操作与时时监控, 更好的为道路照明提供有力保障。

(5) 道路照明强度可调节, 通过在控制中心发送预先设定好的指令, 控制道路照明灯PWM (脉冲宽度调制) , 可以达到道路照明随光线日光强弱做智能调节, 达到省电环保的优势。

4.2 实际应用

江都道路照明系统方案分析。

整个江都道路照明系统约有5000盏照明灯具, 大多采用150W~250W高压钠灯, 对比同等光照亮度为80W~12W的LED灯, 得出对比表2、表3。

4.3 经济效益测算依据说明

(1) 电价以当地的0.53元/度计。

(2) 日照明时间平均按12小时计算。

(3) 高压钠灯与LED灯照明时间均以全功率计算。实际控制中, LED照明可在后6个小时中与50%PWM控制, 使LED照明更加省电。

(4) LED路灯生产商提供质量保证5年, 期间用能单位不承担维护费用。

(5) 高压钠灯整灯灯具的使用寿命以8年计, 灯具单价按1300元计算。

(6) 高压钠灯灯泡的使用寿命低于2年, 8年中灯泡至少需要更换4次, 约需320元。

(7) 更换高压钠灯灯泡的人工费用以每次100元计算约需要400元。

(8) 以上三项合计为2020元, 以灯具寿命8年计, 平均每年为252.5元, 在此基础上以八折计算, 即每年维护费用为200元。

(9) 表2测算了分别用120W的LED节能灯替换目前的250W高压钠灯时单个路灯所能节省的费用;表3测算了分别用80W的LED节能灯替换目前的150W高压钠灯时单个灯所能节省的费用。

4.4 社会效益测算

根据上述测算结果可知:

一盏120W的LED路灯替代250W的高压钠灯, 每年可节省用电569.4度;一盏80W的LED路灯替代150W的高压钠灯, 每年可节省用电306.6度。

因此, 对于有5000盏的250W的高压钠灯的LED路灯改造工程每年将节省用电量总计达到284.7万度;有5000盏的150W的高压钠灯的LED路灯改造工程每年将节省用电量总计达到153.3万度。而节省一度电将减排一公斤CO2, 本路灯改造工程的实施每年将减排2847吨和1533吨CO2, 减排效果明显。

5 结语

LED照明控制系统的应用, 使得道路照明系统由传统的高耗能、粗放式管理进入节能低碳、智能化管理的时代。LED照明控制系统具有自动化、智能化的特性, 达到了节能减排、科学管理、人性化的效果。通过分析得出:LED照明控制系统方案, 比较于传统照明系统方案, 对于低功耗、高效能、色彩需求度高、便于远程操作、自动调节亮度等方面均具有较为明显的优势。

参考文献

[1]李铁男, 李景色等起草.《城市道路照明设计标准 (CJJ45-2006) 》.中国建筑工业出版社, 2006.

[2]姚家祎, 徐华等编著.《照明设计手册 (第二版) 》.中国电力出版社, 2006.

一种智能照明系统 篇6

本设计以智能网关为核心, 结合Android软件、LED驱动模块和LED灯, 实现通过手机来无线控制灯的亮度, 颜色, 还有开与关。智能网关部分主要由ARM的32位单片机STM32F103、TI的Zig Bee芯片CC2530和Marvell的WIFI芯片88W8686组成。信号的控制通过Android手机客户端来控制。

如图1所示, 系统主要由智能网关、Zig Bee终端、LED驱动模块和手机Android手机客户端等部分组成。

2 系统硬件设计

整个系统的硬件设计核心主要是智能网关设计。智能网关作用是将基于WIFI的协议IEEE 802.11与Zig Bee的协议IEEE 802.15.4之间进行相互转换, 从而实现WIFI和Zig Bee的相互通信, 主要通过32位的ARM单片机STM32F103来实现。手机客户端软件发送的指令传到WIFI模块, 单片机通过SDIO接口获取WIFI的指令, 进行解析后通过串口向Zig Bee协调器发送相应的指令, Zig Bee协调器再无线发送到Zig Bee终端, Zig Bee终端通过内置的8051内核控制PWM输出从而控制LED灯。

主控芯片采用STM公司生产的STM32F103, 这是一款32位的ARM单片机其内核是Cortex-M3。最高工作频率72MHz, 内置高速存储器 (高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM) , 丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。

