主頁(yè) > 新聞動(dòng)態(tài) > 樓宇智能照明系統(tǒng)的功能原理及設(shè)計(jì)方案 2021-12-22

樓宇智能照明系統(tǒng)的功能原理及設(shè)計(jì)方案

智能照明系統(tǒng)是利用先進(jìn)電磁調(diào)壓及電子感應(yīng)技術(shù)，對(duì)供電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與跟蹤，自動(dòng)平滑地調(diào)節(jié)電路的電壓和電流幅度，改善照明電路中不平衡負(fù)荷所帶來(lái)的額外功耗，提高功率因素，降低燈具和線路的工作溫度，達(dá)到優(yōu)化供電目的照明控制系統(tǒng)。
一、樓宇智能照明系統(tǒng)的組成
系統(tǒng)單元、輸入單元與輸出單元。
系統(tǒng)單元：用于提供工作電源，源系統(tǒng)時(shí)鐘及各種系統(tǒng)的接口如PC、以太網(wǎng)、電話等；
輸入單元：主要功能是將外部控制信號(hào)換成網(wǎng)絡(luò)上的傳輸信號(hào)，具體有開(kāi)關(guān)，紅外接收開(kāi)關(guān)，紅外遙控器，多功能的控制板，傳感器；
輸出單元：智能系統(tǒng)的輸出單元是用于接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男盘?hào)，控制相應(yīng)回路的輸出以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。
二、樓宇智能照明系統(tǒng)的功能特點(diǎn)
1.實(shí)現(xiàn)照明的人性化；由于不同的區(qū)域?qū)φ彰髻|(zhì)量的要求不同, 要求調(diào)整控制照度，以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景控制、定時(shí)控制、多點(diǎn)控制等各種控制方案。方案修改與變更的靈活性能進(jìn)一步保證照明質(zhì)量。
2.提高管理水平將傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)控制照明燈具的通斷，轉(zhuǎn)變成智能化的管理，使高素質(zhì)的管理意識(shí)用于系統(tǒng)，以確保照明的質(zhì)量。
3.節(jié)約能源利用智能傳感器感應(yīng)室外亮度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光，以保持室內(nèi)恒定照度，既能使室內(nèi)有最佳照明環(huán)境，又能達(dá)到節(jié)能的效果。根據(jù)各區(qū)域的工作運(yùn)行情況進(jìn)行照度設(shè)定，并按時(shí)進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)、關(guān)照明，使系統(tǒng)能最大限度地節(jié)約能源。
4.延長(zhǎng)燈具使用壽命眾所周知，照明燈具的使用壽命取決于電網(wǎng)電壓，由于電網(wǎng)過(guò)電壓越高，燈具壽命將會(huì)成倍地降低，反之，則燈具壽命將成倍地延長(zhǎng)，因此防止過(guò)電壓并適當(dāng)降低工作電壓是延長(zhǎng)燈具壽命的有效途徑。系統(tǒng)設(shè)置抑制電網(wǎng)沖擊電壓和浪涌電壓裝置，并人為地限制電壓以提高燈具壽命。采取軟啟動(dòng)和軟關(guān)斷技術(shù)，避免燈具燈絲的熱沖擊，以進(jìn)一步使燈具壽命延長(zhǎng)
三、樓宇智能照明系統(tǒng)的照明控制
常用的調(diào)光方法有：脈沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)光法、改變半橋逆變器供電電壓調(diào)光法、脈沖調(diào)頻調(diào)光法、脈沖調(diào)相調(diào)光法和可控硅相控調(diào)光法。可控相控調(diào)光法具有體積小、價(jià)格合理和調(diào)光功率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)最終采用可控硅相控調(diào)光來(lái)調(diào)節(jié)燈具的明亮程度。
應(yīng)用可控硅相控原理，通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角，將電網(wǎng)輸入的正弦波電壓斬掉一部分，以降低輸出電壓的平均值，達(dá)到控制燈具供電電壓，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光�？煽毓柘嗫卣{(diào)光對(duì)照明系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)速度快，調(diào)光精度高，調(diào)光參數(shù)可以分時(shí)段實(shí)時(shí)調(diào)整。由于調(diào)光電路主要是電子元件組成，相對(duì)來(lái)說(shuō)體積小、設(shè)備質(zhì)量輕、成本低。
可控硅相控調(diào)光電路如圖4 所示。單片機(jī)的控制信號(hào)經(jīng)74HC04反相后送到光耦MOC3023,光電隔離后輸入到可控硅T16C6F 的控制極，控制可控硅的導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)調(diào)光。

