照明主动化原理规划详细介绍
一，导言
电照明体系中，照明操控承当的作用非常重要，一般均需供给如下的功用：
● 选用开关敞开灯和封闭各类灯火；
● 选用调光设备进步和下降光输出。
特别需求着重的是如今除空调体系外，照明体系的均匀能耗差不多已占到总能耗的40%，所以优异的照明操控不只以供给发作多种视觉环境的照明运用为方针，更应以节约能耗和削减本钱为方针的有用操控。最近十几年，科技日益开展，照明操控已越来越主动化，能答应更多、 更灵敏的功用整合成为更大， 更牢靠。从不同制造商取得的产品互用性显着扩展的体系。
本文将对照明操控体系及其主动化作扼要评论。
二，照明操控体系
照明操控体系的全体意图是在向指定场所供给发作视觉环境所需光的一起，尽量消除不必要的能耗，即
● 向需求光的场所及时供给光；
● 向光的场所正确无误供给需求的光量。
为此，操控体系有必要清晰给出如下信息：
● 正确指定体系选用的产品；
● 呈示照明操控规划所需操作完结时的特色：
● 满意节能要求；
● 设备费用下降。
原则上，这样的体系应由三个组分构成，其间当然包含用于传送操控信号通讯和供给电能运送的接线衔接：
表1 照明操控体系的组分构成
能够发现照明操控实践上便是1) 取得信息， 2) 针对取得的信息决议操作和3) 改动相应操作的一种设备体系。按输入、输出和体系运作来看待照明操控，则可归纳于下表：
表2 照明操控体系运作的输入、输出联系
下图所示为照明操控体系示例，它是一个带操控站、占有传感器，光敏调光元件和定时开关或向照明主操控器供给各种输入的会集交流体系的完好照明操控体系
图1 照明操控体系示例
图中照明主操控器能够是开关操控板，调光操控板或两者的结合。 主操控器以逻辑电路得到的各种输出顺次对照明负载施行操控。任何照明操控体系都须针对下述几个方面进行规划，它们是
● 用光场所：操控体系经过按光源类型、方案规划、修建装修的光洁度、摆设物品的安置等实践状况，选用不同灯具和操控设备以及日光的可用性来构建操控区域，灵敏正确地将光投射到需求照明的场所。明显，被操控区域的分辨率越高，取得操控的面积越小，即操控体系可供给的精度越高。比如，当有人在非作业期间进入时，操控体系只须主动敞开仅进入运用区域的灯火，而非整个楼层的灯火。区域也或许比最大操控分辨率给出的更小，比如开放式作业室内每位用户的独自照明，则可经过个人核算机或遥控器将灯火调理到自己偏好的状况。总归，操控区越小，操控的分辨率、费用节约的潜力和照明体系支撑视觉需求的时机越大。
● 用光时刻：有用的照明操控体系应保证照明时刻运作的准确性，这取决于空间占用、敞开或封闭灯依据时刻或阈值设定等许多要素。如空间占用状况是否能够猜测、环境光量阈值是否设定。前者选用定时器即可简略操控，一般，当空间占无法猜测时，能够选用空间占用传感器检测被监督区域中是否有人存在并主动翻开和封闭区域内的灯火；或像路灯那样，彻底能够经过设定环境光量阈值的办法完结用光时刻的主动操控。 保证照明体系准确供给用光时刻能够明显削减动力糟蹋，亦即为用户节约了费用。
● 正确的光量：操控体系依据空间履行使命的类型作出供给照明光量的正确断定。比如，校园礼堂是各种活动规划的中心肠， 将需求合适不同活动的各种照明水平所需的光量。相同光量的正确操控对节能有直接奉献。
● 能耗办理：选用先进照明控件的高档照明操控体系可使现有照明运转的能耗削减35%至50%，然后为用户下降本钱、进步盈余才能和竞争力。
● 视觉功用：操控体系经过进步视觉功用，如会议室或体育馆等同享空间的多用途照明；合适空间演化要求形成特定作用的光照；餐厅及相似运用中设置心情的照明；进步作业室和其它作业环境中照明的个人操控效能以增进作业人员的满意度；增强空间美感和想象力和避免污染最大极限地进步照明功用。视觉功用的进步往往比节能核算更难，但研讨标明个人照明操控对进步作业人员满意度，然后对进步生产力有明显奉献。
三，照明操控的战略与技能
操控战略和用于履行战略的操控技能不同，虽然二者严密相关。照明操控战略一般是指用于操控照明体系的根本方案。例如，一种称为表单操控的战略便是按列出的时刻距离方案表施行照明操控的方案。操控技能则指详细履行操控所选用的实践手法和办法。比如，整栋大厦的会集操控体系与单个房间履行表单操控战略的技能或许彻底不同。
照明操控战略首要包含：
● 依据空间占用（Occupancy-based）的战略：一种触及照明设备的敞开和封闭仅仅特定空间是否被占用的呼应的战略。
● 依据表单（Scheduled）的战略：一种按预订时刻距离办理照明的战略。距离时刻可短为几分钟，或长至十几小时。依据可猜测发作的地理事情，如拂晓、傍晚，施行照明操控亦归于该战略。