Zig Bee模块采用美国TI公司生产的Zig Bee系列中的CC2530。该CC2530是针对IEEE802.15.4设计的真正的系统级芯片 (SoC) , 是Zig Bee和RF4CE应用的解决方案。它能以非常低的成本建立强大的网络节点。CC2530结合了RF收发器, 业界标准的增强型8051MCU, 系统内可编程闪存, 8 KB RAM和其他出色的性能。

Wi Fi模块的芯片采用Marvell公司生产的88W8686。Marvell88W8688是一款低成本、低功耗、高集成度的IEEE 802.11a/g/b MAC/基带/射频WLAN和蓝牙基带/射频系统级芯片 (So C) 。

3 系统主要软件设计

系统主要的软件设计主要是wifi部分程序设计。

WIFI模块的运行过程如下:STM32F103单片机进行串口等初始化;加载88W8686芯片驱动来启动WIFI, 通过指示灯LED1来观察WIFI是否启动成功;将WIFI模块连入手机, 同样, 通过观察LED2来判断是否成功连入;手机端的APP软件发送指令后, WIFI模块获得指令后, STM32F103对该指令进行相应的解析, 然后通过串口传给Zig Bee协调器, 这过程也就是将WIFI协议802.11向Zig Bee协议802.15.4的转化过程。其程序流程如图2所示。之后, 在Zigbee协调器和终端之间进行数据的传送。

4 系统测试

基于Zig Bee和WIFI的智能照明系统样机已经完成, 并在实验室的条件下进行了测试。通信测试。测试针对智能照明系统采用的星型网络拓扑结构进行。测试的节点一共有4个, 1个主节点和另外3个终端节点。主节点通过RS232连接PC, 通过串口软件查看另外3个终端发过来的数据。每个终端节点的发射功率为4.5d Bm、天线长度为14cm和3.7v/900m Ah的7号电池的供电条件下循环发送1000个数据包, 最后3个采样点取平均, 测试结果良好。

摘要：为了实现家庭用灯的智能化控制, 设计和实现了一种基于ZigBee和WIFI相结合的LED智能照明系统。系统从硬件电路的低功耗、ZigBee节点的多休眠和WIFI传输数据更方便等方面进行了改进, 同时, 设计了智能网关, 通过让智能手机和LED灯连入网关, 用户可以方便、快捷地调控LED灯的亮度、颜色。实际测试, 表明该系统稳定、可靠、数据传输准确, 满足智能照明的一般要求。

关键词：ZigBee,WIFI,低功耗,智能网关,LED

参考文献

[1]马莉玲.智能照明控制系统在智能家居中的应用[J].中国公共安全 (综合版) , 2012, 16:74-75.

[2]王术群.智能照明节能系统的研究与应用[J].电气时代, 2014, 09:66-68+71.

[3]刘金堂.智能照明控制系统在现代建筑中的应用与探讨[J].河北企业, 2014, 09:96.

智能照明控制系统 篇7

社会经济的发展使得人类的物质建设实现了一个又一个飞跃, 城市群的不断崛起就是其标志性的反映。城市群的建设离不开“城市照明”的参与, 因此, 人们对照明的要求也越来越高, 使得照明控制的地位越来越重要。从最初提供亮度的基本功能到现在营造氛围、控制方式灵活方便、节能、运行费用低、安装施工简单、维护方便、满足用户多样性要求等多方面的需求, 需求的变化导致了控制方式的改进:从传统的机械式开关演变为现在综合计算机网络技术、通信技术、电子技术的智能照明系统。

智能照明是指利用计算机、无线通信数据传输、扩频电力载波通信、计算机智能化信息处理及节能型电器控制等技术组成的分布式无线遥测、遥控、遥讯控制系统, 来实现对照明设备的智能化控制, 并且具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能, 具有安全、节能、舒适、高效的特点。

现代意义上的智能照明网络是从舞台灯光控制系统发展起来的。1986年, 美国影视剧场技术协会 (USITT) 的工程委员会开始制定控制灯光设备和附件的数字式传输标准——DMX512协议, 1990年发布正式文本。后来, 智能照明控制系统的应用从剧场的舞台照明逐渐转向各种建筑物的照明, 控制范围和规模从单个厅室扩展到整个高层建筑的所有厅室, 甚至整个城市的许多大楼。与此同时, 面向建筑物照明的网络协议也纷纷涌现。现在调光网络领域中影响较大的ACN协议和Art-Net协议都是在此基础上发展而来的, 此外还有澳大利亚Clipsal的C-Bus协议和Dynalite公司的Dynet协议, 美国路创的LUTRON灯光控制技术。另一类是某一领域的厂商联合起来, 专门针对调光系统制定的协议, 如DALI协议。还有一类是智能家居协议中的灯光控制部分, 如EIB和X-10系统的灯光控制子系统等。

