新型建筑智能化平台下的智能照明控制系统

蔡芙蓉，侯瑞堃

（1.航天科工广信智能技术有限公司；2.杭州市城乡建设设计院股份有限公司）

1 引言

能源消耗严重、资源利用率比较低始终是建筑工程领域比较常见的问题之一，智能控制系统设计应用可以有效降低建筑单元模块的能源消耗量，提高能源使用效率，优化控制精度、控制效果。智能平台是实现系统控制的重要基础，其具备强大的逻辑控制功能，可以适用在不同的环境内，减少了照明控制中的人工成本投入。因此，对此项课题进行研究，具有重要的意义。

2 智能照明系统设计策略

2.1 照明开关控制

新型建筑基于智能节点的建设实现对机电设备单元的科学控制，将各节点之间连接成为系统化的网络结构，实现各个单元之间的科学连接。系统运行根据智能节点设计的任务模块，实现对单个节点的科学控制。照明系统设计将各大模块连接至节点之上，其中包括开关控制单元、光源调整单元、传感器装置等，各大单元与智能控制节点连接到一起，完成对各大模块功能的智能控制。

以公共区域为例，其在空间内需要安装日光灯，数量多为4路，部分大空间内甚至更多。日间利用窗户可以降低光源需求量，本文设计系统基于空间内对光环境的实际需求开展，以节能降耗为目标进行智能控制。

①为满足空间内人员对光源亮度和光源感受的实际需求，系统具备手动控制功能，可以进行光源调整、光源闭合等工作[1]。

②在特定的时间，根据人员数量和空间亮度，实现对光源的自动调节和闭合。按照公共区域照明标准文件内对照明亮度的指标对其进行节点设计，如果亮度降低，则对其进行动态控制，如果系统检测公共空间内并不存在人员，则系统会自动关闭。

③按照照明时间需求，在特定的时间范围内照明系统会长时间保持闭合状态。

基于上述控制策略的设计应用，设计智能照明系统控制平台。平台输入源中应安设人体传感器、摄像头、照明传感器等装置。传感器会将采集的人员数量信息和光源亮度信息传输至系统之中，根据人员数量以及实际亮度自动对光照度进行调整，使其满足建筑照明设计标准要求[2]。

2.2 调控组合控制

通过传感器装置的应用实现对现实空间的数据采集，根据空间亮度需求实现对光源亮度的动态控制，并具备自动开启和关闭等功能。但将其应用到具体的环境之内，需要对其进行调光控制，确保其可以同时满足照明需求和节能需求。

在不同的区域内设计相应的传感器装置，按照距离外窗位置的距离从近到远对其进行编号，共计设计4组LED灯管，按照座位对传感器的位置进行确定。调控组合控制系统采用PSO算法对亮度进行组合优化设计，在迭代计算的过程中，寻找出最优解，以确保可以实现对现场光源亮度的组合控制。由于不同区域的光源亮度存在差异，需要对其进行补光，结合实际环境建立亮度模型，计算亮度之间的函数关系，对其通光量进行科学计算，确保每个空间照明区域之间补光后亮度误差在10%以内，确保各空间区域满足亮度需求的同时，能源消耗量最低。在此，基于智能化平台的设计应用，建立场景仿真模型，可以对不同空间区域在不同时间节点的补光量和光通量参数进行确定，系统长期运行对其进行计算，实现调控组合控制亮度的作用[3]。

3 智能照明系统平台设计应用

3.1 智能照明系统硬件设计

智能化平台的照明系统设计基于对智能节点的控制，应用控制器实现对系统的逻辑控制，其硬件系统中包括灯管、观感器装置、控制器等。系统中的每个智能节点对应相应的硬件单元，对应建筑相应的空间模块。通过通信接口与照明设备连接到企业，实现各空间模块之间的网络结构连接。智能控制系统中的单元模块中包括储存单元、数据接口和通信接口，中央处理器装置发挥数据处理功能，智能节点整体结构为拓扑结构，储存单元对各项参数进行采集、调整、控制，对照明系统具体的运行参数、运行状态进行反馈。同时，建立智能节点数据库，实现平台数据的集合，对具体的数据信息进行整合，数据集合中包括人员信息、环境参数信息、照明设定值、运行状态数据等。运行数据中包括光源亮度信息、照明系统功率、能源消耗量和设备损坏预警。

在整个硬件系统之中，数据接口的设计是确保各智能节点数据交流的基础，每个节点均需要设计相应数量的接口，支持不同方向数据的交互控制。双绞线是智能节点空间模块连接的主要载体，数据之间通过直接交流的方式建立网络拓扑结构。通信接口是设备与智能控制单元的连接关键，通过该接口，系统可以采集控制数据和测量数据。为了确保整个硬件系统可以支持光源组合调控功能，各大硬件系统均设置标准的信息集，完成通信功能。但系统如何通过采集的信息实现对开关或者系统的设定，最终将采集数据的控制质量反馈至具体的设备之上，是控制系统设计应用的关键。

