基于LED的智能照明节能控制系统设计

发布时间：2025-01-16 02:28

照明设计要考虑节能，选择LED灯泡或智能控制系统 #生活知识# #家庭生活# #家居装修技巧# #照明设计技巧#

        闵志鹏
        中机中联工程有限公司,    重庆 400039
        摘要：建筑照明领域之中，传统照明系统的灯具能耗较高，寿命较短，而开关往往以人为控制为主，难以达到实际的照明要求。在本文之中，我们从LED智能照明节能控制系统设计的角度出发，探究了LED照明、智能照明传感器的主要内容，并从建筑智能照明节能均衡控制系统的角度出发，提出了终端网关无线控制设计、LED灯具开关控制设计、系统功能设计等诸多内容，从而使设计方案能够满足节能、安全、稳定、科学合理的实际要求，希望能对相关行业的从业人员起到应有的启发作用。
        关键词：LRD；智能照明；节能控制系统；设计
        引言：
        电灯的发明为人们的日常生活带来了翻天覆地的变化，而从统计数字的角度来看，全球每年在照明上往往也会消耗过大的电能，目前照明设备的用电量已经达到了整个社会用电总量的10%到20%，而在我国可持续发展战略不断部署和落实的今天，如何控制照明总体用电量，提升照明质量也就成为了智能照明设计的关键性问题。灯具开关目前往往采用的是人工控制的方式，而实际的照明效率和效果也无法达到应有的平衡。再加上我国近视人口数量提升的主要原因之一在于室内照明质量不足，过亮、过暗以及眩光的存在都有可能导致视力问题，这也就使基于LED智能照明节能控制系统的设计成为了目前行业发展的主要方向。
        一、LED照明分析
        LED光源有着发光效率较为良好，显色性较高，功率较高的特性，因此在我国照明市场之中得到了较为广泛的应用。单从常用的36W节能灯管来看，在同样的照度之下，只需要选择15W功率的LED就能满足实际需求，而在日常之中使用的LED灯也有着冷白色、自然色和暖白色三种色调[1]。
        二、智能照明传感器分析
        （一）微波多普勒感应开关
        微博感应开关在进行一定频率的信号发射时，往往会遇到对应的障碍物并被反射，如果说物体处于运动状态之下，那么回波之中将具备相应的多普勒频移信号。在频移信号检测之中，能够对物体的位置异动情况加以分析，并对后续的相应控制信号进行调整并相应，这种传感器与传统的红外线探测传感器相比有着抗干扰能力较强，不会受到环境因素影响的特点。
        （二）人体红外探测传感器
        这种传感器的工作原理在于对人体发出10uM波长的红外线，如果红外线通过了相应的光学组件滤波，在增强后聚焦到探头之上，探头在接收到人体红外辐射后，部分电路会出现失去电荷平衡的问题，使其向外释放电荷，而后续电路在检测处理后则会产生警报信号[2]。
        （三）光照强度传感器
        这种传感器的工作原理在于将光照强度转变成为电压，而光照强度传感器的主要任务在于对室内的照度加以收集，然后将数据传递到网关之上，数据传输能够满足双向传输的要求，而这种传感器也能够对输出信号加以控制，从而使本地照明灯具的亮度得到有效控制，
        三、建筑智能照明节能均衡控制体系
        为了提升照明系统的舒适度，对能源消耗加以有效控制，可以通过云平台和智能传感器技术搭设相应的平台，对照明系统进行有效的设计。对比于传统的荧光灯管，LED照明可能在前期会有着较高的投入，然而后期在能源节约和系统维护上有着较为可观的经济效益，因此大部分只能建筑都可以安装节能环保性较强的LED照明体系[3]。
        智能照明节能均衡控制体系的服务器可以采用云框架体系，在远端搭设服务器，大楼之内的组网以双绞线和无线网关的连接为主，为了防止无限灯具对其他系统产生干扰，灯具控制体系可以选择基于loRa的短距无线模块并与网关进行内部通讯。灯具的控制体系应该具备更强的独立性，至少要能实现16台灯具的独立控制，这种组网方式有着布线简单，维护便捷，兼容性较强且组网灵活性较强的特点。