2 智能照明控制系统的构成

智能照明控制系统的网络拓扑结构, 大致有总线式、星型结构和以星型结构为主的混合式三种型式, 分别如图1、图2、图3所示。这三种型式各有优点:总线式灵活性较强, 易于扩展, 控制相对独立, 成本较低;星型结构可靠性较高, 故障诊断和排除简单, 存取协议简单, 传输速度较高;以星型结构为主的混合式具有总线式和星型结构的特点, 在建筑照明控制系统中较为常用。

在现代建筑中, 一般智能照明控制系统都为数字式照明管理系统, 由系统单元、输入单元和输出单元三部分组成。除电源设备外, 每一单元设置唯一的单元地址, 其功能通过软件设置。通过输出单元来控制负载单元。智能照明控制系统的基本组成如图4所示。

智能照明控制系统大多采用集中控制、分散执行的模式。集中控制和管理通过中央监控中心来实现, 其包含有控制计算机、主通信控制器等设备, 主要功能是对整个系统进行控制和管理工作。分散执行是通过智能控制照明柜来实现的——通过网络建立起中央监控中心和智能照明控制柜的通信联络, 同时发送和接收控制命令及反馈信息 (包括自动及手动工作状态、灯具开/关状态) 。

与传统的照明控制系统相比较, 智能照明控制系统照明部分采用调光模块, 通过调节灯光, 制造不同的灯光效果, 营造出不同的氛围;控制部分采用低压二次小信号控制, 控制功能强、方式多、范围广、自动化程度高, 通过实现场景的预设值和记忆功能, 控制版面上的每个键都有各自的功能, 可根据不同的场景及要求, 达到相应的状态;管理部分利用分布式网络, 对整个建筑物进行管理。

3 智能照明控制系统的主流协议

目前在智能照明控制方面, 主流协议主要包括娱乐行业调光网络协议 (ACN和ArtNet) 、C-Bus协议、Dynet协议、EIB协议、DALI协议以及X-10协议。

(1) 娱乐行业调光网络协议 (ACN和Art-Net)

ACN是ESTA (Entertainment services and Technology Association) 正在制定的多用途网络控制协议, 全称为Architecture Control for Networks。由于ESTA下属的TSC (技术标准委员会) 是美国国家标准协会ANSl授权制定娱乐业技术设备安全和兼容性标准的机构, 因此其制定的标准有一定的合法性和权威性。ACN协议主要由系统组件、协议数据单元、设备管理协议、会话数据传输协议和设备描述语言等部分组成。

ACN系统工作流程可分为三步。第一步, 由SLP (Service Location Protocol) 协议发现新设备上网在线。第二步, 由DDL协议分析和设置这些设备各自的功能。控制器发送Get/Set property信息给由DMP定义的设备。这些信息通过SDT协议传送、SDT提供可靠性传送、在线状态和设备组管理等功能。所有的DMP和SDT信息用普通的协议数据单元PDU格式打包成独立的PDUs。第三步, 利用UDP协议在以太网上传输这些信息包。

Art-Net协议是一个基于TCP/IP协议的10Base-T以太网协议, 其特点是可用标准网络技术远程传输大量的DMX512数据。它由Artistic Licence提出且已公布出版, 目前在欧洲己经有了许多成员单位, 例如意大利的ADB公司、德国的MA公司等。我国的浙江舞台设计研究院也是其联盟成员之一。

Art-Net协议由Art-Net主体部分、RDM (Remote Device Management) 、Video (视频信息) 三个部分组成。主体部分包括Art Poll、Art Poll Reply、Art Poll Server Reply、Art Ip Prog、Art Address、Art Dmx、Art Input、Art Firmware Master、Art Firmware Reply等协议。

(2) C-Bus协议

C-Bus系统 (Clipsal-Bus的简称) 是澳大利亚Clipsal公司于20世纪90年代初研发出来的智能型照明管理系统, 系统内所有的单元器件 (除电源外) 均内置微处理器和存储单元, 由一对信号线 (UTP 5) 连接成网络。C-Bus采用二线制总线控制方式, 可以方便地实现总线上的各个单元之间不通过中央控制器直接通信。