四、樓宇智能照明系統(tǒng)的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本方案采用STC12C5A08AD 作為MCU控制器，STC12C5A08AD 是宏晶科技公司最新一代單片機(jī)，采用第6 代保密技術(shù)，程序燒寫(xiě)后無(wú)法解密，增強(qiáng)了保密功能。速度比普通的8051單片機(jī)快8~12 倍，內(nèi)建4 個(gè)16 位定時(shí)器，功耗比較低。MCU 的控制信號(hào)通過(guò)光耦控制可控硅來(lái)控制燈具的明亮程度，在強(qiáng)電控制接口加有電流檢測(cè)回路，檢測(cè)強(qiáng)電電流的大小，用作檢測(cè)反饋。通訊方式采用2.4G 無(wú)線通信模塊，無(wú)需布線，降低成本，控制方式靈活，遙控范圍廣，通訊速度快。本方案一共可以控制12 路燈具，適用于家庭照明控制。

2.2.4G 通訊電路
用于2.4GHz 通訊的通用芯片常見(jiàn)的有挪威Nordic 公司的nRF2401無(wú)線芯片模組，以色列RFWave 公司的RFW102 無(wú)線芯片模組等[5].根據(jù)設(shè)計(jì)需求及成本考慮，本設(shè)計(jì)中采用Nordic 公司的nRF2401進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。
nRF2401 是一個(gè)單片無(wú)線收發(fā)一體芯片，工作在2.4GHz ISM 頻段，完全集成功率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)整電路。采用QFN24 5×5 毫米封裝，應(yīng)用電路使用外圍元件少(見(jiàn)圖3);采用FSK 調(diào)制方式，125 個(gè)頻道，能滿足多頻及跳頻需要;傳輸速率高達(dá)1Mbps,具有高數(shù)據(jù)吞吐量;功耗低，電源電壓1.9V~3.6V 滿足低功耗設(shè)計(jì)需要;芯片內(nèi)部設(shè)有專(zhuān)門(mén)穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括DC/DC 開(kāi)關(guān)電源均有較好的通信效果。

五、樓宇智能照明系統(tǒng)的常見(jiàn)故障及排除
1.所有燈全不亮，原因：1)電池至總開(kāi)關(guān)之間電源線斷路;2)燈總開(kāi)關(guān)壞了;3)電源總保險(xiǎn)絲燒了。
2.遠(yuǎn)光燈或近光燈不亮，原因：1)導(dǎo)線斷路或插頭接觸不良或燈泡損壞;2)遠(yuǎn)光燈或近光燈保險(xiǎn)絲燒了;3)燈光繼電器損壞;4)導(dǎo)線接地;5.燈總開(kāi)關(guān)壞了。
3.前照燈燈光暗淡，原因：1)保險(xiǎn)絲松動(dòng);2)導(dǎo)線接頭松動(dòng);3)前照燈開(kāi)關(guān)或繼電器接觸不良;4)發(fā)電機(jī)輸出電壓低;5)用電設(shè)備漏電，負(fù)荷加大接地不良。
4.一側(cè)前照燈亮度正常，另一側(cè)暗淡。原因：1)前照燈暗淡的一側(cè)接地不良;2)導(dǎo)線插頭接觸不良。
5.前照燈，后燈正常，小燈不亮，原因：1)燈總開(kāi)關(guān)損壞;2)保險(xiǎn)絲燒了;3)小燈燈泡損壞;4)小燈電路斷路;5)繼電器損壞。
6.打開(kāi)小燈，一側(cè)亮，另一側(cè)小燈亮度變?nèi)跚抑甘緹羰呛筠D(zhuǎn)向指示燈也亮，到不閃爍。原因：亮度7.踩下制動(dòng)踏板，剎車(chē)燈不亮，原因：1)保險(xiǎn)絲燒了;2)剎車(chē)開(kāi)關(guān)壞了;3)導(dǎo)線斷路;4)接地不良;5)燈泡損壞。
8.燈泡經(jīng)常損壞，發(fā)電機(jī)輸出電壓過(guò)高。
六、樓宇照明系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)及配置

