照明灯具自动化技术基本原理设计方案详解

一，前言

　　电照明灯具系統中，照明灯具操纵担负的功能十分关键，一般均需给予以下的作用：

　　● 选用电源开关打开灯和关掉各种灯光效果；

　　● 选用变光设备提升和减少光輸出。

　　尤其必须指出的是现如今除空调机组外，照明灯具系統的人均耗能类似已占据总能源消耗的40%，因此 出色的灯具操纵不只以给予造成多种多样视觉效果自然环境的灯光运用为总体目标，更要以节约能源消耗和减少成本费为目的的有效性操纵。近期十几年，高新科技日益发展趋势，照明灯具操纵已愈来愈自动化技术，能容许大量、 更灵敏的功能性融合变成 更高， 更靠谱。从不一样生产商得到的商品互用性显著拓展的系统软件。

　　文中将对照明灯具自动控制系统以及自动化技术作简略探讨。

　　二，照明灯具自动控制系统

　　照明灯具自动控制系统的总体目地是在向特定场地给予造成视觉效果自然环境所需光的与此同时，尽可能清除多余的耗能，即

　　● 向必须 光的场地立即给予光；

　　● 向光的场地恰当准确无误给予必须的视度。

　　因此，自动控制系统务必确立得出以下信息内容：

　　● 恰当特定系统软件选用的商品；

　　● 呈示照明灯具操纵设计室需实际操作完成时的特性：

　　● 达到节能环保规定；

　　● 安裝花费减少。

　　正常情况下，那样的操作系统应由三个成分组成，在其中自然包括用以传输操纵数据信号通讯和给予电磁能运输的布线联接：

表1 照明灯具自动控制系统的成分组成

　　能够发觉照明灯具操纵事实上就是1) 得到信息内容， 2) 对于得到的数据决策实际操作和3) 更改相对应实际操作的一种设备系统软件。按键入、輸出和系统软件运行来对待照明灯具操纵，则可归纳于下表：

表2 照明灯具自动控制系统运行的键入、輸出关联

　　下面的图图示为照明灯具自动控制系统实例，它是一个带集中控制系统、占据感应器，感光变光元器件和定时器开关或向照明灯具主控制板给予各种各样键入的集中化互换系统软件的详细照明灯具自动控制系统

图1 照明灯具自动控制系统实例

　　图上照明灯具主控制板能够是电源开关控制器，变光控制器或二者的融合。 主控制板以时序逻辑电路获得的各种各样輸出先后对照明灯具负荷执行操纵。一切照明灯具自动控制系统都须对于以下一些层面做好设计方案，他们是

　　● 用尽场地：自动控制系统根据按光源类型、计划方案整体规划、建筑装饰设计的光滑度、陈设设计物件的布局等具体情况，选用不一样照明灯具和操纵设备及其日光的易用性来搭建操纵地区，灵便恰当地将光投影到必须 照明灯具的场地。显而易见，被控制地区的屏幕分辨率越高，获得操纵的范围越小，即自动控制系统可供应的精密度越高。例如，当许多人在非工作中期内进到时，自动控制系统只需要全自动打开仅进到应用范围的灯光效果，并非全部楼房的灯光效果。地区也有可能比较大操纵屏幕分辨率得出的更小，例如敞开式公司办公室内每一位客户的独立照明灯具，则可根据pc机或控制器将灯光效果调整到自身喜好的情况。总而言之，管制区越小，操纵的屏幕分辨率、花费减少的潜质和灯光系统软件适用视觉效果必须 的机遇越大。

　　● 用尽時间：合理的灯光自动控制系统应保证 照明灯具時间运行的准确性，这在于室内空间占有、打开或关掉灯根据時间或阀值设置等众多要素。如室内空间占有状况是不是能够预测分析、光线量阀值是不是设置。前面一种选用计时器就可以简易操纵，一般，当室内空间占没法预估时，能够选用室内空间占有感应器检验被监控地区中是不是有些人存有并自行开启和关掉地区内的灯光效果；或像道路路灯那般，彻底能够根据设置光线量阀值的办法完成用尽時间的自动控制系统。 保证 照明灯具系统软件精准给予用尽時间能够明显降低资源消耗，亦即是客户减少了花费。

　　● 恰当的视度：自动控制系统依据室内空间执行任务的种类做出给予照明灯具视度的恰当判断。例如，院校会堂是各类主题活动范畴的核心地， 将必须 适用于不一样主题活动的各种各样照明灯具水准需要的视度。一样视度的恰当操纵对节能环保有立即奉献。