C-Bus系统是一个专门针对照明需要而开发的智能化系统, 可以独立运行, 也可以作为建筑物中的一个子系统和其他智能系统互联。C-Bus系统协议符合051模型和150标准, 并有多种接口单元 (RS232、以太网等) 和功能强大的接口程序可供选择;因此, 采用C-Bus系统会使设计更简单, 安装更快捷, 使用更灵活, 管理更方便。

(3) Dynet协议

Dynet是澳大利亚邦奇公司于1990年推出的Dynalite智能灯光控制网络使用的协议。Dynalite智能照明控制系统是一个分布式控制系统, 通常可以由调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、编程插口、时钟管理器、手持式编程器和监控器等部件组成。将上述各种具备独立功能的控制部件用一根5类数据通信线 (四对双绞线) 联接起来, 就组成了一个Dynet控制网络。

Dynet的产品与C-Bus大同小异, 较有特色的是调光执行器——能对现有各种光源 (白炽灯、日光灯、节能灯、汞灯等) 进行调光, 适合对光源环境要求复杂多变的场所应用。

(4) EIB协议

欧洲安装总线EIB (European Installation Bus) 是在欧洲占主导地位的楼宇/家庭自动化标准。EIB系统是一个二线制的总线型式的智能控制系统, 主要用于对照明系统/空调系统末端的控制, 也可用于消防/保安等系统中的联动控制。系统中所有单元器件 (电源除外) 均内置微处理器和存储单元, 由一对信号线 (双绞线) 连接成网络。每个单元均设置唯一的物理地址, 其功能通过软件设置。通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时, 输入单元将其转变为EIB总线信号在EIB总线上广播, 所有的输出单元接收并做出判断, 控制相应回路输出。

(5) DALI协议

DALI (Digital Addressable lightinginterface) 协议1994年列入IEC 60929标准, 得到国际主要灯具、镇流器和夹具制造商的支持。1999年Philips公司对DALI协议做了进一步的完善, 并在汉诺威国际灯展上推出了基于DALI的系列产品。定义DALI标准旨在建立一个结构清晰的简单系统, 用于室内的智能、高性能照明管理, 实现开/关、调光、场景、状态显示功能。其受控对象明确为镇流器。

(6) X-10协议

X-10是Pico公司在1976年以不需重新布线为前提, 利用既有的电力线网络来控制家中的电子电器产品所开发的计划, 也是全球第一个将家庭自动化产品商业化成功的技术。

X-10协议基于电力线载波技术。使用X-10协议的兼容产品可以通过电力线实现互相通信——电力线在提供电源的同时又可以像网线一样传送控制指令, 从而实现网络化的控制。

X-10是众多家庭自动化技术中历史最悠久的一个, 其产品已达5000多种, 不论是基本的灯光控制、安防系统、家庭剧院、温度或行动感应还是与计算机相关的接口与控制等产品皆已完备;在美国是市场占有率最高的, 目前有超过600万户家庭在使用它。由于X-10协议基于电力线载波技术, 20多年来备受青睐又颇受争议。一方面, 电力线在家庭中的随处可见使得X-10产品很容易在普通家庭中得到推广使用;而另一方面, 电力线传输信号的速度限制和噪声干扰使得X-10无法向更高端的控制发展。

4 智能照明的控制方式

智能照明系统体现出强大的优越性, 在智能建筑中的应用越来越广泛。智能照明控制系统能对大多数灯具 (包括白炽灯、日光灯、配以特殊镇流器的钠灯、水银灯、霓虹灯等) 进行智能调光, 在需要的时间给需要的地方以充分的照明。其控制方式主要分为手动控制和自动控制两种。目前更多的是以模块的自动控制为主, 手动控制为辅。

手动控制包括利用断路器的分合, 控制照明配电回路的通断, 从而实现照明控制的方式。此控制方式只能实现每个配电回路统一控制, 无法实现一个回路内部分光源的开关控制, 而且需频繁地操作断路器, 对断路器的寿命也有影响, 因此应用不广泛。此外还有利用翘板开关的分合, 实现照明回路开关控制的方式。此方式控制简单、施工方便、投资少、应用广泛。还有利用照明配电回路中的手动旋钮 (调光控制柜和灯光控制台等的手动旋钮) 调节供电回路的电气参数, 实现调光等方式。