在此，DCU接口与CPN（用户驻地网）模块之间形成了连接，可以实现对光源系统的调整工作，并可以对具体的运行功率和用电量等相关数据进行计算、反馈。系统内设计应用半导体开关，避免控制过程中机械设备出现拉弧故障，内部同时设计应用智能处理器，负责对系统运行相关参数的分析，实现定时控制。通信系统设计应用无线装置，数据传输方式更加灵活。

控制器通过无线通信与CPN连接在一起，同时具备供电端口和调光端口，通过编写软件的方式实现对灯管的自动化控制。在系统外部外接相应的调光器按钮，用户可以根据自己的需求对光源进行调整。

照明控制系统应用LED灯管，光效比较高，节能效果比较强，具有良好的散热效果。设计应用的LED灯管运行功率在45W，输入电压参数在48V，采用柔光罩对光源进行处理，减少光源对用户眼睛的影响程度，提供更加优质的照明服务。该系统应用光源调整装置，设计独立的电路对其进行控制，按照结构模块可以将其分为供电电压、低压电路两种，通过调节电阻的方式对输出电压值进行控制。灯源驱动模块内部设定控制线路，可以同时进行多个灯源的调节控制。

CPN模块之间基于网线实现连接目标，控制器的能源消耗量也比较低，将DCU通信接口与CPN模块之间有效连接在一起，控制器响应CPN发送的指令信息，控制末端进行开关控制和调光设置。

3.2 智能照明系统软件设计

软件系统设计应用可以对照明系统的用电信息进程采集，对照明的能源消耗量进行综合资源，同时具备相应的预警功能。当照明系统运行过程中出现短路或者电压、电流过载问题，系统可以及时反馈故障信息，明确故障区域。为了提高用户对照明系统的控制效果，更加准确的掌握照明系统的信息，对软件系统进行综合设计，并适当增加新的功能，对软件结构进行优化设计。照明系统的软件结构分为四大部分。

第一个部分是开关的优化模块，通过对空间照明模型的建立，对最终的输出结果进行参数分析，可以基于软件系统的控制功能实现对亮度优化设计。第二个部分是触发帧生成模块，其功能是完成软件与智能节点之间的通信，实现数据之间的科学转换。第三个部分是数据帧数据传回功能，对数据帧进行解析，并对变量值进行查询。第四个部分是能源消耗信息的储存模块，可以对用电量参数信息进行储存、展示。

软件系统的调光优化模块开发，实现对各路灯管的科学调控。根据空间区域内是否存在人员进行照明控制调整，当存在人员开关启动，并对实际的照明情况进行分析，软件模块实现对光源亮度的调整功能。基于触发帧的生成与发送模块设计，采用16进制的数据帧进行数据通信，将照明系统设备的运行状态与数据帧之间对应。数据帧的分析模块设计仍以16进制的数据形式展现，对部分数据进行解析，最终得出用户所需的数据内容，并对数据帧的格式进行转化，使其可以在界面内直观展示数据信息。能源消耗统计模块设计采用定时数据采集功能，每相隔10分钟左右对照明系统的能源消耗量等相关数据进行统计分析，并将采集的数据进行综合整理的，用户可以在软件系统内操作能源消耗统计模块的闭合时间，查询以往的用电数据，当能源消耗量出现异常时，则预警系统启动。

基于上述内容实现对智能照明控制系统的软件设计，通过编程的方式赋予软件系统相应的功能。该软件系统具备自动操控功能，用户可以基于软件实现对照明系统的闭合控制，同时软件具备相应的设计优化功能，可以根据实际情况进行组合调控。用户在登录模块之后可以对用户的数据进行查询，对历史能源消耗量进行查询，从而对整个照明系统进行功能调整。

4 智能照明控制系统应用效果

本文所设计的系统拥有4盏LED灯管，基于智能软件系统和硬件结构的应用，使其具备数据展示、数据调控等相关功能。与传统的光线传感器控制方法进行对比，采集以往的用电数据以及用电信息，对比智能化平台建设应用的照明控制系统，对比两者之间的能源消耗量。采集数据从早晨6点至晚上12点的用电数据信息，对累计的能源消耗量进行对比分析。传统的光感控制方法累计能源消耗量达到1.985KW·h左右，而基于智能化平台的照明控制系统能源消耗量在1.55KW·h左右。基于上述数据对本文设计的智能照明控制系统的应用效果进行分析，由于其属于公共空间，照明系统在日间仍在运行，长期处于比较高的能源消耗状态下，相比较传统的人工控制方法而言，光感照明系统的能源消耗量明显降低，但比较控制系统的应用而言，其能源消耗量降低程度更高。究其原因，本文应用调光算法对控制系统进行优化，实时根据用户的需求调整具体亮度，在满足用户照明需求的同时，提高了能源的利用效率。此外，该系统设计应用减少了人工操作环节，不需要人工对其进行闭合操作，提高了照明系统的服务功能。

5 结语

综上所述，智能平台建设基于照明控制模型的构建，从软件、硬件两大模块探讨其智能控制功能应用的可能性。照明控制系统应根据不同区域对照明设计的实际需求，对照明亮度、照明时间、照明范围等进行明确，为了减少照明系统应用的能源消耗量，通过组合调光控制系统设计应用，可以实现最优的亮度组合，为建筑住户提供优质的照明服务。