主页 > 新闻动态 > 楼宇智能照明系统的功能原理及设计方案 2021-12-22

楼宇智能照明系统的功能原理及设计方案

智能照明系统是利用先进电磁调压及电子感应技术，对供电进行实时监控与跟踪，自动平滑地调节电路的电压和电流幅度，改善照明电路中不平衡负荷所带来的额外功耗，提高功率因素，降低灯具和线路的工作温度，达到优化供电目的照明控制系统。
一、楼宇智能照明系统的组成
系统单元、输入单元与输出单元。
系统单元：用于提供工作电源，源系统时钟及各种系统的接口如PC、以太网、电话等；
输入单元：主要功能是将外部控制信号换成网络上的传输信号，具体有开关，红外接收开关，红外遥控器，多功能的控制板，传感器；
输出单元：智能系统的输出单元是用于接收来自网络传输的信号，控制相应回路的输出以实现实时控制。
二、楼宇智能照明系统的功能特点
1.实现照明的人性化；由于不同的区域对照明质量的要求不同, 要求调整控制照度，以实现场景控制、定时控制、多点控制等各种控制方案。方案修改与变更的灵活性能进一步保证照明质量。
2.提高管理水平将传统的开关控制照明灯具的通断，转变成智能化的管理，使高素质的管理意识用于系统，以确保照明的质量。
3.节约能源利用智能传感器感应室外亮度来自动调节灯光，以保持室内恒定照度，既能使室内有最佳照明环境，又能达到节能的效果。根据各区域的工作运行情况进行照度设定，并按时进行自动开、关照明，使系统能最大限度地节约能源。
4.延长灯具使用寿命众所周知，照明灯具的使用寿命取决于电网电压，由于电网过电压越高，灯具寿命将会成倍地降低，反之，则灯具寿命将成倍地延长，因此防止过电压并适当降低工作电压是延长灯具寿命的有效途径。系统设置抑制电网冲击电压和浪涌电压装置，并人为地限制电压以提高灯具寿命。采取软启动和软关断技术，避免灯具灯丝的热冲击，以进一步使灯具寿命延长
三、楼宇智能照明系统的照明控制
常用的调光方法有：脉冲宽度调制(PWM)调光法、改变半桥逆变器供电电压调光法、脉冲调频调光法、脉冲调相调光法和可控硅相控调光法。可控相控调光法具有体积小、价格合理和调光功率范围宽等优点，本系统最终采用可控硅相控调光来调节灯具的明亮程度。
应用可控硅相控原理，通过控制可控硅的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，以降低输出电压的平均值，达到控制灯具供电电压，从而实现调光。可控硅相控调光对照明系统的电压调节速度快，调光精度高，调光参数可以分时段实时调整。由于调光电路主要是电子元件组成，相对来说体积小、设备质量轻、成本低。
可控硅相控调光电路如图4 所示。单片机的控制信号经74HC04反相后送到光耦MOC3023,光电隔离后输入到可控硅T16C6F 的控制极，控制可控硅的导通角，实现调光。

四、楼宇智能照明系统的系统方案设计
1.系统设计
本方案采用STC12C5A08AD 作为MCU控制器，STC12C5A08AD 是宏晶科技公司最新一代单片机，采用第6 代保密技术，程序烧写后无法解密，增强了保密功能。速度比普通的8051单片机快8~12 倍，内建4 个16 位定时器，功耗比较低。MCU 的控制信号通过光耦控制可控硅来控制灯具的明亮程度，在强电控制接口加有电流检测回路，检测强电电流的大小，用作检测反馈。通讯方式采用2.4G 无线通信模块，无需布线，降低成本，控制方式灵活，遥控范围广，通讯速度快。本方案一共可以控制12 路灯具，适用于家庭照明控制。

2.2.4G 通讯电路
用于2.4GHz 通讯的通用芯片常见的有挪威Nordic 公司的nRF2401无线芯片模组，以色列RFWave 公司的RFW102 无线芯片模组等[5].根据设计需求及成本考虑，本设计中采用Nordic 公司的nRF2401进行无线数据传输。
nRF2401 是一个单片无线收发一体芯片，工作在2.4GHz ISM 频段，完全集成功率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调整电路。采用QFN24 5×5 毫米封装，应用电路使用外围元件少(见图3);采用FSK 调制方式，125 个频道，能满足多频及跳频需要;传输速率高达1Mbps,具有高数据吞吐量;功耗低，电源电压1.9V~3.6V 满足低功耗设计需要;芯片内部设有专门稳压电路，使用各种电源包括DC/DC 开关电源均有较好的通信效果。

