智能照明系统设计

目录摘要................................................................2Abstract............................................................21引言..............................................................22智能照明的国内外现状..............................................32.1国外现状....................................................32.2国内现状....................................................43智能照明控制系统原理与组成........................................44智能照明系统的设计................................................64.1控制系统设计................................................64.2电气节能设计................................................74.3设计步骤....................................................94.4结果和分析..................................................95智能照明系统应用潜力分析.........................................106结论.............................................................11参考文献...........................................................112智能照明系统的设计********大学，**学院，电气*班，*******（学号）摘要本文主要对智能照明系统控制原理与系统的重要组成部分进行了初步的分析，对智能照明控制系统的功能需求进行了合理的预测,然后根据智能照明系统的发展趋势，通过综合的分析归纳，提出了一种智能照明控制系统的设计方案。关键词：智能照明原理功能智能照明控制系统IntelligentLightingSystemDesignZhangMeiyunNanjingUniversityofInformationScience&Technology,InformationandControlInstitute,ElectricalEngineeringandAutomation,Nanjing210044AbstractThispaperfocusesontheintelligentlightingsystemcontrolprincipleandsystemisanimportantpartofapreliminaryanalysis.Forintelligentlightingcontrolsystemfunctiondemandthereasonableforecasting.Thenaccordingtothedevelopmenttrendofintelligentlightingsystem,throughcomprehensiveanalysisinductive,putforwardakindofintelligentlightingcontrolsystemdesignscheme.Keyword:IntelligentLighting;principle;performance;IntelligentLightingControlSystem1引言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。[1]传统照明技术受到了强烈冲击。一方面，由于信息技术和计算机的发展对照明技术的变化提供了技术支撑；另一方面，由于能源的紧缺，国家对照明节能越3来越重视，新型的照明技术得以迅速发展，以满足使用者节约能源、舒适性、方便性的要求。智能照明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）[2]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。智能照明系统可对白炽灯、日光灯(专用镇流器)、节能灯、石英灯等多种光源调光，满足各种环境对照明的要求。适用范围有：大型公共建筑，如会展中心、航站楼、客运站、体育场馆、大型商场等；博物馆、美术馆、图书馆等文化建筑和教学建筑；星级酒店和高档写字楼的宴会厅、多功能厅、会议室、大堂、走道等场所。通过采用智能照明系统,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和区域场景控制。(6)应急照明控制：系统对特殊区域内的应急照明所执行的控制。2智能照明的国内外现状2.1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4照明提出了各自的工作计划及目标。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。[3]美国从2000年起投资5亿美元实施国家智能照明计划。[6]美国能源部预测，到2010年前后，美国将有55%的白炽灯和荧光灯被半导体灯具替代，每年仅节电就可达350亿美元。世界着名的印制电路板生产公司、奥地利的AT&S也积极开发LED用于印制电路板，并打算将该类印制电路板作为未来的支柱产品。韩国政府则在实施将路灯更换成智能照明系统的计划。欧盟已经规定，自2009年9月1日起，所有超市不允许销售白炽灯泡，也不允许销售高压的荧光灯灯泡，只能销售节能灯。波士顿大学教授ThomasLittle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。”[7]2.2国内现状90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。随着国家主席胡锦涛访美期间参观世界首富比尔·盖茨位于西雅图的私人豪宅，所有电器设备均被连接成一个可控网络，含盖了包括智能气象、智能照明、智能通风、智能电工和智能安防等各项“未来科学技术”，堪称世界智能家居的“未来之屋”。[4]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。[5]3智能照明控制系统原理与组成智能照明系统是基于计算机控制平台的全数字、模块化、分布式总线型控制系统。中央处理器、模块之间通过网络总线直接通信，利用总线使照明、调光、5百叶窗、场景、控制等实现智能化，并成为一个完整的总线系统。可依据外部环境的变化自动调节总线中设备的状态，达到安全、节能、人性化的效果，并能在今后的使用中根据用户的要求通过计算机重新编程来增加或修改系统的功能，而无须重新敷设电缆，智能照明控制系统的可靠性高，控制灵活，是传统的照明控制方式所无法做到的。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。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，操作时只须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：智能照明控制系统采用“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。6图1总线制智能照明控制系统管理方式：传统控制对照明的管理是人为化的管理；智能控制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。4智能照明系统的设计所谓智能照明控制系统，其实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。这些设置也成为场景，可有调光器或中央建筑空股指系统自动调用。[8]4.1控制系统设计系统为分布式结构。通讯方式以无线方式为主,辅助以电力载波。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。如图2所示。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。如图3所示。图2智能照明控制系统结构图图3前端区域组成示意图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7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。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。其调光方式为前端斩波。如图4所示。图4如图4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受主控制器的控制，通过对遥控器的学习后，也可以直接接受手持遥控器的控制。传统机械式开关控制标准是控火线。为了安装方便,并可以直接替代传统机械式开关,而无须修改室内线路,单元控制器要设计为“单线制”取电模式。即只要接上火线与灯就可以正常工