　● 耗能管理方法：选用专业照明灯具控制的高級照明灯具自动控制系统可使目前照明灯具运作的能源消耗降低35%至50%，进而为客户控制成本、提高营运能力和竞争能力。

　　● 视觉效果特性：自动控制系统根据提高视觉效果特性，如会议厅或体育场馆等联合办公空间的多功能照明灯具；合适室内空间演化规定导致特殊实际效果的阳光照射；饭店及相似运用中设定心态的照明灯具；提升公司办公室和其他办公环境中照明灯具的本人操纵效率以提高工作员的满意率；提高室内空间艺术美和想像力和避免 环境污染最大限度地提升照明灯具特性。视觉效果功能的增强通常比环保节能测算更难，但研究表明本人照明灯具操纵对提升工作员满意率，进而对提升生产主力有明显奉献。

　　三，照明灯具操纵的对策与技术性

　　控制方法和用以实行战略的控制系统不一样，虽然二者密切有关。照明灯具控制方法一般 就是指用来操纵灯光系統的主要计划方案。比如，一种称之为表格操纵的战略便是按列举的间隔时间计划书执行照明灯具操纵的计划方案。控制系统则指实际实行操纵所运用的具体方式和对策。例如，整幢大楼的集中化自动控制系统与单独屋子实行表格控制方法的新技术很有可能根本不一样。
照明灯具控制方法关键包含：

　　● 根据室内空间占有（Occupancy-based）的对策：一种涉及到照明灯具设备的打开和关掉仅仅特殊室内空间是不是被挤占的相应的对策。

　　● 根据表格（Scheduled）的对策：一种按预订间隔时间管理方法照明灯具的对策。时间间隔可短为数分钟，或至后十几钟头。依据可预测分析产生的天文学事情，如黎明曙光、傍晚，执行照明灯具操纵亦归属于该对策。

　　● 阳光照射级别操纵（Light level control）：按某类方法调节阳光照射輸出级别以到达特定方向的对策。輸出阳光照射级别操纵还包含以下归类：

　　光照：工程建筑內部能接纳丰富多彩太阳光的地区，人工合成光则做为灯具的补给和更换应用。
　　变光：使不一样主题活动占有区具备适度阳光照射级别，一般 称之为“每日任务变光”或“每日任务照明灯具”。如独立从业美术绘画或念书的地区比书柜和个人收藏柜规定的阳光照射级别高些。
　　保持：降低照明灯具系统软件中初应用灯的阳光照射级别应，随灯使用时间的增加慢慢提升阳光照射级别而使阳光照射保持匀称。

　　● 负载释放出来（Load shedding）：限定照明灯具高峰期应用期内的负载以实现总体使用量降低的目地。

　　以上控制方法的实际实行就需倚仗相对应的控制系统了。正常情况下还可以选用红外线，超声波或红外线-超声波双向等常见传感器技术扫探需照明灯具地区，根据占有感应器（Occupancy sensor）检验地区是不是被占有并向自动控制系统推送相对应数据信号执行照明灯具控制方法。根据室内空间使用的最好照明灯具操纵涉及到室内空间运用的设置。以下即照明灯具有关的技术性、元器件及操作系统的概述：

　　● 传感器技术和占有感应器：

　　● 微波感应器光谱分析技术（PIR technology）：PIR 技术性根据PIR 感应器检测贴近的红外线电力能源，如健身运动的身体，分辨其与情况室内空间的区别并判断室内空间的占有情况 进而精准定位占有范畴，传出打开或关掉灯的数据信号。为合理工作中，PIR 感应器的视线必须 对操纵地区立即遮盖。

　　● 超声波技术性（Ultrasonic technology）：这也是一种选用超声波多谱勒信号检测室内空间使用的技术性。感应器向室内空间发送超音声波频率，随后精确测量目标雷达回波時间。当室内空间存有健身运动物件时，感应器将接受到不一样次数的雷达回波，籍此进行检测。当不能给予对操纵地区视线立即遮盖时，该技术性最理想化。

　　● 双向技术性（Dual technology）：混和运用PIR和超声波技术性统称。

　　● 定时器开关（TIme switches）：说白了，这也是一类均在规定的间隔时间后打开或关掉灯源的设备或电子系统。根据变动设置设备的间隔时间可融入使用人不一样必须 。一般 间隔时间可从五分钟调整至将近12小时。这类电源开关勿需加上布线就能立即更换基本的墙电源开关并与全部自动控制系统兼容。