五、楼宇智能照明系统的常见故障及排除
1.所有灯全不亮，原因：1)电池至总开关之间电源线断路;2)灯总开关坏了;3)电源总保险丝烧了。
2.远光灯或近光灯不亮，原因：1)导线断路或插头接触不良或灯泡损坏;2)远光灯或近光灯保险丝烧了;3)灯光继电器损坏;4)导线接地;5.灯总开关坏了。
3.前照灯灯光暗淡，原因：1)保险丝松动;2)导线接头松动;3)前照灯开关或继电器接触不良;4)发电机输出电压低;5)用电设备漏电，负荷加大接地不良。
4.一侧前照灯亮度正常，另一侧暗淡。原因：1)前照灯暗淡的一侧接地不良;2)导线插头接触不良。
5.前照灯，后灯正常，小灯不亮，原因：1)灯总开关损坏;2)保险丝烧了;3)小灯灯泡损坏;4)小灯电路断路;5)继电器损坏。
6.打开小灯，一侧亮，另一侧小灯亮度变弱且指示灯是后转向指示灯也亮，到不闪烁。原因：亮度7.踩下制动踏板，刹车灯不亮，原因：1)保险丝烧了;2)刹车开关坏了;3)导线断路;4)接地不良;5)灯泡损坏。
8.灯泡经常损坏，发电机输出电压过高。
六、楼宇照明系统的实训及配置

一）实训项目：
1.照明和控制设备认识与应用实训项目
1)常用灯具的认知与应用
2)照度传感器认知与应用
3)动静探测器认知与应用
4)遥控照明控制器认知与应用
2.普通照明控制线路安装和调试实训项目
1)照明灯具及普通控制设备的安装和调试控制
2)应急照明设备的控制
3.智能照明控制线路安装和调试实训项目
1)时间表控制模式下照明线路组建和控制
2)情景切换控制模式下照明线路组建和控制
3)远程强制控制模式下照明线路组建和控制
4)动态控制模式下照明线路组建和控制
4.综合技能考核和创新
1)楼宇照明运行线路整体设计
二）楼宇照明系统实训装置基本配置：
1.照明控制屏
设有4个楼层配电箱、2个中间配电箱、1个航空障碍照明配电箱、1个地下停车场配电箱、1个应急照明配电箱、10种场所的照明为对象，按照不同场所的照明要求分别设置不同的照明控制方式，其中楼道照明要求采用了触摸延时开关、人体感应开关、单板开关、声控开关对不同楼道照明进行控制。系统同时必须使用通用的DDC控制模块通过总线通信协议组网和上位机软件系统对不同场所的不同照明要求进行远程控制。
2.照明演示柜
照明演示柜为楼宇照明控制部分的演示对象，仿实物化设计，属于半实物。采用分层结构，能模拟楼层整体照明效果，实物模式，分为五层结构，分别是体现多种照明场景。照明场景，可模拟9种场所：航空，卧室，客厅，经理办公室，员工办公室，多功能会议厅，大堂，地下停车场和楼道，其中多功能会议厅具有8种情景。整个照明演示系统分别设有频闪灯、白炽、荧光灯、筒灯和光字牌，能真实模拟各场所对照明控制以及照明效果的要求。
3.下位机系统
下位机系统要求采用DDC控制器，实现现场数据的采集和开关控制，并可完成照明线路的控制，通过总线与上位机系统通信。通过编程软件可设置DDC控制器程序。
4.上位机监控系统
配备监控系统软件，可以实现对照明系统的远程监控。
七、总结
基于单片机控制的智能家居照明系统，具有成本低、开发时间短、安装维护方便、容易满足客户不同需求等优点，市场前景广阔。目前我国的消费水平并不高，对于系统庞大的高档智能家居需求并不大，而智能家居照明系统的低成本，在家居市场上应用越来越广泛。本文介绍的基于单片机控制的智能家居照明系统具有一定的市场推广价值。

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