● 光照等级操控（Light level control）：按某种办法调整光照输出等级以到达指定方针的战略。输出光照等级操控还包含如下分类：
采光：修建内部能承受丰厚自然光的区域，人工光则作为照明的弥补和替换运用。
调光：使不同活动占用区具有恰当光照等级，一般称作“使命调光”或“使命照明”。如独自从事绘画或读书的区域比书架和保藏柜要求的光照等级更高。
保持：削减照明体系中初运用灯的光照等级应，随灯运用时刻的延伸逐步增加光照等级而使光照保持均匀。
● 负荷开释（Load shedding）：约束照明设备顶峰运用期间的负荷以到达全体用量削减的意图。
上述操控战略的详细履行就需依仗相应的操控技能了。原则上能够选用红外，超声或红外-超声两层等常用传感技能扫探需照明区域，经过占用传感器（Occupancy sensor）检测区域是否被占用并向操控体系发送相应信号施行照明操控战略。依据空间占用的最佳照明操控触及空间运用的设定。如下即照明相关的技能、器材及体系的简述：
● 传感技能和占用传感器：
● 无源红外技能（PIR technology）：PIR 技能经过PIR 传感器勘探挨近的红外动力，如运动的人体，辨认其与布景空间的不同并断定空间的占用状况 然后定位占用规划，宣布敞开或封闭灯的信号。为有用作业，PIR 传感器的视界需求对操控区域直接掩盖。
● 超声技能（Ultrasonic technology）：这是一种选用超声多谱勒信号检测空间占用的技能。传感器向空间发射超音声波，然后丈量方针回波时刻。当空间存在运动物体时，传感器将接收到不同频率的回波，籍此完结勘探。当无法供给对操控区域视界直接掩盖时，该技能最理想。
● 两层技能（Dual technology）：混合运用PIR和超声技能通称。
● 定时开关（TIme switches）：望文生义，这是一类均在指定的时刻距离后敞开或封闭光源的机械或电子设备。经过改动设定设备的时刻距离可习惯运用者不同需求。一般时刻距离可从5分钟调理至长达12小时。这类开关毋需增加接线就能直接替换惯例的墙开关并与整个操控体系兼容。
● 光敏操控（Photo-sensiTIve control）：这是一种经过自然光传感，施行人工光调控的组合技能。对能收集到自然光的区域，如门廊、前庭、临街作业室、走廊和其他有天窗的区域，光敏操控技能是最佳挑选。此技能也理想地适用于大多数室外照明操控，如停车场、大厦进口、宾馆客服区。
● 操控板体系（control panel system）：选用操控板体系可完结预订的长时刻操控。操控板体系能从单一地址，按事前设定的方案几天、几星期，乃至几个月施行照明办理，还可与物业办理和保安体系便当和谐接口。
● 遥感／调光操控（Remote/dimming control）：凡个人作业区域中的用户可依据他们详细作业装备需求的照明，挑选该操控敞开、封闭及调理照明的输出等级，该类操控对施行使命调整特别有用。
操控技能的选用取决于操控战略的决议。考虑下面的问题有助于缩小挑选合恰当操控战略的规划：
● 负荷与空间有什么特色？
● 体系操控的方针是什么？
● 对修建、能耗有何特别需求？
● 灯负载仅仅是开关交流仍是需求明暗调光？
● 部分操控仍是会集操控，或许两个都要？
● 需求何种操控精度？
● 希望功用和本钱间有什么样平衡方针值？
● 需求何种程度主动化？
四，照明主动化规划
一般来说，照明的手动操控体系指的是个人经过按钮的切换、旋转、揿动或遥控器和其他途径履行操作的单一开关或一组开关和调光设备构成的体系，小规划状况下，确实具有本钱低价的长处，但跟着照明体系规划的扩展，手动操控将失掉其本钱上的效益。此外，不需求照明时，是否关灯彻底决议于人为要素，不免糟蹋电力增大能耗，照明规划越大，问题特别严峻。实践证明，手动操控功用的主动履行不光动力本钱明显下降，还可供给其他长处。正因为此，照明主动化不仅仅挑选操控战略需考虑的内容之一，更应看成为一项强制性法规。如美国动力部依据ASHRAE/IES 90.1-1999动力法规公布的最低国家动力规范，除很少破例，商业大楼中凡面积大于5，000平方英尺，照明均须装备占用传感器和可编程时刻调度设备供给主动封闭的功用。2005年10月加州拟定的第24号法规矩更严厉。
图2 美国各州履行动力法规的地域计算
