2012传感器现代检测技术(智能楼宇照明系统设计)00

1 绪论1.1 本课题的研究背景及意义目前，随着信息产业的高速发展，智能系统这个名词已逐渐被人们所认识，在北京、上海、广州、深圳等地也不断地涌现出了一大批智能楼宇大厦。

所谓的智能楼宇，就是一种基于计算机控制平台，对空调、变配电、安防、通讯、广播、照明、门禁、会议等各项子系统的监测与建筑物有机的结合，最大限度的满足使用者舒适性、方便性的要求，以达到节能、高效管理、快速的信息化服务等目的[1]。

照明在楼宇内的用电量占有很大的比例，智能楼宇的最大特点之一便是节能，而自从照明质量和水平成为衡量楼宇智能化程度的重要标志——“绿色照明工程”的计划制定并实施后，智能照明系统愈来愈成为智能楼宇中可持续发展的一项重要内容，它的控制水平的高低也直接反映出楼宇的智能化水平[2]。

⑴达到良好的节能效果，延长灯具寿命节能是照明控制系统的最大优势。

传统的楼宇公共区域照明工作模式，只能是白天关灯，晚上开灯。

而采用了智能照明控制系统后，我们可以根据不同场合、自动开启。

同时，系统还能充分利用自然光，自动调节室内照度。

控制系统实现了不同工作场合的多种照明工作模式，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命[3]。

⑵改善工作环境，提高工作效率良好的工作环境是提高工作效率的一个必要条件。

合理地选用光源、灯具及性能优越的照明控制系统，都能提高照明质量。

智能照明控制系统具有开关和调光两种控制方法，可以有效地控制各种照明场所的平均照度值，从而提高照度均匀性[4]。

同时，系统能根据不同的时间段，人们的不同需要，自动调节照度。

⑶实现多种的照明效果多种照明控制方式，可以使同一建筑物具备多种艺术效果，为建筑增色不少。

现代建筑物中，照明不单纯地为满足人们视觉上的明暗效果，更应具备多种的控制方案，使建筑物更加生动，艺术性更强，给人丰富的视觉效果和美感。

一栋建筑物中，室外景观照明、泛光照明可以预设为春夏秋冬四季变化，周末节假日场景，大型庆典场景；会客厅、会议室等可以预设会议、投影、会间休息等不同场景。

在传统的人工控制方式下，难以实现如此多种多样的照明效果。

⑷提高管理水平智能照明控制系统是以自动控制为主、人工控制为辅的系统。

在一般的情况下，不需要有人的参与，照明系统自动实现开关和调光功能。

既大大减少了管理人员的数量，也排除了由于人为因素而出现的不定时开关，影响学校的正常教学、生活秩序的情况出现。

⑸较好的投资收益效果智能照明控制系统在节能和节省灯具使用的同时，有效节省了电费与管理费用的支出。

根据一般的办公大楼运营的经验来看，节能效果能达到百分之四十以上，一般的商场、酒店、地铁站等节能效果也能达到百分之二十五到三十[5]；学校在这方面还没有得到具体的统计数据，但根据分析，效果还是令人满意的。

节能是当今时代的主题，智能楼宇照明技术将愈来愈得到发展。

1.2 国内外研究现状及发展前景在当今世界经济全球化和区域经济一体化的形式下，随着信息行业和计算机产业的高速发展、人们物质与精神生活水平的迅速提高，人们对工作和生活环境的灵活性、高效性和舒适性要求越来越高，传统的工作、居住环境受到了强有力地挑战，智能建筑，智能小区，智能家居等应运而生，楼宇自动化、通信自动化、办公自动化、家庭自动化等各种自动化系统不断出现，人们对照明的要求也越来越高，传统的照明技术受到了时代的强烈冲击，越来越被时代所淘汰，不能适应当今时代低碳节能的要求。

而现代照明技术发生了深刻的变化，“智能照明”技术随之出现，并迅速地向前发展，以致形成照明技术发展的一个重要趋势[6]。

⑴传统照明控制方式照明控制可分为开关控制和调光控制，调光控制又包括连续的调光控制（被控光源的光通量可连续的变化）和不连续的调光控制（被控光源的光通量只能在若干固定的预设值之间变化）。

按发光原理划分，照明光源通常可分为热辐射光源和气体放电光源，其典型的光源分别为白炽灯和荧光灯。

热辐射光源，即利用电能使物体加热到白炽程度而发光的光源；气体放电光源，即利用气体或蒸气的放电而发光的光源[7]。

对于热辐射光源来说，既可以实现开关控制，也可以实现调光控制，只需要调节供给光源的供电电压即可调节光通量的输出。

而对气体放电光源来说，实现调光控制并非那么简单，不能简单的控制供给光源的供电电压，这类光源都有镇流器，220V工频电压经过整流器后再给光源供电，要实现调光控制，必须研制适应具体气体放电光源的匹配镇流器。

通过控制镇流器的输出电压的频率和电压来调节光源的光通量输出。

传统方式对照明控制而言，简单，有效，直观。

但它过多依赖控制者的个人能力，控制相对分散和无法有效管理，其实时性和自动化程度太低。

⑵自动照明控制方式这种控制方式利用数字控制技术来遥控灯具的开关。

通常是控制中心发出信号，通过直接数字控制器（DDC）来控制配电回路中的交流接触器的分合，从而控制配电回路的通断，实现灯具开关控制[8]。

采用该种方式，解决了传统方式控制相对分散和无法有效管理等问题，实现了照明控制的自动化但却无法实现调光控制功能。

自动照明控制方式与传统照明控制方式相比，主要解决的问题是集中控制的问题，自动化程度相对提高，但由于DDC系统本身固有的技术特点，使得DDC在照明控制系统中表现出明显不足，不仅无法实现调光控制，而且也很难实现灯光场景等预设置和场景管理等功能。