自动控制的原理是在照明配电回路中设置通断元件 (接触器) , 通过二次回路来控制一次回路的分合, 从而实现对光源的控制。二次回路可以通过按钮手动控制, 也可以通过PLC控制, 或者通过其他系统的远程信号来控制, 可以完成时间控制、照度控制以及简单的程序控制, 实现集中控制、集中监视、集中管理。相对于传统的控制方式而言, 其自动化程度有了较大的提高, 但是在灵活性上仍然受到很大限制。如果项目投入运行后, 需要调整灯光场景等预设置, 需要对其配电回路进行改造。

5 智能照明系统的应用效果

(1) 智能化照明

智能照明系统由智能照明灯具、调光控制及开关模块、照度及动静等智能化传感器、计算机通信网络等单元模块组成, 可实现自动调光、更充分利用自然光、保证照度的一致性、智能变换光环境场景、运行中节能、延长光源寿命等功能。

智能化照明最重要的作用就是利用各种传感器及遥控器实现对灯光的自动控制, 也就是场景控制。在同一室内可有多路照明回路, 对每一回路亮度调整后创造出某种灯光气氛称为场景。根据人们的不同要求及感官需求, 预先设置不同的场景, 进行场景切换 (调节切换场景的时间, 淡出淡入, 使灯光柔和变化) , 营造出各种不同的灯光环境;利用时钟控制器, 使灯光呈现按每天的日出日落或有时间规律的变化——从而实现照明控制自动化。

(2) 美化环境

室内照明利用场景变化增强环境艺术效果, 制造立体感、层次感, 营造出舒适的环境, 有利于促进人们的身心健康、提高工作效率。

(3) 延长灯具寿命

灯具寿命降低, 乃至损坏的主要因素之一就是电网电压的不稳定。因此, 延长灯具寿命的有效办法就是抑制电网电压的波动。智能照明控制系统能够成功抑制电网的冲击电压和浪涌电压, 避免灯具损坏;同时, 智能调光控制系统采用软启动、软关断及淡入淡出调光控制, 避免对灯具灯丝造成冲击, 可延长灯具寿命。应用智能照明控制系统可延长灯泡寿命2~4倍, 从而节省大量灯泡, 减少更换灯泡的工作量。

(4) 节约能源

智能照明控制的实现一般可以节约20%~40%的电能, 不但降低了用户电费支出, 也减轻了供电压力。可采用亮度传感器, 自动调节灯光强弱, 充分利用自然光, 达到节能效果。也可采用移动传感器, 当人进入传感器感应区域后渐升光, 当人走出感应区域后灯光渐渐减低或熄灭, 从而使一些走廊、楼道的“长明灯”得到控制, 并且及时关掉不需要的灯具, 保证运行节能效果充分。尤其是酒店, 采取移动传感器既能满足节电的需要, 又能避免降低灯光亮度带来的档次降低的问题。

(5) 保证照度及照度的一致性

采用照度传感器, 可以使室内的光照保持恒定。例如:随着使用时间的延长, 灯具的发光效率会逐渐降低, 建筑物墙面的反射率也将衰减, 这样会产生新旧状态下照度不一致的问题;通过智能调光器系统的控制可调节照度达到相对的稳定, 且可节约能源。教室要求靠窗与靠墙处光强度基本相同, 可在靠窗与靠墙处分别加装传感器。当室外光线强时系统会自动将靠窗的灯光减弱或关闭, 并根据靠墙传感器的感应信号调整靠墙灯光的亮度;当室外光线变弱时, 传感器会根据感应信号调整灯的亮度直到获得预先设置的光照度值。

(6) 综合控制

通过计算机网络对整个系统进行监控, 将各种具备独立控制功能的模块连接在一根计算机数据线上, 即可组成一个独立的照明控制系统, 实现对灯光系统的各种智能化管理及自动控制, 例如掌握当前各个照明回路的工作状态, 设置、修改场景, 当有紧急情况时控制整个系统及发出故障报告。

6 结束语

智能照明技术的发展可以使照明更加省电、节能, 在需要的时间给需要的地方以最舒适和高效的照明, 提升照明环境质量。智能化照明, 更是使照明进一步走向绿色和可持续发展的重要方向, 是智能技术与照明的结合, 目的是在大幅度提高照明质量的前提下, 使建筑照明在时间与数量上更加准确, 更加节能和高效。

摘要：本文主要介绍了智能照明控制系统的构成、控制内容以及应用的效果。

关键词：智能照明,控制系统,节能

参考文献

[1]张亮, 侯冉冉, 王锋.智能照明控制系统.北京:五洲工程设计研究院.