图2所示为美国各州履行动力法规的地域计算，由图可知，美国居大部分州都须履行动力法规。为满意动力法规和合格，美国绿色修建委员会（U.S. Green Building Council）专门开发了一套旨在保证ASHRAE/IES 90.1-1999施行的LEED (The Leadership in Energy and Environmental Design) 绿色修建测定体系(Green Building RaTIng System) ─ 一款第三方认证程序以及高功用绿色修建全国承受的规划、制作和运作的基准。LEED 还为修建物的业主或营办商供给了或许对楼宇发作巨大影响的功用进行实时可测的必需东西。在美国和国际其它许多国家中，LEED 认证已经是一项公认的规范。到达 LEED认证规范也是修建项目真实绿色的最明和途径。值得着重的是照明主动化正是LEED认证的要害目标之一。
下表简略列出不同操控办法、操控战略对应履行的操控行为（仅以开关切换和明暗调光为例，未考虑会集与涣散操控办法）：
表3 操控办法、操控战略和对应的操控行为
此乃照明主动化规划施行的根底。在此根底上，按必定流程即能完结照明主动化详细项意图规划（拜见本期专栏 王 江《规划照明归纳规划及运用》）。
五，多署理程序体系（MAS：mulTI-agent system）简介
多署理程序体系是一种分布式体系，它由多个署理程序主体（agent）组成，每一个署理程序主体都是一个独立完结特定使命的模块，终究的操控使命则经过模块间相互通讯协同完结。MAS为操控体系的规划提出了一种自底向上的办法，现已在很多范畴得到广泛运用。
照明主动操控选用MAS构建的体系，首要由调光操控模块，继电器操控模块，接触器功率模块，日光传感器模块和操控面板等部分组成，如图6。
图6 MAS照明主动操控体系
图中，调光操控模块与若干个可调光镇流器按星型衔接，并与继电器操控模块相连。继电器模块别离与每个灯具的电源衔接，并衔接接触器功率模块。一切操控和传感器模块同享一条总线，组成局域网络。操控面板模块和遥控终端模块承受用户的恳求，经过 RS-485 总线告诉调光操控模块。日光传感器获取所需勘探数据，与调光操控模块进行通讯。调光操控模块自身作为体系的中心模块，依据取得的信息决议调光动作。它一方面直接操控调光镇流器调光，另一方面能够经过信号线操控继电器决议电路的通断。每个调光操控模块都可对多个灯具进行独立操控，有用利用了资源。
整个体系选用Silicon Lab 公司的C8051F系列片上体系产品构建。因为调光操控模块程序杂乱，I/O 引脚需求多，日光传感器模块需求准确而快速的ADC对照度进行采样，所以运用系列中flash存储器较大、I/O 口较多、片上资源丰厚的高端产品C8051F021。操控面板模块和遥控终端模块的作业较简略，对资源的要求不很高，运用较低端的C8051F330产品即可满意要求。
C8051F021为一款混合信号体系级 MCU 芯片，具有 32 个数字 I/O 引脚，与高速8051兼容的 CIP-51 内核，最高主频可达 25MIPS。C8051F021芯片内集成了12 位，100ksps 的 8 通道 ADC，而且带 PGA(可编程增益放大器)和模仿多路开关，两个 12 位的 DAC，可编程更新时序。64kB片上的flash 供给了可完结体系在线更新的IAP功用。加之片内含有4352（4096+256）字节RAM，省却了RAM外扩的费事和不稳定要素。 体系还供给SPI，SMBus/I2C 和两个 UART 串行接口，5 个通用的 16 位定时器，5 个具有捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列，片上看门狗定时器，VDD 监督器和温度传感器等。一切的模仿和数字外设均可由用户进行使能或制止装备。
虽然C8051F330的 flash 存储器（8kB）和片内 RAM（768 字节），I/O 引脚（17）较少，但在处理速度、非侵入体系调试和体系可编程等方面保留了C8051F021的长处。
总归，这两款 MCU 集成了很多的模仿和数字器材，为完结照明主动化所需的传感、通讯和操控要求供给了便当，极大地简化了照明主动化操控体系的规划。
体系中一切模块和网络通讯均选用阻隔DC/DC模块供电。
该照明主动操控多署理程序体系，不仅能依据用户特定要求进行场景切换，改动照度等级，还能感知作业区域内的光照，主动调理照明，营建亮堂舒适，并赋有艺术魅力的照明环境。限于篇幅，有关体系结构、体系协议、体系升级等软、硬件构成更翔实的细节不再打开，下次专栏再作介绍。
六，结语
优异的照明操控体系应能在节约人力资源，下降动力消耗，延伸灯具寿数，进步照明质量的一起，为人们营建亮堂舒适、并赋有艺术魅力的照明环境。跟着人们生活水平的进步，高效、节能、环保、灵敏、舒适和更人性化的照明主动化操控体系越来越遭到广泛重视，本文评论照明操控体系及其主动化，并对多署理程序照明主动操控体系作扼要介绍。