　　● 感光操纵（Photo-sensiTIve control）：这也是一种根据太阳光感测器，执行人工合成光管控的搭配技术性。对能搜集到太阳光的地区，如门厅、前庭功能、沿街公司办公室、过道和其它有全景天窗的地区，感光控制系统是最好的选择。此技术性也理想化地适用大部分户外照明灯具操纵，如地下停车场、商务大厦通道、酒店在线客服区。

　● 控制器系统软件（control panel system）：选用控制器系统软件可完成预期的长时间操纵。控制器系统软件能从单一地址，按事前制定的方案几日、几星期，乃至好多个月执行照明灯具管理方法，还可与物业管理服务和保安人员系统软件便捷融洽插口。

　　● 遥感技术／变光操纵（Remote/dimming control）：凡本人工作中范围中的客户可依据她们实际工作中配备必须的照明灯具，挑选该操纵打开、关掉及调整照明灯具的輸出级别，此类操纵对执行每日任务调节尤其有效。

　　控制系统的选用在于控制方法的决策。考虑到下边的难题有利于变小挑选适合当控制方法的范畴：

　　● 负载与室内空间有什么特点？
　　● 控制系统的发展目标？
　　● 对工程建筑、耗能有什么独特要求？
　　● 灯负荷只是是电源开关互换或是必须 明暗交界线变光？
　　● 部分操纵或是集中控制系统，或是两种都需要？
　　● 必须 哪种线性度？
　　● 期待特性和成本费间有哪些均衡目标？
　　● 必须 哪种水平自动化技术？

　　四，照明灯具全自动化设计

　　一般而言，照明灯具的手动式自动控制系统指的是本人根据按键的转换、转动、揿动或控制器和别的方式实行使用的单一电源开关或一组电源开关和变光设备组成的系统软件，小规模纳税人状况下，确实具备费用便宜的优势，但伴随着照明灯具系统软件经营规模的扩张，手动式操纵将丧失其成本费上的经济效益。除此之外，不用照明灯具时，是不是熄灯彻底取决于于人为要素，免不了消耗电力工程扩大耗能，照明灯具范畴越大，难题尤为比较严重。实践经验证明，手动式调节作用的全自动实行不仅电力能源成本费明显减少，还可给予别的益处。正由于此，照明灯具自动化技术不只是挑选控制方法需充分考虑的主要内容之一，更需看变成 一项强制政策法规。如美国能源部依据ASHRAE/IES 90.1-1999电力能源政策法规施行的最少国家能源部规范，除非常少除外，商业服务大厦中凡总面积超过5，000平方米，照明灯具均须配备占有感应器和可编程控制器時间生产调度设备给予自行关掉的作用。2005年10月美国加州的制订的第24号政策法规则更严苛。

图2 美国州实行电力能源政策法规的地区统计分析

图2所显示为美国州实行电力能源政策法规的地区统计分析，由图得知，英国居绝大多数州都须实行电力能源政策法规。为达到电力能源政策法规和合格，英国绿色节能建筑联合会（U.S. Green Building Council）专业研发了一套致力于保证 ASHRAE/IES 90.1-1999执行的LEED (The Leadership in Energy and Environmental Design) 绿色节能建筑测量系统软件(Green Building RaTIng System) ─ 一款第三方验证程序流程及其性能卓越绿色节能建筑全国各地接纳的设计方案、修建和运行的标准。LEED 还为房屋建筑的客户或营办商带来了也许对房屋造成较大危害的功能开展即时能测的必要专用工具。在国外和全球其他很多我国中，LEED 验证早已是一项认可的规范。做到 LEED验证规范也是工程项目真真正正环保的最明和方式。非常值得指出的是照明灯具自动化技术恰好是LEED验证的核心指标值之一。

　　下表简易列举不一样操纵方法、控制方法相匹配实行的操纵个人行为（仅以电源开关转换和明暗交界线变光为例子，未考虑到集中化与分散控制方法）：

表3 操纵方法、控制方法和相对应的操纵个人行为

　　此乃照明灯具全自动化设计执行的基本。在这个基础上，按一定步骤即能进行照明灯具自动化技术实际工程项目的设计方案（参照当期栏目 王 江《设计照明综合设计及应用》）。

　　五，多代理商程序流程系统软件（MAS：mulTI-agent system）介绍

　　多代理商程序流程系统软件是一种分布式架构，它由好几个代理商程序流程行为主体（agent）构成，每一个代理商程序流程行为主体全是一个单独进行指定目标的控制模块，最后的调节每日任务则根据控制模块间相互之间通讯协作进行。MAS为控制技术的制定指出了一种自底向上的方式 ，已经在很多行业获得广泛运用。

