主頁 > 新聞動態 > 樓宇智能照明系統的功能原理及設計方案 2021-12-22

樓宇智能照明系統的功能原理及設計方案

智能照明系統是利用先進電磁調壓及電子感應技術，對供電進行實時監控與跟蹤，自動平滑地調節電路的電壓和電流幅度，改善照明電路中不平衡負荷所帶來的額外功耗，提高功率因素，降低燈具和線路的工作溫度，達到優化供電目的照明控制系統。
一、樓宇智能照明系統的組成
系統單元、輸入單元與輸出單元。
系統單元：用于提供工作電源，源系統時鐘及各種系統的接口如PC、以太網、電話等；
輸入單元：主要功能是將外部控制信號換成網絡上的傳輸信號，具體有開關，紅外接收開關，紅外遙控器，多功能的控制板，傳感器；
輸出單元：智能系統的輸出單元是用于接收來自網絡傳輸的信號，控制相應回路的輸出以實現實時控制。
二、樓宇智能照明系統的功能特點
1.實現照明的人性化；由于不同的區域對照明質量的要求不同, 要求調整控制照度，以實現場景控制、定時控制、多點控制等各種控制方案。方案修改與變更的靈活性能進一步保證照明質量。
2.提高管理水平將傳統的開關控制照明燈具的通斷，轉變成智能化的管理，使高素質的管理意識用于系統，以確保照明的質量。
3.節約能源利用智能傳感器感應室外亮度來自動調節燈光，以保持室內恒定照度，既能使室內有最佳照明環境，又能達到節能的效果。根據各區域的工作運行情況進行照度設定，并按時進行自動開、關照明，使系統能最大限度地節約能源。
4.延長燈具使用壽命眾所周知，照明燈具的使用壽命取決于電網電壓，由于電網過電壓越高，燈具壽命將會成倍地降低，反之，則燈具壽命將成倍地延長，因此防止過電壓并適當降低工作電壓是延長燈具壽命的有效途徑。系統設置抑制電網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。采取軟啟動和軟關斷技術，避免燈具燈絲的熱沖擊，以進一步使燈具壽命延長
三、樓宇智能照明系統的照明控制
常用的調光方法有：脈沖寬度調制(PWM)調光法、改變半橋逆變器供電電壓調光法、脈沖調頻調光法、脈沖調相調光法和可控硅相控調光法。可控相控調光法具有體積小、價格合理和調光功率范圍寬等優點，本系統最終采用可控硅相控調光來調節燈具的明亮程度。
應用可控硅相控原理，通過控制可控硅的導通角，將電網輸入的正弦波電壓斬掉一部分，以降低輸出電壓的平均值，達到控制燈具供電電壓，從而實現調光。可控硅相控調光對照明系統的電壓調節速度快，調光精度高，調光參數可以分時段實時調整。由于調光電路主要是電子元件組成，相對來說體積小、設備質量輕、成本低。
可控硅相控調光電路如圖4 所示。單片機的控制信號經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，控制可控硅的導通角，實現調光。

四、樓宇智能照明系統的系統方案設計
1.系統設計
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，采用第6 代保密技術，程序燒寫后無法解密，增強了保密功能。速度比普通的8051單片機快8~12 倍，內建4 個16 位定時器，功耗比較低。MCU 的控制信號通過光耦控制可控硅來控制燈具的明亮程度，在強電控制接口加有電流檢測回路，檢測強電電流的大小，用作檢測反饋。通訊方式采用2.4G 無線通信模塊，無需布線，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的有挪威Nordic 公司的nRF2401無線芯片模組，以色列RFWave 公司的RFW102 無線芯片模組等[5].根據設計需求及成本考慮，本設計中采用Nordic 公司的nRF2401進行無線數據傳輸。
nRF2401 是一個單片無線收發一體芯片，工作在2.4GHz ISM 頻段，完全集成功率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調整電路。采用QFN24 5×5 毫米封裝，應用電路使用外圍元件少(見圖3);采用FSK 調制方式，125 個頻道，能滿足多頻及跳頻需要;傳輸速率高達1Mbps,具有高數據吞吐量;功耗低，電源電壓1.9V~3.6V 滿足低功耗設計需要;芯片內部設有專門穩壓電路，使用各種電源包括DC/DC 開關電源均有較好的通信效果。

