張阿玲

（陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西西安,710100）

1 傳感器技術(shù)應(yīng)用的普遍性與必要性

1.1 傳感器應(yīng)用的背景

我們?nèi)酥饕ㄟ^各類感官來感知外界信息，包括視覺、聽覺、嗅覺及觸覺等。反饋回來的信息通過大腦進(jìn)行分析判斷及相對應(yīng)的處理應(yīng)對，人的相關(guān)肢體就會(huì)根據(jù)指令做出動(dòng)作，這是人類的本能所在。當(dāng)然，僅僅靠我們的五官感知，信息處理的速度與全面性有很大制約，而且人類感知是有極限的。比如溫度，我們不可能區(qū)別溫度微觀的變化。那么這就需要電子設(shè)備來幫助及時(shí)感知處理。在此情況下，各類傳感器應(yīng)運(yùn)而生。

如今，傳感器技術(shù)在現(xiàn)代信息技術(shù)中越來越占據(jù)相當(dāng)重要的位置，其在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用也越加明顯。

1.2 傳感器應(yīng)用的普遍性

具體地說傳感器是指那些對被測對象的某一確定的信息具有感受（或響應(yīng)）與檢出功能，并使之按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的可輸出信號的元器件或裝置。在現(xiàn)代生活工作領(lǐng)域我們可以更多零距離的接觸到傳感器應(yīng)用的方方面面。

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，工廠自動(dòng)化的流水生產(chǎn)線、全自動(dòng)加工設(shè)備以及各類智能化的檢測儀器設(shè)備，都無一例外地采用了相對應(yīng)的傳感器。傳感器的應(yīng)用不僅使得生產(chǎn)效率大大提高，而且它也減輕了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了有害的作業(yè)侵蝕。

在家用電器領(lǐng)域，傳感器應(yīng)用也非常廣泛，如全自動(dòng)洗衣機(jī)、電飯褒和微波爐等。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用很大程度上便捷了現(xiàn)代人的生活，使得生活品位越來越高。醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，超聲波診斷儀、體溫計(jì)、電子脈博儀、醫(yī)用呼吸機(jī)、斷層掃描（CT）及核磁共振診斷設(shè)備，都大量地運(yùn)用到了傳感技術(shù)。這些對改善人們的生活水平，提高生活質(zhì)量和健康水平起到了重要的作用。

除此，傳感器技術(shù)在軍事國防領(lǐng)域的應(yīng)用更加普遍，各種偵測設(shè)備，如紅外夜視探測、雷達(dá)跟蹤、武器的精確制導(dǎo)等等，設(shè)想如果沒有傳感器，國防將面臨很大困境。在航天領(lǐng)域，傳感器應(yīng)用于空中管制、導(dǎo)航、飛機(jī)的飛行管理和自動(dòng)駕駛，儀表著陸盲降系統(tǒng)方面。而設(shè)若沒有傳感器，人造衛(wèi)星的遙感遙測那是不可能實(shí)現(xiàn)的。

1.3 傳感器應(yīng)用的必要性

無論在哪個(gè)方面，傳感器都成了人們獲得信息的重要器件。作為信息技術(shù)的三大支柱之一，傳感器成為了現(xiàn)代信息系統(tǒng)和各種裝備不可缺少的信息采集手段，更是微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要方法，對提高經(jīng)濟(jì)效益、科研成果及生產(chǎn)技術(shù)的水平有著舉足輕重的作用。

傳感器作為一種新型科技，其技術(shù)水平的高低直接影響了信息技術(shù)水平，同時(shí)它還很大程度上影響信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。目前，傳感器技術(shù)已滲透到科學(xué)和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究及改善生活質(zhì)量等方面，起著越來越大的作用。尖端科學(xué)和新興技術(shù)再發(fā)展更是需要傳感器技術(shù)來裝備，計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用，離不開傳感器。傳感器與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，儼然成了一個(gè)時(shí)代進(jìn)步程度的象征。從人類的發(fā)展需求及生活追求上來說，傳感器已經(jīng)成為科技領(lǐng)軍時(shí)代不可或缺的一部分。應(yīng)用傳感器，工作生活更加便捷，更加高端化。因此，傳感器應(yīng)用非常有必要，且適應(yīng)生活的傳感器研究更是勢在必行。

