气象单位楼层智能照明控制系统研究

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摘要：论文将针对本气象单位的建筑结构特点与照明应用的控制需求，研究并设计了一套可用于进行图形化的监视、进行智能化照明的管理与控制的软件系统。本系统一定程度上实现了智能化的照明控制，系统可与其他系统进行联动控制，实现降低运营费用、节约能源、美化环境的优点。针对该系统的使用可以降低线路和灯具的工作温度，提高功率因素，使得不平衡的照明电路的额外功耗得到一定改善。智能照明控制系统采用动静传感器、照度感应等技术，利用先进的电子感应和电磁调压技术，设置时钟自动控制、最大限度地采用自然光源，实时的监控与跟踪供电状态，具有一定的实用价值。

关键词：中央控制器；智能照明；远程控制；控制系统；智能建筑

一、前言

现代的建筑中照明系统对于能源的消耗比例已经逐渐高达35%，节能、智能科技与美学是21世纪建筑业的主题，智能建筑主要是利用动静传感器、照度感应等最新的技术手段，实现照明光源的时钟自动控制的设置，并对自然光源进行最大限度地采集，这也就是建筑领域所新提出的“绿色照明”概念[1]。本文将针对本气象单位的建筑结构，研究并设计一套适合于本单位的、基于二线制的控制系统，该系统的应用将实现照明控制智能化，可与其他系统联动控制，实现美化环境、节约能源、降低运营费用、延长灯具寿命、提高管理水平、减少维护费用等优点。

二、智能照明控制系统设计

（一）总体架构如图1中所示，整个系统网络是由4芯屏蔽双绞线线（RVVSP4*0.75）[2]连接所组成的，除电源外，在系统中配置的单元器件中，都是包含了存储单元与微处理器，从而形成了一套完整的二线制的控制系统。当有输入时，控制相应回路输出，所有的输出单元接收并做出判断，输入单元将其转变为数字信号在系统总线上广播。同时，输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系，通过输出单元控制各回路负载，每个单元均设置唯一的单元地址并用软件设定其功能。在设计时，智能照明控制系统更加简单、灵活。系统可能直截接入电脑进行实时监控，通过专用接口元件及软件，接入以太网进行远程实时监控。智能照明控制系统已经有系统扩展方便、以及系统化产品，系统元件采用模块化结构。控制开关与输出回路建立逻辑对应关系，通过系统编程实现其操作功能。系统通过两根总线连接成网络，还加载了控制信号，为每个组件提供30伏直流电源。此外，该总体架构的设计为了避免集中式结构中央CPU一旦出现故障造成整个系统瘫痪的弱点，场景开关、多键开关、红外传感器等输入模块，可以通过内置的CPU，通过发送指令 → 接收指令 → 执行指令的通信方式，直接与调光器、输出继电器等输出模块进行连接，实现模块化的结构以及分布式的控制，在系统的稳定上，具有较高的可靠性。

（二）总线设计系统中所有的设计都是通过一种统一的通信介质相互连接在一起，采用分层结构，系统分为线、区域这两级结构单元。线是系统设计中最小的结构单元，一条线至少需要一个电源，最多可供应64个总线设备。由于每个支线元件以及每条支线上的电源的电容量，决定了各个支线上所能承载的设计数量。一个区域可有15条线通过线路耦合器连接，最多可连接15*64个总线元件。系统可通过区域耦合器、支线耦合器扩大其容量，一个系统最多可以由15个区域组成。设计的系统组成如图2所示，但在线缆分布时棉絮要注意所有总线电缆总和不超过1000米，任何两个元件之间的总线电缆长度均不超过700米。

（三）拓扑设计整个系统的拓扑设计如图3所示，整个系统的拓扑是通过KNX总线[3]进行连接的。在系统中智能控制面板通过总线线缆与开关驱动器进行连接，开关驱动器再通过配电箱与智能面板进行连接，之间连接着照明的灯具、窗帘等。在使用功能上，当有人体移动或者光的照度变化时，传感器以及智能面板就可以监测，通过电信号的方式，将采集的信息传输发送到开关驱动器上，进行联合控制，整个系统的拓扑架构即是驱动、传感设备与负载设备之间的信号采集、信号传输、信号处理的过程。系统拓扑结构中每一层的设备通过手拉手相连形成一条总线，在气象部门的办公大楼中，将采用嵌入式吸顶安装传感器，同时采用标准的DIN导轨安装系统中的各个驱动模块，使用标准的86盒安装智能面板，以此将楼层中的传感器、现场智能面板以及各个驱动模块形成一条完整的控制链路。系统划分为两层总线组网结构，即设备层、线路层。智能照明控制系统的设备在某气象单位的详细分布设计，如图4所示，明确地划分了各个楼层所配置的系统设备。

（四）传感器设计控制传感器采用的人体感应及光照度二合一传感器，能感受外界信号、物理条件的设备装置，将感应的信息传递给其他设备装置以实现其功能，主要用于照明中与亮度有关的场合，或者需要监控的场合。具有照度感应、移动监测、光照度阀值设定、带10级灵敏度人体监测、逻辑功能[4]等特点。其分布平面如图5所示，确定了控制面板、传感器、配电箱的数量及位置；确定总线对设备的连接次序及走向；确定了感应设备通信线的连接走向。

（五）软件终端设计如下图6所示，系统的中央监控软件，通过接口软件对前端进行监视，对现场的回路进行控制，该照明控制系统，可以通过网络实现控制，能够较好地与TCP/IP网络进行兼容。系统软件其界面简单易学、界面也非常友好，经过系统测试具有较高的稳定系数，能够对照明系统进行良好的控制与管理。智能照明控制系统的中央软件，其实现的功能具体如下：1.数据采集功能：为了满足自动记录灯具的电费以及使用时间的数据记录，软件系统将对照明模块进行关键数据的定期采集功能。2.控制时间功能：系统的软件端需要进行回路的自动按程序开关，依据照度变化、作息时间以及季节环境的变化，对时间控制程序进行合理编制。3.系统的安全设置：首先要控制系统的操作人员，划分不同级别的操作权限，对人员进行权限上的管理，同时对软件的操作进行密码的安全设置。4.场景的控制功能：系统中的场景模式是灵活的，可根据需要进行修改或增减，且场景的控制可实现系统的自动执行，在软件界面上可选择相应的模式，获得需要的场景。5.实时监控功能：对系统中的回路可通过软件上的灯具图形来操作，通过软件屏幕可得到系统中的灯具的状态参数，在监视器上显示模拟图形，体现系统的运行情况。

结语

总之，对于整个智能照明生态系统来说，一个完善稳定的系统是不或缺的，不是装上些模块单独控制就可以的。本文针对气象单位所设计的智能照明控制管理系统，可与其他系统进行联动控制，实现降低运营费用、节约能源、美化环境的优点。针对该系统的使用可以降低线路和灯具的工作温度，提高功率因素，使得不平衡的照明电路的额外功耗得到一定改善。系统采用动静传感器、照度感应等技术，设置时钟自动控制、最大限度地采用自然光源，实时的监控与跟踪供电状态，具有一定的实用价值。

参考文献

[1]杨军志,葛长俊,张剑.基于人工智能的服务区智慧照明管理系统[J].建筑电气,2019（2）.

[2]杨茜.探究智能化建筑照明控制系统[J].建筑工程技术与设计,2018（36）.

[3]宋涛.智能照明控制系统的扩展应用[J].建筑工程技术与设计,2018（35）.

[4]邢书剑,王明强,史经伦.采用无线通信的航站楼智能照明控制系统[J].现代电子技术,2019（1）.

作者：杨昆 单位：临沂市气象局