高校教室节能照明系统 篇8

目前国内大多数学校教室的照明灯具控制一般都采用普通开关, 需要专门的人员进行照明管理, 这样检查和控制的时间及工作量很大, 而且要额外支付聘请费用。现有的声控灯的控制需要一定分贝的声音来触发灯的控制部分使灯点亮, 这样产生的噪声会影响室内学生的正常学习。

1 系统设计方案

1.1 AT89S52单片机简介

AT89S52是一种高性价比的单片机, 它具有8KB的片内ROM和256字节RAM使其应用灵活有效[1]。

它的指令可以兼容80C51单片机的大部分产品。其片内程序存储器在线编程较灵活且可以重复编程, 其功能相当于高效的微型计算机且使用范围广, 性价比高。

1.2 光照强度信号采集部分

不同的地方对光强的要求有不同的标准:

客房、卧室、走廊等简单视觉工作场所需要的照度为30LX~75LX;办公室、教室、商场等连续视觉工作场所需要的照度为200LX~500LX;营业厅、阅览室、绘图室等需集中注意力的视觉工作场所需300LX~750LX[2]。 (附:是指单位面积上所照射的光通量, 照度单位为lux, 符号为lx。)

光敏电阻是利用光电导效应制作的元件, 其工作原理是内光电效应。当光照强度变强, 其电阻值就变小。光敏电阻是没有极性的纯电阻器件, 在两端施加电压后, 会由于自然光强度的变化, 电阻两端的电流也随之变化, 继而实现光电转换。基于以上的优点本系统选用光敏电阻实现对教室光照强度的采集和处理。

1.3 红外信号检测部分

红外信号检测部分主要由传感器及检测模块组成。系统采用光电传感器。其原理是将光信号转换成为电信号, 再将检测到的变化量转换成电信号的变化量, 以便于使用电子技术实现控制和检测。其工作原理是:直射式光电传感器是将传感器的发射源与接收端部位对直, 如果接收端应接收的红外信号被人进门途中挡住, 即削减了光通量, 继而将相应的脉冲信号施加给外电路, 最后通过放大器放大使计数器记下削减的次数[3]。

2 系统电路图

3 软件设计

3.1 光照强度采集模块设计

该模块主要在于通过光敏电阻对教室内的自然光照度进行采集, 进而运用采集电路动态分析, 传送信号至单片机进行处理。其步骤如图4所示。

3.2 人数检测模块软件设计

采用光电传感器测量教室内的实时学生学习人数, 不仅具有成本低、电路结构清晰简单等特点;光电传感器价格低廉, 采用非接触式测量, 稳定性较强, 寿命相对较长。将检测电路与单片机相连, 在门的里外两边各安装一个光电传感器, 在两个传感器发射出红外光被遮挡的先后顺序中, 如果是进入教室则门里面的传感器先发出脉冲信号, 显示人数-1, 反之人数显示+1。光通量变化被检测到后再通过单片机的加减运算得到教室里的总人数。

3.3 人数检测及光照强度采集模块软件设计

将计数电路部分与红外信号检测部分配合使用, 其具体软件流程如图5所示。

4 结论

本设计对教室照明的控制部分进行了研究。以自然光照度、人数等外界条件为控制器的输入参数, 比传统的人工管理更方便, 并且节约了电能, 降低了教室灯光的资源浪费, 同时还加入了人数检测技术, 使教师能更快捷方便地了解出勤人数。该系统设计对于各类学校的教室照明控制具有重要的意义, 便于推广应用。

摘要：本系统综合教室人数及自然光照度等因素, 以达到对教室节能照明的控制。将光照强度采集模块、红外信号检测和计数模块作为系统的信号检测, 对89S52单片机程序编程使其输出信号驱动继电器, 从而实现对照明灯的节能控制。现如今学校对用电的管理模式不够科学规范, 这种浪费现象就数见不鲜了。所以, 我们考虑有必要在以保证用电质量为前提, 最大幅度地降低用电的浪费, 从而使电能得到充分的利用。

关键词：教室节能照明,单片机,传感器,人数检测模块

参考文献

[1]高惠芳.单片机原理与应用技术[M].北京:科学出版社, 2010.

[2]JGJ 16-2008, 民用建筑电气设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[3]江晓军.光电传感与检测技术[M].北京:机械工业出版社, 2011.