2 智能照明系統(tǒng)構(gòu)建的時(shí)代意義

當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)逐漸全球化，而區(qū)域經(jīng)濟(jì)也呈現(xiàn)出一體化的模式。隨著對物質(zhì)精神生活的不斷追求，人們對工作和生活環(huán)境的要求越來越高，尤其是在靈活性、高效性和舒適性方面體現(xiàn)較為明顯。這種意義上，傳統(tǒng)的工作及居住住所已然不再適應(yīng)，智能化建筑，智能化小區(qū)，智能化家居等適時(shí)而生。在此基礎(chǔ)上樓宇自動(dòng)化、通信自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等各種自動(dòng)化系統(tǒng)不斷出現(xiàn)。建筑對照明的要求也變得越來越高，傳統(tǒng)的照明技術(shù)受到了時(shí)代的強(qiáng)烈沖擊，越來越被時(shí)代所淘汰，不能適應(yīng)當(dāng)今時(shí)代低碳節(jié)能的要求。而現(xiàn)代照明技術(shù)發(fā)生了深刻的變化，以傳感器應(yīng)用為主要特征的“智能照明”技術(shù)隨之出現(xiàn)，并迅速地向前發(fā)展，以致形成照明技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。

3 傳感器技術(shù)在智能照明建筑中的應(yīng)用。

3.1 傳感器技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用效果

新型傳感器應(yīng)用的樓宇智能化已經(jīng)成為當(dāng)今建筑發(fā)展的主流技術(shù)，它的服務(wù)范圍涵蓋極廣，從空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)到安全防范系統(tǒng)以及完善的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)。建筑中，智能化的照明系統(tǒng)優(yōu)越性越來越明顯，它在智能建筑中的應(yīng)用越來越廣泛。其應(yīng)用效果如下：

(1）照明控制智能化。

智能照明建筑采用智能化的照明控制系統(tǒng)，使得照明系統(tǒng)工作進(jìn)入完全的自動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)一直沿著若干預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)及指令進(jìn)行工作。而這些工作的狀態(tài)會(huì)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)適應(yīng)周圍環(huán)境的需求而自動(dòng)變換。例如，當(dāng)天色漸晚，光線已然不能滿足過客需求，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)入夜間工作狀態(tài)，并自動(dòng)調(diào)節(jié)各區(qū)域燈光亮度。而且，無人區(qū)域的燈光將在系統(tǒng)探測功能的指揮下自動(dòng)關(guān)閉，并將人行區(qū)域的燈光調(diào)至最合適的亮度。在遇到特殊需要的時(shí)候，通過預(yù)定編程我們還可以改變各區(qū)域的光照度，以適應(yīng)來自各種場合的場景要求。

(2）節(jié)能效果明顯化。

以傳感器為主要構(gòu)成部分的智能照明控制系統(tǒng)，其使用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)，可進(jìn)行最自如的智能調(diào)光。針對許多燈具如白熾燈、日光燈，配以特殊鎮(zhèn)流器的鈉燈、水銀燈、霓虹燈等，室外光較弱時(shí)，室內(nèi)照度則自動(dòng)調(diào)亮；室外光較強(qiáng)時(shí)室內(nèi)照度會(huì)自動(dòng)調(diào)暗。據(jù)抽查性對比，一般的辦公大樓節(jié)能效果可以達(dá)到40%以上，一般的商場、酒店、地鐵站等節(jié)能效果也能達(dá)到25%—30%。

除此，智能化的照明管理系統(tǒng)采用的是設(shè)置照明工作狀態(tài)的方式，不僅提高了管理水平，而且還減少了不必要的維護(hù)費(fèi)用。

3.2 智能照明建筑中的傳感器技術(shù)應(yīng)用

3.2.1 智能照明系統(tǒng)原理。

簡單地以下圖單片機(jī)為例，說明傳感在智能照明系統(tǒng)中的特殊地位。該裝置由各類信號（光信號和人體信號）、采集裝置、控制裝置、接口電路等構(gòu)建的智能化照明裝置系統(tǒng)。建筑樓道在開燈的條件下，智能照明系統(tǒng)會(huì)采用適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳈z測出人體是否存在，從而匹配電路檢測環(huán)境下合適光的強(qiáng)度。這些人體的存在信號和環(huán)境光的強(qiáng)度信號的識(shí)別和智能判斷，將信息打包送到單片機(jī)。單片機(jī)再根據(jù)這些信息通過控制電路對照明設(shè)備進(jìn)行開關(guān)操作。沒有檢測到人體存在，燈會(huì)自動(dòng)調(diào)整為處于熄滅關(guān)閉狀態(tài)。反之，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開照明裝置。這樣既做到了照明控制，又達(dá)到節(jié)能的目的。

