陳爽

(中國地質大學(北京)信息工程學院,江蘇南通　100083)

大學教室智能照明系統(tǒng)的研究與開發(fā)

陳爽

(中國地質大學(北京)信息工程學院,江蘇南通100083)

目前,用于照明的電量占整個教學大樓電能消耗的40%～60%,研究節(jié)能具有非常重大的意義。本文根據學校教學區(qū)照明控制和照明質量要求,設計了大學教室智能照明系統(tǒng)。

智能照明開關控制節(jié)能

1　研制背景及意義

傳統(tǒng)的照明控制方式由于其管理落后、舒適性差、能源浪費、布線復雜以及燈具壽命短的缺點，造成了大學校園里普遍存在“長明燈”、“無人亮燈”等電能浪費現(xiàn)象。而現(xiàn)有成型的智能照明控制系統(tǒng)在應用中存在一些問題，需要對其作進一步的研究和改進。

學校傳統(tǒng)照明控制方式一般有三種:①在回路中串入接觸器輔助觸點，實現(xiàn)人工遠距離控制或定時控制方式;②斷路器控制方式;③蹺板開關控制方式。

這些控制方式具有一定的局限性。方式①:太機械，如果場景變化，需要更改預設的時間點，就比較難以適應，需要調整數(shù)據，使用不靈活，管理不方便;方式②:雖然控制功能簡單，投資少，線路簡單，然而如果所有的日光燈同時開關的話，耗電量大，不符合節(jié)能的要求，不能滿足特定環(huán)境下的照度要求;方式③:如果燈具由翹板開關控制，在在教室的門口需設置開關，線路繁瑣，損耗很大，很難實現(xiàn)舒適照明。以上三種方式均易造成維修的頻繁性和不必要的電能浪費。

若將智能照明控制系統(tǒng)用于照明設計中，則能克服以上的不足。

2　設計方案

教室里是學習的主戰(zhàn)場，燈具數(shù)量多，講臺的照度要求最高。根據國家標準《建筑照明設計標準》(GB50034-2004)，教室照度標準值為300—5001x，顯色指數(shù)＞80。采用調光控制可以完美滿足照度方面的需求，但是造價太高，因此教室照明還是采用時鐘控制和開關控制，在特定的時間段里，預設系統(tǒng)參數(shù)控制教室內日光燈部分或者全部的開關。在窗戶的旁邊安裝光線照度傳感器，當自然光照度超過照度預設定值時，控制器關閉部分不需要的燈具，自然光不能滿足照度需求時，由燈光補充。此外，多媒體教室的燈光控制可與會議系統(tǒng)的投影儀及幕布、電動窗簾等進行聯(lián)動，當打開投影儀的時候，講臺的燈具關閉、電動窗簾自動關閉、幕布自動下降。廁所、電梯廳、走廊等公共區(qū)域的照明采用動靜探測器，燈光自動開啟關閉，人來燈開，人走燈滅，達到節(jié)能、便于管理的目的。同時應設置并聯(lián)定位開關，以便必要時解除感應探測功能。

2.1照明系統(tǒng)的組成

2.1.1照度傳感器的應用

自習室照度要求較高，在窗戶的旁邊安裝光線照度傳感器，當自然光照度超過照度預設定值時，控制器關閉部分不需要的燈具，自然光不能滿足照度需求時，由燈光補充。

2.1.2熱釋電紅外傳感器的應用

此模塊非常簡單，返回“1”“0”。當環(huán)境照度不足時，有人在傳感器作用范圍內的時候，返回高電平給單片機。此時，單片機驅動繼電器，打開日光燈。從而保證了該區(qū)域的光照度。

2.1.3作息時間開關系統(tǒng)

它利用單片機的時鐘晶振計時，進行時間計算，并用LED數(shù)碼管把它顯示出來;在進行時間計算，分每加1時，都與規(guī)定的作息時間比較，如果相等則進行相應開燈或者關燈動作。

關于時鐘的設定我們拋棄傳統(tǒng)的機械按鍵，而選擇采用上位機來修改預設值。有關上位機在下面詳細說明。

2.2照明系統(tǒng)的控制

教室照明控制系統(tǒng)采用的是集中控制和管理、分散執(zhí)行的方式，即中央監(jiān)控中心(上層)和智能照明控制柜(下層)。各單元的調光控制互不干擾，相互獨立，自成一體，也可以通過集中管理器和信息接口，與樓宇自控系統(tǒng)連接起來，統(tǒng)一管理控制。智能照明控制的主系統(tǒng)是由主干線、集中管理器和信息接口構成，底層是由各類調光模塊、控制面板、動靜探測器及照度動態(tài)檢測器構成。主系統(tǒng)對各區(qū)域進行信號采樣、檢測，子系統(tǒng)對各分區(qū)實施具體控制。上下層之間通過信息接口等元件來連接，實現(xiàn)數(shù)據的傳輸?？刂婆c負載分開，控制回路采用低壓二次側小信號控制。所有的開關信號以及采集的電量信號都通過現(xiàn)場總線網絡進行通信?，F(xiàn)場總線網絡通常采用CBUS總線、HBS總線等，系統(tǒng)可實時監(jiān)控和檢測網絡中所有設備的運行狀態(tài)。

這里的中央監(jiān)控系統(tǒng)即上文提到的上位機，我們用LabVIEW來編寫，采用圖形化的編程語言使沒有軟件開發(fā)經驗的人，也能快速構建我們所需要的工具，來實現(xiàn)數(shù)據測量和系統(tǒng)控制。

中央監(jiān)控系統(tǒng)，將實時檢測到教學樓燈具的開關狀態(tài)，以及設置作息時間(根據作息時間控制燈具的開關)。

2.3機械部分

此部分設計時考慮的主要問題:如何實現(xiàn)用弱電控制強電，即如何用單片機控制市電，如何實現(xiàn)智能化、人機交互，即人和控制系統(tǒng)的終端進行交互。

2.4大學教室照明系統(tǒng)的工作原理及性能分析

(1)它有一般電鈴的功能，能告訴學生老師上下課; (2)它能記錄鬧鈴每天鬧幾次，當它鬧了一定的次數(shù)，它會驅動繼電器切斷電源;

(3)它有接受中斷服務的功能。

基本工作流程是這樣的:假如說鬧鈴一天鬧10次提示上下課(包括自習時間在內)，我們可以設置它在鬧11次后，驅動繼電器，將連接鬧鈴的那一層電源給切斷，這樣就可以節(jié)省不必要的電能;第11次鬧是提示學生該離開教室了(鈴聲可以別樣化，頻率高點);另外在每個教室設置一個中斷申請開關，按一下開關表示學生還想在教待1個小時，連續(xù)按兩次開關表示學生想在教室待兩個小時。開關按了幾次可以用軟件記錄，程序根據記錄的次數(shù)給幾個小時的電量延時。

3　創(chuàng)新點及應用

智能照明控制系統(tǒng)應用于大學校園中，可以提供良好的學習、工作環(huán)境，有利于提高工作效率;有效地節(jié)約能源，大幅減少照明能耗，延長燈具壽命;實現(xiàn)照明自動化、智能化，集中控制、統(tǒng)一管理，減少維護工作量和費用。

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