基于校園自習室環(huán)境下智能照明控制系統(tǒng)研究

2015-07-25 09:41:24楊博文

通信電源技術 2015年5期

楊博文，劉航

（吉林建筑大學，吉林長春 130118）

隨著傳感器技術、計算機通信技術、自動控制技術的發(fā)展越來越成熟，智能化照明控制技術已經(jīng)發(fā)展成為校園建筑物控制系統(tǒng)中不可或缺的一部分。照明系統(tǒng)在樓宇能耗中占很大的比例，因此，選擇合適的照明設計方案和好的控制策略，不僅體現(xiàn)在減少學校的用電量，也能夠節(jié)約能源，保護環(huán)境，提高校園的智能化管理水平。在國外，照明系統(tǒng)的智能化控制已經(jīng)是現(xiàn)代校園管理必不可少的一部分，并且經(jīng)濟效益可觀，社會效益明顯，應用的范圍越來越廣泛。因此，研究校園自習室的智能照明控制系統(tǒng)具有重要意義。

為了設計一個基于校園自習室環(huán)境下的智能照明控制系統(tǒng)，本文先介紹了國內外常見的照明控制系統(tǒng)，然后在此基礎上提出了自己的設計方案。研究表明，與傳統(tǒng)的粗放式管理狀態(tài)相比，該方案所設計的智能照明控制系統(tǒng)能夠在保證燈具壽命不受影響下達到良好的節(jié)能效果，提高了校園的管理水平。

1 智能照明控制系統(tǒng)現(xiàn)狀研究

國外照明控制系統(tǒng)常見的有四種［1－2］：Dynalite智能照明控制系統(tǒng)、C－Bus智能照明控制系統(tǒng)、EIB智能安裝系統(tǒng)、DALI控制系統(tǒng)。Dynalite系統(tǒng)采用的是DyNet智能化分布式網(wǎng)絡連接方式，由調光模塊、開關模塊、控制面板、智能傳感器、時鐘管理器和PC監(jiān)控機等模塊組成，其中用戶可以利用控制面板選擇一個預置場景來控制照明模式或者通過時鐘控制器來控制照明。從網(wǎng)絡架構上區(qū)分，照明控制系統(tǒng)大致分為三類：集中控制模式、分布控制模式、DCS控制模式。集中控制雖然方便人員管理但存在結構隱患，往往總控制器出現(xiàn)問題，整個系統(tǒng)都停止工作，近年來這種模式使用越來越少；分布控制采用分布式總線（如DyNet），將各子系統(tǒng)掛接在總線上通過通信協(xié)議進行信息通訊，這種系統(tǒng)發(fā)生故障，不會影響整個系統(tǒng)，具有良好的容錯性和擴展性，但是不方便管理；DCS控制系統(tǒng)采用的集中式管理和分布式控制方式，這種控制模式在智能照明系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。

而國內校園照明管理用電仍然是處于一種粗放式管理模式，分為以下幾種：（1）無專人管理，由學生自行控制教室燈具的開關，然后再由值班老師進行檢查，這種模式在初中、高中比較常見；（2）管理人員利用每一棟樓的配電箱總閘進行控制，這種控制缺乏人性化管理，影響了室內人員的工作［3］，這種模式在大學比較常見；（3）紅外傳感或熱釋電檢測人員走動進行控制樓道燈具的開關狀態(tài)，這種應用在校園樓道中應用比較常見，但在室內很少用到。

通過以上分析，現(xiàn)代智能照明控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化、智能化、信息化等諸多特點。本文借鑒以上優(yōu)點，提出了本系統(tǒng)的設計方案，如圖1所示。

2 單個教室的系統(tǒng)硬件設計

圖1 校園自習室智能照明系統(tǒng)框圖

本系統(tǒng)選用智能控制器MSP430F149為主控芯片的采集數(shù)據(jù)和處理裝置，電路組成包括電源模塊、復位模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊等。主控模塊連接光照傳感器模塊和紅外感應模塊，分別檢測室內的光照強度和教室里邊是否有人，來控制教室區(qū)域燈的狀態(tài)，然后結合串口通信將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，由終端來檢測燈狀態(tài)，系統(tǒng)結構圖如圖2所示。

圖2 某教室照明控制硬件系統(tǒng)

上位機利用PC機RS232通信接口并結合RS－232／RS485轉換器接入RS485通信網(wǎng)絡中，實現(xiàn)與校園教室照明系統(tǒng)的交互。上位機和末端硬件系統(tǒng)是整個教室智能照明系統(tǒng)的關鍵，通過末端系統(tǒng)傳遞教室當前的照度數(shù)據(jù)和人員檢測數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)監(jiān)測燈的狀態(tài)；并且可以通過發(fā)送指令來控制教室的燈具。

3 教室照明控制器軟件設計

教室照明控制器實現(xiàn)的功能：先通過紅外人體感應探測器感應范圍內是否有人活動，若沒人，則將關閉該范圍的燈具；若有人活動，則檢測光照強度，如果照度值大于所設定值，則關閉部分燈具；如果照度值小于所設定的值，則打開相應的燈具，流程圖如圖3所示。

4 照明系統(tǒng)工作流程

圖3 照明控制系統(tǒng)軟件流程圖

通過以上介紹，現(xiàn)代智能照明控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化、智能化、信息化等諸多特點。本系統(tǒng)的工作流程如下：（1）利用無源紅外傳感器檢測自習室里邊是否有人，根據(jù)光照度傳感器實現(xiàn)自習室的區(qū)域燈具自動控制；（2）將紅外傳感器采集過來的數(shù)據(jù)通過RS485通信協(xié)議傳給服務器，然后客戶端可以查看和控制終端各個自習室燈狀態(tài)；（3）客戶端信息管理軟件提供學校各個區(qū)域的自習室燈狀態(tài)信息界面，通過TCP／IP協(xié)議以C／S架構模式訪問服務器數(shù)據(jù)庫，將教室房間燈的狀態(tài)以各種直觀的交互方式顯示出來，從而方便控制和管理。（4）系統(tǒng)具有合理的設計、簡單易安裝、更改、擴展方便等優(yōu)點，更便于人性化管理，實現(xiàn)“綠色照明”。

5 結論

本論文重點介紹了整個照明系統(tǒng)的框架、教室照明系統(tǒng)硬件結構圖及其對應的軟件流程圖，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)由一個教室照明控制器與PC上位機組成的測試系統(tǒng)。由于整個系統(tǒng)還處于研發(fā)階段，后期打算完成以下工作：進一步優(yōu)化照明控制策略，將根據(jù)時間劃分來設計假期階段與在校階段、上課階段與自習階段、白天和晚上工作模式去設計控制策略，以達到節(jié)能效果。

［1］許嘉宏.智能照明系統(tǒng)在現(xiàn)代建筑照明中的應用與研究［J］.建筑論壇與建筑設計，2007，27（4）：74－77.

［2］鄧鵬.基于物聯(lián)網(wǎng)的校園節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的研究［D］.長沙：湖南工業(yè)大學，2013.