        （一）中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可以选择当前功率消耗最低，可靠性最强的LoRa通讯技术加以控制，而结合E32-TTL-100的模块来看，通过直序扩频技术能够使其功率距离拓展到2000米，并具有较强的抗干扰能力，模块也具备空中欢迎能力，其在睡眠状态下的消耗功率只有30uA。
（二）LED灯具开关控制电路设计
        LED灯具的通断往往都需要无线终端的控制体系加以控制，而每一个控制终端最大可驱动的继电器输出应该为16路，终端设计的LED灯具控制电路的CPU引脚应该如D_OUT2进行连接，并在光耦U16下开展电气隔离。要能够对LB2进行高低电平的控制，其电平信号在到达林顿三极管Q8后提升电流，驱动继电器进行线圈查找，从而达到提升LED灯具开关控制有效性的目的。
        （三）系统功能设计
        在系统功能设计之中，可以通过对光照度数据信息的收集来感知外部环境的变化情况，结合客户的习惯和要求，天气变化的规律，室内公共区域的照明条件，提升系统的人性化和智能化设计，从而使用户能够获取更加良好的使用体验。系统之中往往包含了以下几种光照输出模式：
        第一种是微波感应装置、红外探测传感体系等电子感应系统，能够针对特定区域的人体情况进行探测，从而使区域之内的灯光与显示屏亮度加以调整，而对于用户而言，这种模式的投资较低，经济效益良好，电能节约也能够得到全面实现，而动静感应的作用较为明显，能够达到有效的节能目的，在不同的场合和不同的应用模式之下，能够节省百分之30到百分之90的能源。
        第二种则是自然光智能控制体系，这种控制体系能够通过光感探头对周围的亮度加以测量，然后进行自动化调光进而满足用户的光亮度需求。在对环境光线水平检测时，能够充分利用自然光的优势，对房间的亮度加以有效调节，从而使房间亮度能够满足用户的需求，通过自然光达到节能的目的[4]。
        第三种则是定时控制体系，这种体系会结合时间的设定数值对灯光场景进行自动化调整，时间控制器能够与微波和光照度感应器共同使用，进而达到最大程度节约电能的目的，而时间调度程序则能够进行事件的自动触发。
        第四种则是亮度调节设计，要能够结合室外用户的不同习惯，以大数据为依托，对调光器输出的光照强度加以控制，进而使用户能够获取最为良好的使用体验。举例而言，在白天的情况下，可以对调光器的输出进行调低处理，而到了晚上则可以进行增强处理，通过调光策略的正确使用，能够使电能消耗得到有效控制，同时也可以达到控制热量散发，降低空调费用的目的。
        第五种设计方案则是集中控制，这种设计方案的要点在于将一个工厂、小区或者楼宇的照明体系进行集成化管理，以网络化技术使其得到集中，并全部上传到云服务器之中，云服务器则会通过对应的智能化算法，对周边区域的照明情况加以智能的调控。而控制中心也能够对某一个区域之内单独的房间或者楼层的照明体系加以直接的控制，从而达到远程开关控制的要求。这里要注意的是，集中控制设计的有效应用，要求在设计之中能够包含一套人工操作的备选方案，从而在突发情况发生时，能够以人为控制的方法解除LED智能照明体系之中存在的多种问题，使照明系统的可操作性和节能性得到有效保障，为LED灯具智能照明控制设计有效性的全面提升奠定更加坚实的基础。
        四、结束语
        在本文之中，我们结合传感器技术、互联网技术以及云计算技术的技术优势，对LED智能照明节能系统进行了有效设计，在设计过程之中，充分运用了自然光照和集成控制体系，从而使系统能够达到对室内照明智能化调节的作用。整个系统能够在节能的同时提升照度的均匀性，确保室内工作人员、学习人员的视力得到有效的保护。这种系统对硬件的要求不高，对使用者和周边环境也没有过多的要求，有着较为良好的推广价值和深入应用的潜力。
        参考文献
[1]程增艳,王军,朱秀林.LED路灯驱动电源的设计[J].电子设计工程,2010,(6).188-190.
[2]贾冬颖,王巍.基于STC单片机LED智能照明系统的设计[J].照明工程学报,2010,(2).71-73,80.
[3]赵玲,朱安庆.智能LED节能照明系统的设计[J].半导体技术,2008,(2).137-140.
[4]李秘,丁时栋,李贵柯,等.低成本LED智能照明系统的设计[J].电源技术,2016,(1).

网址：基于LED的智能照明节能控制系统设计 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/720402

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