现代智能照明测控系统设计与实现

发表时间:2016/3/7   来源:《工程建设标准化》2015年10月供稿   作者:王焕 刘彩坤 李春海 徐振杰
[导读] 智能照明测控系统的应用范畴已经不再局限于智能楼宇中的建设,在大中院校和企事业单位均有应用,亦符合节能环保的社会发展趋势。

【摘  要】介绍了现代智能照明测控系统在国内外发展的现状、系统功能、工作原理与组成和系统的详细设计,重点对现代智能照明测控系统的设计实现进行了阐述。同时描述了现代智能照明测控系统的相应的国家政策与社会发展的趋势,显示出巨大的发展潜力,具有更广阔的应用前景。
【关键词】智能照明;全数字;模块化;分布式

        引言
        随着电子、计算机、通信和控制技术的不断发展。智能照明测控系统的应用范畴已经不再局限于智能楼宇中的建设,在大中院校和企事业单位均有应用,亦符合节能环保的社会发展趋势。随着人民生活水平的不断提高,人们对工作和生活环境的要求越来越高,同时对照明系统的要求也越来越高。照明领域的能源消耗在总的能源消耗中占了相当大的比例,节约能源和提高照明质量是当务之急。照明用电作为电力消耗的重要部分,已经占到了电力能源消耗的10%左右,并且随着我国国民经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高,照明用电还将不断增加。
        现代智能照明测控系统是最先进的一种照明控制方式,它采用全数字、模块化、分布式的系统结构,通过五类控制线将系统中的各种控制功能模块及部件连接成一个照明控制网络,它可以作为整个建筑物自动化管理系统(BA系统)的一个子系统通过网络软件接入BA系统,也能作为独立系统单独运行,在照明控制实现手段上更专业、更灵活,可实现对各种照明灯的调光控制或开关控制,是实现舒适照明的有效手段,也是节能的有效措施。
1 现代智能照明测控系统发展的国内外现状
1.1 国外现状
        从1983年第一座带有智能化概念的建筑物在美国落成后,楼宇智能化成为建筑电气发展的主流技术。各发达国家,如美国、日本及欧洲各国都对绿色节能照明提出了各自的设计方案及长远期发展目标。为贯彻执行资源的开发和节约并举、将节约置于首位的方针。
        美国从2000年起投资5亿美元实施"国家智能照明计划"。波士顿大学教授Thomas Little说道:“我们现在正在做的事情就是抓住这个机会,把联网功能嵌入照明革命之中。随着白炽灯和日光灯被取代,我们希望把联网技术嵌入智能照明之中。”
2.2 国内现状
        90年前后,在国外智能照明蓬勃发展的背景下,真善美、松下以及SOK等众多企业相继投入大量人力物力进行研发,十年过去,成果磐然。上海世博会上,大家见识到了不同的馆区不同的国家有着不同的风采,但是,不管是美国馆,加拿大馆,文化中心还是上汽通用汽车馆,都有一个共同点,那就是室内照明全部采用被称为“21世纪绿色光源”的智能照明系统。由此可见,智能照明已经成为全球各国各行业的照明方面的共识。
        在中国“绿色照明工程促进项目”实施计划的推动下,智能照明控制系统应运而出,集四大节能功效于一身:智能稳压(节电)、提高功率因素(节能)、消除浪涌谐波、延长灯具寿命。这充分体现了“智能照明”的宗旨:节约用电、提高工作和生活的质量。
2 系统设计
2.1系统功能
        通过采用现代智能照明测控系统,可实现以下控制功能:
        (1)时钟控制:通过时间设定实现各照明区域的不同控制。
        (2)调光控制:通过照度探测器和调光模块,达到各区域照度值始终在预先设定值范围。
        (3)区域场景控制:通过控制面板和调光模块,实现各照明区域的场景切换控制。
        (4)动静探测控制:通过动静探测器和调光/开关模块,实现各照明区域的自动开关控制。
        (5)手动遥控器控制;通过红外线遥控器,实现在正常状态下各区域内的照明灯具的手动控制。
2.2系统工作原理与组成
        现代智能照明测控系统有内置时钟,可以预设作息时间,在供电时段内检查到探测区域有人时且当环境照度低于设定照度值时,电源自动开启,在此条件下当人离开探测区域后会延时10分钟自动关闭电源;在停电时段,或者在供电时段探测区域没有人,或者环境照度高于设定照度值,电源自动关闭。设有2个应急开关,当有特出情况出现时可以打开应急开关供电。
        智能照明的系统通常主要由调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、PC接口、时间管理模块、手持式编程器、监控计算机(大型网络需网桥连接)等部件组成。下面从线路系统、控制方式、照明方式和管理方式上进行详解。
        线路系统:总线式智能照明简单的开关特点:负载回路连线接到输出单元的输出端,控制开关用五类线与输出单元相连。负载容量较大时仅考虑加大输出单元容量,控制开关不受影响;开关距离较远时,只须加长控制总线的长度,节省大截面电缆用量;可通过软件设置多种功能(开/ 关、调光、定时等)。总线式智能照明系统双控电路特点:实现双控时只需简单地在控制总线上并联一个开关即可;进行多点控制时,依次并联多个开关即可,开关之间仅用一条五类线连接,线路安装简单省事。
        控制方式:智能照明控制,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置和记忆功能,操作时只需按一下控制面板上某一个键即可启动一个灯光场景(各照明回路不同的亮暗搭配组成一种灯光效果),各照明回路随即自动变换到相应的状态。上述功能也可以通过其他界面如遥控器等实现。
        照明方式:智能照明测控系统采用“调光模块”,通过灯光的调光在不同使用场合产生不同灯光效果,营造出不同的舒适的氛围。
        管理方式:传统控制对照明的管理是人为化的管理;智能测控系统可实现能源管理自动化,通过分布式网络,只需一台计算机就可实现对整幢大楼的管理。
2.3系统详细设计
        所谓现代智能照明测控系统,其实是根据某一区域的功能,每天不同的时间、室外光亮度或该区域的用途来自动控制照明。其中最重要的一点就是可进行预设,即具有将照明亮度转换为一系列设置的功能。这些设置也称为场景,可用调光器自动调用。系统采用分布式结构。通讯方式以无线方式为主,辅以电力载波。整个系统包括计算机、嵌入式控制器、电力线载波中继,前端区域。
现代智能照明测控系统结构图如下:

 

        其中,前端包括主控制器,若干单元调光控制器,电力线载波中继,以及遥控器。组成示意图如下所示:

        一个主控制器控制多个单元调光控制器,各单元调光控制器也可自主控制。主控制器控制与多个单元调光控制器通过无线方式进行数据交换,辅助以电力线载波中继。其中,遥控器的控制方式灵活多样,既可遥控主控制器,也可对某单元调光控制器直接控制。
        单元控制器与主控制器都具有遥控器学习功能。用户可根据自己的需要,自己设定遥控器上每一个按键的功能,甚至可以一键多控。主控制器通过无线发射模块对各单元调光控制器进行控制。主控制器可以对每一个单元调光控制器进行照度、情景模式等设定,并记录和显示设定值。各单元调光控制器通过光敏元件感知照度,可直接控制灯具的照度或亮度。其调光方式为前端载波。如下图所示:

        控制器中的MCU通过调节图中的“可调时间t”,来控制一个周期内灯的得电时间,从而调节灯的亮度。单元调光控制器可以通过无线接收模块接收主控制器的控制,通过对遥控器的学习后,也可以直接接收手持遥控器的控制。
3 结束语
        智能照明已经正式列入国家计划,终端节能优先的观念已经深入人心;智能照明控制是节约能耗及提高物业管理水平、体现现代化生活方式与优化工作环境的有效手段。智能照明使得照明方案具备高度的灵活性,系统投入使用后,会带来高质量的照明环境,提高整个建筑物的智能化管理水平,也可以便捷地调整照明系统,既满足美观、实用的要求,同时又达到了绿色节能环保的目标,显示出巨大的发展潜力。因此,智能照明会有更广阔的应用前景。
参考文献:
[1]梁宏宝 白林 朱安庆;《LED智能节能照明控制系统的设计》
[2]中国建筑标准设计研究院;《电气照明节能设计》
[3]孙宗智,王涛;《一种智能照明控制系统方案的研究》
[4]涂冰峰;《绿色光源----LED光源的发展前景》
[5]董美荣,郭世明;《KQ- 100K模块在220V电力线载波通信系统中的应用》
[6]陈丹江,张巧文;《荧光灯自动调光系统的研究》
[7]贾正松;《基于单片机实现智能照明控制系统的设计》
[8]赵庆勇;《工业厂房的照明设计》
[9]陈涛,毛信伟;《智能照明控制系统的工程应用》
作者简介:
王焕(1978-),女,河北石家庄人,汉族,专科,主要研究方向电力系统嵌入式操作系统终端。
刘彩坤(1977-),女,河北保定人,汉族,本科,主要研究方向电力系统嵌入式操作系统终端。
李春海(1979-),男,河北石家庄人,汉族,本科,主要研究方向电力系统嵌入式操作系统终端。
徐振杰(1979-),男,河北石家庄人,汉族,专科,主要研究方向电力系统嵌入式操作系统终端。

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