一）實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目：
1.照明和控制設(shè)備認(rèn)識(shí)與應(yīng)用實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
1)常用燈具的認(rèn)知與應(yīng)用
2)照度傳感器認(rèn)知與應(yīng)用
3)動(dòng)靜探測(cè)器認(rèn)知與應(yīng)用
4)遙控照明控制器認(rèn)知與應(yīng)用
2.普通照明控制線路安裝和調(diào)試實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
1)照明燈具及普通控制設(shè)備的安裝和調(diào)試控制
2)應(yīng)急照明設(shè)備的控制
3.智能照明控制線路安裝和調(diào)試實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
1)時(shí)間表控制模式下照明線路組建和控制
2)情景切換控制模式下照明線路組建和控制
3)遠(yuǎn)程強(qiáng)制控制模式下照明線路組建和控制
4)動(dòng)態(tài)控制模式下照明線路組建和控制
4.綜合技能考核和創(chuàng)新
1)樓宇照明運(yùn)行線路整體設(shè)計(jì)
二）樓宇照明系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置基本配置：
1.照明控制屏
設(shè)有4個(gè)樓層配電箱、2個(gè)中間配電箱、1個(gè)航空障礙照明配電箱、1個(gè)地下停車(chē)場(chǎng)配電箱、1個(gè)應(yīng)急照明配電箱、10種場(chǎng)所的照明為對(duì)象，按照不同場(chǎng)所的照明要求分別設(shè)置不同的照明控制方式，其中樓道照明要求采用了觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)、人體感應(yīng)開(kāi)關(guān)、單板開(kāi)關(guān)、聲控開(kāi)關(guān)對(duì)不同樓道照明進(jìn)行控制。系統(tǒng)同時(shí)必須使用通用的DDC控制模塊通過(guò)總線通信協(xié)議組網(wǎng)和上位機(jī)軟件系統(tǒng)對(duì)不同場(chǎng)所的不同照明要求進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
2.照明演示柜
照明演示柜為樓宇照明控制部分的演示對(duì)象，仿實(shí)物化設(shè)計(jì)，屬于半實(shí)物。采用分層結(jié)構(gòu)，能模擬樓層整體照明效果，實(shí)物模式，分為五層結(jié)構(gòu)，分別是體現(xiàn)多種照明場(chǎng)景。照明場(chǎng)景，可模擬9種場(chǎng)所：航空，臥室，客廳，經(jīng)理辦公室，員工辦公室，多功能會(huì)議廳，大堂，地下停車(chē)場(chǎng)和樓道，其中多功能會(huì)議廳具有8種情景。整個(gè)照明演示系統(tǒng)分別設(shè)有頻閃燈、白熾、熒光燈、筒燈和光字牌，能真實(shí)模擬各場(chǎng)所對(duì)照明控制以及照明效果的要求。
3.下位機(jī)系統(tǒng)
下位機(jī)系統(tǒng)要求采用DDC控制器，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和開(kāi)關(guān)控制，并可完成照明線路的控制，通過(guò)總線與上位機(jī)系統(tǒng)通信。通過(guò)編程軟件可設(shè)置DDC控制器程序。
4.上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
配備監(jiān)控系統(tǒng)軟件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
七、總結(jié)
基于單片機(jī)控制的智能家居照明系統(tǒng)，具有成本低、開(kāi)發(fā)時(shí)間短、安裝維護(hù)方便、容易滿足客戶(hù)不同需求等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)前景廣闊。目前我國(guó)的消費(fèi)水平并不高，對(duì)于系統(tǒng)龐大的高檔智能家居需求并不大，而智能家居照明系統(tǒng)的低成本，在家居市場(chǎng)上應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文介紹的基于單片機(jī)控制的智能家居照明系統(tǒng)具有一定的市場(chǎng)推廣價(jià)值。

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