　　照明灯具自动控制系统选用MAS搭建的系统软件，关键由变光模块，汽车继电器模块，交流接触器功率模块，日光线传感器控制模块和操作面板等部份构成，如图所示6。

图6 MAS照明灯具全自动自动控制系统

图上，变光模块与多个可调式光电子镇流器按星形联接，并与汽车继电器模块相接。汽车继电器控制模块分別与每一个灯饰的开关电源联接，并联接交流接触器功率模块。全部操纵和温度传感器控制模块共享资源一条系统总线，构成无线局域网。操作面板控制模块和遥控器终端设备控制模块接纳客户的要求，根据 RS-485 系统总线通告变光模块。日光线传感器获得所需检测数据信息，与变光模块开展通讯。变光模块自身做为系统软件的主要控制模块，依据获取的数据决策变光姿势。它一方面立即操纵变光电子镇流器变光，另一方面能够根据电源线继电器原理图决策电源电路的导通。每一个变光模块都可以对好几个照明灯具开展单独操纵，合理运用了資源。

　　全部系统软件选用Silicon Lab 企业的C8051F系列片上系统软件商品搭建。因为变光模块程序流程繁杂，I/O 脚位要求多，日光线传感器控制模块必须 精准而迅速的ADC对光照强度开展取样，因此 应用系列产品中flash储存器很大、I/O 口较多、上面資源充足的高档商品C8051F021。操作面板控制模块和遥控器终端设备组件的工作中较简易，对自然资源的标准不很高，应用较低档的C8051F330商品就可以符合要求。

　　C8051F021为一款混和通信系统级 MCU 集成ic，具备 32 个数据 I/O 脚位，与高速8051兼容的 CIP-51 核心，最大cpu主频可以达到 25MIPS。C8051F021集成ic内集合了12 位，100ksps 的 8 安全通道 ADC，而且带 PGA(可编程控制器增益值放大仪)和仿真模拟多通道电源开关，2个 12 位的 DAC，可编程控制器升级时钟频率。64kB上面的flash 给予了可完成系统软件线上发布的IAP作用。加上片内带有4352（4096 256）字节数RAM，省去了RAM外伸的繁琐和不稳定要素。 系统软件还给予SPI，SMBus/I2C 和2个 UART 串行通信，5 个通用性的 16 位计时器，5 个具备捕获/较为组件的可编程控制器电子计数器/计时器列阵，上面看门狗1计时器，VDD 监控器和温度感应器等。全部的仿真模拟和数据外接设备均可由使用者开展也就能或严禁配备。

　　虽然C8051F330的 flash 储存器（8kB）和片内 RAM（768 字节数），I/O 脚位（17）较少，但在响应速度、非入侵系统软件校准和系统软件可编程控制器等层面留下了C8051F021的优势。

　　总而言之，这2款 MCU 集成化了大批量的仿真模拟和数据元器件，为完成照明灯具自动化所需的感测器、通信和操控规定保证了便捷，巨大地优化了照明灯具自动化技术系统控制的设计方案。

　　系统软件中全部控制模块和网络通信均选用防护DC/DC控制模块供电系统。

　　该照明灯具自动控制系统多代理商程序流程系统软件，不但能依据客户特殊需求开展情景转换，更改光照强度级别，还能认知工作中范围内的阳光照射，自动调节照明灯具，构建光亮舒服，并颇具文化韵味的照明灯具自然环境。仅限于篇数，相关体系结构、系统软件协议书、系统更新等软、硬件配置组成更详细的关键点不会再进行，下一次栏目再作详细介绍。

　　六，总结

　　出色的灯光自动控制系统理应能在节约人力资源管理，减少能耗，增加灯饰使用寿命，提升灯具品质的与此同时，为大家构建光亮舒服、并颇具文化韵味的照明灯具自然环境。伴随着我们生活水平的提升 ，高效率、环保节能、环境保护、灵便、舒服和更个性化的照明灯具自动化技术自动控制系统愈来愈得到普遍关心，文中探讨照明灯具自动控制系统以及自动化技术，并对多代理商程序流程照明灯具全自动自动控制系统作简单详细介绍。

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