五、樓宇智能照明系統的常見故障及排除
1.所有燈全不亮，原因：1)電池至總開關之間電源線斷路;2)燈總開關壞了;3)電源總保險絲燒了。
2.遠光燈或近光燈不亮，原因：1)導線斷路或插頭接觸不良或燈泡損壞;2)遠光燈或近光燈保險絲燒了;3)燈光繼電器損壞;4)導線接地;5.燈總開關壞了。
3.前照燈燈光暗淡，原因：1)保險絲松動;2)導線接頭松動;3)前照燈開關或繼電器接觸不良;4)發電機輸出電壓低;5)用電設備漏電，負荷加大接地不良。
4.一側前照燈亮度正常，另一側暗淡。原因：1)前照燈暗淡的一側接地不良;2)導線插頭接觸不良。
5.前照燈，后燈正常，小燈不亮，原因：1)燈總開關損壞;2)保險絲燒了;3)小燈燈泡損壞;4)小燈電路斷路;5)繼電器損壞。
6.打開小燈，一側亮，另一側小燈亮度變弱且指示燈是后轉向指示燈也亮，到不閃爍。原因：亮度7.踩下制動踏板，剎車燈不亮，原因：1)保險絲燒了;2)剎車開關壞了;3)導線斷路;4)接地不良;5)燈泡損壞。
8.燈泡經常損壞，發電機輸出電壓過高。
六、樓宇照明系統的實訓及配置

一）實訓項目：
1.照明和控制設備認識與應用實訓項目
1)常用燈具的認知與應用
2)照度傳感器認知與應用
3)動靜探測器認知與應用
4)遙控照明控制器認知與應用
2.普通照明控制線路安裝和調試實訓項目
1)照明燈具及普通控制設備的安裝和調試控制
2)應急照明設備的控制
3.智能照明控制線路安裝和調試實訓項目
1)時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)遠程強制控制模式下照明線路組建和控制
4)動態控制模式下照明線路組建和控制
4.綜合技能考核和創新
1)樓宇照明運行線路整體設計
二）樓宇照明系統實訓裝置基本配置：
1.照明控制屏
設有4個樓層配電箱、2個中間配電箱、1個航空障礙照明配電箱、1個地下停車場配電箱、1個應急照明配電箱、10種場所的照明為對象，按照不同場所的照明要求分別設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開關、人體感應開關、單板開關、聲控開關對不同樓道照明進行控制。系統同時必須使用通用的DDC控制模塊通過總線通信協議組網和上位機軟件系統對不同場所的不同照明要求進行遠程控制。
2.照明演示柜
照明演示柜為樓宇照明控制部分的演示對象，仿實物化設計，屬于半實物。采用分層結構，能模擬樓層整體照明效果，實物模式，分為五層結構，分別是體現多種照明場景。照明場景，可模擬9種場所：航空，臥室，客廳，經理辦公室，員工辦公室，多功能會議廳，大堂，地下停車場和樓道，其中多功能會議廳具有8種情景。整個照明演示系統分別設有頻閃燈、白熾、熒光燈、筒燈和光字牌，能真實模擬各場所對照明控制以及照明效果的要求。
3.下位機系統
下位機系統要求采用DDC控制器，實現現場數據的采集和開關控制，并可完成照明線路的控制，通過總線與上位機系統通信。通過編程軟件可設置DDC控制器程序。
4.上位機監控系統
配備監控系統軟件，可以實現對照明系統的遠程監控。
七、總結
基于單片機控制的智能家居照明系統，具有成本低、開發時間短、安裝維護方便、容易滿足客戶不同需求等優點，市場前景廣闊。目前我國的消費水平并不高，對于系統龐大的高檔智能家居需求并不大，而智能家居照明系統的低成本，在家居市場上應用越來越廣泛。本文介紹的基于單片機控制的智能家居照明系統具有一定的市場推廣價值。

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