圖1 智能照明控制系統(tǒng)流程圖

根據(jù)上圖系統(tǒng)控制流程，通過各組件配置，可以得到如下系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖：

圖2 智能照明系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

3.2.2 傳感技術(shù)在智能照明建筑中的應(yīng)用實(shí)例

智能照明系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際的照明需要，利用照明接觸器、傳感器技術(shù)在各類建筑物內(nèi)外安置高效節(jié)能燈具。它通過智能地選取應(yīng)有照度水平，以達(dá)到良好的節(jié)能效果。采用傳感技術(shù)構(gòu)建智能照明系統(tǒng)后，可以通過對自然光進(jìn)行調(diào)節(jié)，以加強(qiáng)自然光對建筑光環(huán)境有利的作用。

近年來，人們對建筑照明提出了更高更深的要求，尤其是燈具節(jié)能和科學(xué)管理方面。而典型地，現(xiàn)代校園的建設(shè)，非常契合網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的是，同樣引入了智能化的概念。下面以校園中的智能照明控制為例簡敘傳感技術(shù)的融入與應(yīng)用。

在國內(nèi)外，有許多工程實(shí)踐在樓宇自控（BA）、景觀照明領(lǐng)域取得成果。尤其是新型大學(xué)城的設(shè)計(jì)構(gòu)建，也必將采用樓宇自控的設(shè)計(jì)原則，遵循傳感技術(shù)智能應(yīng)用的設(shè)計(jì)思路。其目標(biāo)真正突出控制系統(tǒng)“照明智能化、管理科學(xué)化、能源節(jié)省化、運(yùn)營便捷化”的特點(diǎn)。在運(yùn)行方案上，使用“合理細(xì)分控制回路，合理設(shè)置回路”的控制方式。

下面是大學(xué)校園照明控制系統(tǒng)的基本組成部分

1）主控中心。學(xué)校需要設(shè)立主控室，系統(tǒng)將通用計(jì)算機(jī)作為主控中心，通過RLINK通訊裝置與網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通訊。在計(jì)算機(jī)上主控方可直接實(shí)現(xiàn)編程，監(jiān)控，故障報(bào)警等功能。局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)也可以通過主控中心實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。

2）RLINK通訊裝置。它是主控中心與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)各單元的通訊樞紐，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)RS485／RS232信號轉(zhuǎn)換，并且具備了系統(tǒng)自診斷功能和自動(dòng)故障報(bào)警功能。

3）照明控制器。智能照明控制系統(tǒng)的核心部分，由控制模塊電路、驅(qū)動(dòng)模塊電路、照明專用自鎖繼電器組成。每個(gè)照明控制器均可獨(dú)立工作，也可以由計(jì)算機(jī)中心控制。主控中心停止工作或通訊中斷不影響控制器的正常運(yùn)行。控制器有多種規(guī)格，單個(gè)控制器最多可控制48個(gè)回路。一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)最多可連接500個(gè)控制器。

4）可編程開關(guān)。智能的弱電開關(guān)，有1-8鍵等各種規(guī)格，開關(guān)本身使用24V安全電壓，不會(huì)有漏電的危險(xiǎn)，開關(guān)操作時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)打火和拉弧，確保安全?？删幊涕_關(guān)上的每一個(gè)按鍵所控制的回路均由計(jì)算機(jī)編程設(shè)定，單鍵可控制多個(gè)回路，可根據(jù)情況變化隨意更改組合，使用起來靈活、方便。

5）動(dòng)態(tài)傳感器。利用紅外線或超聲波的原理，自動(dòng)識(shí)別房間內(nèi)是否有人存在而給控制器發(fā)送信號，實(shí)現(xiàn)“人來燈亮，人走燈滅”的動(dòng)態(tài)控制功能。

6）照度傳感器。核心部件是光電耦合器，通過感應(yīng)外部自然光源的照度來調(diào)節(jié)室內(nèi)照明的亮度，實(shí)現(xiàn)智能探測和智能調(diào)節(jié)的功能。

7）電話通訊裝置。電話控制所需的附加設(shè)備。用戶直接撥打電話，根據(jù)提示音操作，控制照明開關(guān)。

[1]《智能與綠色建筑文集》 智能與綠色建筑文集編委會(huì)，中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]《基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》賈正松.2009.

[3]《建筑中智能照明系統(tǒng)的使用》 王建中.2012.06

[4]《傳感器與現(xiàn)代檢測技術(shù)課程設(shè)計(jì)》百度文庫 2012