DDC系统的主要优点是易于根据全局情况进行控制计算和判断，在控制方式、控制时间的选择上可以统一调度安排。

不足的是，对控制器本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性，当系统任务量增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。

尽管集散控制系统（DCS ）逐步取代DDC系统，而且实现了分散控制与集中管理功能，但对于底层的设备来说，仍然是传统的DDC技术，唯有把现场总线技术应用到现场设备级管理后，这个问题才能得到根本性解决。

⑶智能照明控制系统二十一世纪是一个网络化时代，数字控制技术不断提高，网络化管理正逐渐渗透至各种传统控制系统中。

进入二十世纪后，随着人民生活水平不断提高，人们对十照明的要求也发生了很大的改变。

尤其在一些中高档的建筑中，照明不再单纯地为满足人们视觉上的明暗效果，更应具备多种的控制方案，使建筑物更加生动，艺术性更强，给人丰富的视觉效果和美感[9]。

二十世纪90年代初，智能建筑己不再简单地等同于楼宇设备自动管理。

在一些建筑物中的重要场所，简单地开关控制己无法满足要求。

人们开始追求多样化的照明控制方式，使环境能体现出多种艺术效果。

智能照明控制方式使照明自动控制不再依赖于楼宇设备自动管理系统，真正实现了照明控制的独立。

同时该方式不仅具备开关灯控制，而且还能对光源进行调光控制。

它是一个集多种照明控制方式、现代化数字控制技术和网络技术于一身的控制系统。

它的出现和发展，使照明控制和维护管理变得更为简单，并为建筑照明提供了多种艺术效果。

智能照明控制系统被越来越广泛地接受和使用，这类产品和生产商更是层出不穷。

正确的照明控制方式是实现照明艺术性和舒适性的有效手段，是节约能源的有效措施。

绿色照明是指所用照明产品高效率、长寿命、节电、节能、低噪音、低谐波、低电磁干扰。

在照明设计中，合理和正确地选用照明控制方式，不仅是经济性和实用性的良好统一，也是一个实现“绿色照明”的重要环节。

目前，纵观国内外研究开发的智能照明控制系统，按其通信介质主要有总线型、电力线载波型、无线网络型等。

按照网络的拓扑结构可以分为集中式或分布式。

集中式智能照明控制系统主要为星形拓扑，即以中央控制节点为中心，把若干外围节点连接起来的辐射式互连结构。

各照明控制器、控制面板等设备均连接到中央控制（CPU）上，由中央控制器向照明控制器等末端执行单元传送数据包。

该系统的优点:照明的控制功能高，故障的诊断和排除简单，存取协议简单，传输速率较高。

其缺点是: 因过分依赖中央控制器，故系统的可靠性和经济性相对较低。

虽然采用多种改进措施后，可提高中央控制器和系统的可靠性，但其价格上的劣势仍十分突出。

分布式智能照明控制系统以中央监控为中心，组建控制主干网和多个控制子网，各照明控制器，控制面板等设备均具有中央处理器CPU单元，每个控制器和面板都可以直接连接在子网上[10]。

系统将原控制中心的控制功能分散至靠近末端的控制设备，通过一种访问控制策略，决定设备与监控中心信息传输的顺序为了组建分布式智能照明控制系统，一般情况下是把照明控制器和面板之间通过现场总线相连接，组建现场总线子网。

把照明线路中的开关或控制箱作为现场总线中的一个网络节点，然后通过现场总线这个枢纽组成网络，所有的控制信号、开关灯的状态信号以及采集的电量信号都通过现场总线网络进行通信，这样，网络中的每个节点都可以接受网络中其他节点的信息，非常方便的实现节点间互相监测与控制。

这样就可以脱离于中央监控主机而独立运行，同时也解决了现场设备层的每个控制量一根线的点对点连接方式带来的种种弊端，现场总线控制系统采用总线连接方式替代一对一的连线，减少了由接线点造成的不可靠因素。

同时系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成远程设备的参数设定、修改等参数化工作，也增强了系统的可维护性。

现场总线网络系统具有优良的系统扩展性，可以非常方便增加网络节点，如增加声音检测、照度检测、图像采集、红外线信号采集等网络节点，通过这些传感器节点采集人们活动环境的变化参数，上传至中央监控主机分析、处理、计算，做出各种控制决策，实现智能化管理，能够更好的满足智能建筑的信息集成要求。

现场总线是数字化通信网络，可以实现设备状态、故障、参数信息传送。

采用现场总线网络取代传统的控制电缆，大大地减少了电缆敷设工程费用，降低了系统及工程成本。

现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布式控制系统，它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与测控系统。

因而研究基于现场总线技术的智能测控节点成了研究测控新技术和新发展的重点。

由于现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，它一经产生便成为全球工业自动化技术的热点，受到全世界的普遍关注。

现场总线的出现，导致目前生产的自动化仪表、集散控制系统、可编程控制器在产品的体系结构、功能结构方面的较大变革、自控化设备的制造厂家被迫面临产品更新换代的又一次挑战，因而对智能测控节点的研究既是对先进技术应用的研究，也是开发市场的需要。

而在照明控制中应用最广泛的是LonWorks现场总线，LonWorks（Local Operating Networks，局部操作网络）网络，简称L0N网，它标志着控制系统网络化的新纪元。

LonWorks是一种完整的、全开放的、可互操作的、成熟的和低成本的分布式控制网络技术，众多的制造厂和用户纷纷在其控制网络方案中采用LonWorks技术。