基于 LED的智能照明节能控制系统设计

基于 LED的智能照明节能控制系统设计

严启荣

中山市东凤检测技术有限公司 广东 中山 528425

摘要：随着经济和建筑行业的快速发展，在建筑照明领域，传统照明系统的灯具大多能耗高、寿命短等，灯具开关大多采用人工控制，实际照明效率和效果之间较难达到平衡。研究一种基于LED技术的智能照明节能系统能够综合多种控制技术，根据人员动静检测、四季、时间的不同，调整灯光控制策略，提高建筑智能照明的水平，减少碳排放，同时提高照明舒适度。

关键词：智能照明；无线传输；节能均衡

引言

电灯的发明，极大地丰富了人们的生活，但同时全球每年在照明上消耗的电能也非常巨大。据统计，照明用电约占整个社会总用电量的10%-20%，在节能背景的大环境下，降低照明用电，提高照明质量是未来智能照明的发展方向，LED照明技术具有极大的节能优势。同时，灯具的开关大多采用人工控制，实际的照明效率、效果之间较难达到平衡。其次，近年来我国中小学生的近视发病率逐年升高，眼睛近视的成因很多，其中，室内照明质量也是一个重要原因，光照过亮、过暗、眩光等有可能会对视力造成不可逆损伤。

1LED照明

LED光源具有发光效率高、显色性好、功率因数高等特点，得到了市场的广泛认可。以常用的36W节能灯管为例，保持同样照度，只需要使用功耗为15W的LED灯。日常使用的LED灯主要有冷白1色、自然色、暖白色3种色系。

2智能照明传感器

2.1微波多普勒感应开关

微波感应开关发射一定频率的微波信号，微波遇到障碍物被反射回来，当物体在运动时，回波中将包含多普勒频移信号。将频移信号监测出来，可以判断物体的位移是否发生变化，继而输出响应的控制信号。该传感器与传统人体红外探测传感器相比，抗射频干扰能力强、不易受环境等因素的影响。

2.2人体热红外探测传感器

人体热红外探头的工作原理：探测人体会发出一定波长（10uM）的红外线，当红外线通过光学组件滤波、增强后聚焦到探头上，探头在接收到人体红外辐射时，内部电路就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

2.3光照强度传感器

工作原理是将光照强度值转为电压值，光照度传感器主要负责收集室内的照度，然后将数据传递给网关，数据传输可以实现双向传输；同时，该传感器也可以直接输出控制信号，调节本地的照明灯具亮度。

3建筑电气照明节能的设计原则

3.1符合建筑的本身特征

建筑电气照明节能设计首先要符合因地制宜的原则，根据建筑本身特征、功能以及布局进行电气照明节能的设计，例如我国南北方地形、气候等方面差异较大，因此南北方的建筑根据地方特征在构造上也有着巨大的不同，电气照明的节能设计也应遵从各地方建筑构造的差异，合理化进行节能。北方的冬天天气极为寒冷，昼短日长现象较为明显且冬季较长，建筑用电照明等需求较大，在针对北方民用建筑电气照明设计上，要注重长时间低耗能的电气照明设计，电气照明材料在选择上也要与建筑环境本身相适应，在电气照明的布局上也要根据建筑本身进行合理布局，在满足建筑物的功能上，实现节能环保理念，所以建筑电气照明的设计作为建筑节能设计的一部分，在节能设计的方案上要符合建筑物本身的节能原则以及建筑特征，在整体的建筑节能设计上进行节能设计，才能更好的实现建筑节能设计的整体效益。

3.2符合建筑企业整体经济效益

在建筑电气照明节能设计中，不能一味地追求高效节能，要对建筑企业整体的经济效益进行考量，如果建筑电气照明设计为了节能，设计极为复杂的照明布局和成本较高材料，致使电气照明在设计中产生过多的预算则会造成整个建筑设计预算的超出，从而使建筑企业原本因建筑所带来的经济效益无法达到预期，出现建筑电气照明在设计上没有将节能与实际情况相结合的局面，使建筑企业的整体经济效益受到损失。例如在普通民用建筑中采取超出预算的高端节能电气照明设备，虽然实现了高效节能的设计理念，但违背了整体经济效益的设计原则，一般的普通民用建筑实际上无法承担成本过高的电气照明设备，这就反映出设计者在进行电气照明节能设计时未考虑到现实条件，忽略了设计方案的合理性，很难被建筑企业所采用。

4建筑智能照明节能均衡控制系统

某新建酒店项目为提高照明舒适度、减少能源消耗，系统采用云平台、智能传感器等技术，对照明系统进行了智能化设计，相较于传统的荧光灯管，LED照明虽然前期投入会高一些，但是后期节约的能源和系统维护费用非常可观，综合分析后，本系统大多数场合采用更加节能环保的LED照明。

4.1终端与网关的短距无线控制

灯具控制终端与网关之间的无线通信，选用目前功耗最低、可靠性最高的LoRa通信技术。基于某公司的E32-TTL-100模块，该模块基于LoRa直序扩频技术，最大功率距离可以达到2000米，抗干扰能力强；且模块具有空中唤醒功能，模块在睡眠模式下的功耗仅30uA.

4.2LED灯具开关控制电路

LED灯具的通断，可以通过无线终端的控制器独立控制，每一个控制终端，最大可以驱动16路继电器输出，终端设计LED灯具控制电路。控制器CPU的输出引脚与D_OUT2连接，通过光耦U16进行电气隔离，控制LB2输出高低电平，LB2的电平信号经达林顿三极管Q8进行电流放大，驱动继电器线圈，实现LED灯具开关的控制。

4.3系统功能

系统功能设计，本系统通过采集终端的光照度数据，能够感知环境的变化、根据客户的习惯、四季的变化、天气的变化，调整室内和公共区域的照明条件，使系统更加的人性化、智能化，更好地为人类提供服务。系统主要提供以下几种光照输出控制方式：

4.31动静感应控制输出

通过微波感应开关、人体红外探测传感器等电子设备感应，探测特定区域人体的动静情况；进而控制区域内的灯光、显示屏亮度等。对最终用户来讲，这是一种最简单、低投资的方式，实现电能节约。动静感应器作用明显，实际节能效果显著，在不同的应用场合、不同使用模式，可节省30%-90%的能源。

4.32定时控制

系统根据时间控制器设定的负载时间表，来实现基于时间的灯光场景的自动调整。时间控制器可与微波、光照度感应器等配合使用，能够最大程度地节省电能。时间调度程序允许预先设置自动触发的事件。

4.33亮度调节

根据室内用户习惯的不同，进行大数据分析，控制调光器输出不同的光照强度，以达到用户最舒适的状态。比如白天的时候，可以适度调低调光器输出，晚上的时候，适度增强。正确使用调光策略，不仅可以减少电能的消耗，且可以减少热量的散发，减低空调花费。

结语

提出一种基于传感器技术、网络技术、云计算技术等的智能照明节能系统；她充分利用自然光照，能实现对室内照明智能调节。系统在节能的同时，还可以达到均衡照度的效果，对室内工作、学习人员的视力，起到一定的保护作用。本系统对硬件要求不高，对环境和人员健康都十分友好，具有很好的市场推广价值和应用前景。

参考文献

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