LED照明智能控制系统的应用与设计

LED照明智能控制系统的应用与设计

 俞海滨

浙江荣鼎建设工程有限公司  315000 

摘要：文章首先对智能控制系统在LED照明中的应用优势进行简要分析，在此基础上，从系统硬件和软件两个方面，对LED照明智能控制系统的设计方法进行论述，并通过仿真实验，对系统的可用性进行验证。结果表明，本次开发设计的智能控制系统，能够对建筑内部的LED照明灯具进行智能化控制。

关键词：LED照明；控制系统设计；智能化

LED照明以其自身所具备的诸多特点，在建筑中得到越来越广泛的应用，由此使得照明能耗随之大幅度降低。为使LED照明的特点得到全面发挥，需要采取行之有效地控制方式，在这一背景下，智能控制系统应运而生。借此下面就LED照明智能控制系统的应用与设计展开分析探讨。

1智能控制系统在LED照明中的应用优势

1.1照明方式更加多样化

在LED照明中，智能控制系统的应用，使照明方式随之增多，具体包括一般照明、局部照明、混合照明等。其中一般照明是可以在保证照明效果的基础上，将整个场所全部照亮的方式；局部照明是专门为满足局部区域照明需要而设置的照明方式；混合照明是一般与局部的综合。

1.2管控智能化

智能控制系统最为突出的特点是智能化程度高，除了可以对LED照明所需的能源进行管理和控制之外，还能对处于不同位置处的LED照明灯具进行实时管控。这是因为该系统采用的是分布式网络结构，借助相关的软件程序及硬件设备，能够对分布在建筑内的所有LED灯具进行智能化控制。

2 LED照明智能控制系统的设计方法

2.1系统硬件设计

本次开发设计的系统主要是对建筑内的LED照明进行智能化控制，整个系统由以下几个部分组成：智能控制器、LED灯具、智能节点以及传感器等。本系统的智能节点与CPN（计算过程单元）模块相对应，该模块能够借助通信接口与建筑中的设备单元进行连接，各个CPN相互连接，构成一个完整的分布式网络结构体系^[1]。系统硬件的设计要点如下：

2.1.1智能节点

在本系统中，智能节点主要由以下几部分组成：处理与存储单元、CPN数据与DCU通信接口等。其中处理单元的功能作用与CPU基本相同，各个智能节点均可以完成相关的计算任务。而存储单元则具有对设备参数进行保存的功能。同时在智能节点内存储着数据集，可以对本地信息进行记录，包括建筑中的人员信息、LED灯具的照度信息、照明运行状态信息等等。

2.1.2数据接口

智能节点之间在进行数据信息传输的过程中，需要利用数据接口，这是实现节点交互的通道，每个节点设计6个接口，可以满足不同方向上的信息交互。采用双绞线对CPN进行连接，并与相连接的智能节点进行数据互传。智能节点与设备之间的通信是借助DCU接口来实现，由此使得智能节点能利用该接口获取相关的测量与控制信息。本次开发设计的系统中有大量的硬件设备，如LED灯具、智能开关、控制器、传感器等，这些硬件全部都是以标准信息集为依托，经DCU接口与智能节点进行数据信息通信，在这一前提下，单个节点能按照明信息，通过计算，对某一路LED灯具的开关状态或是照度设定值进行改变，并由DCU将控制指令传给相应的LED灯具^[2]。

2.1.3控制器

在本系统的设计中，LED照明灯具智能控制器与CPN之间采用的是无线通信网络进行连接，有两个端口，分别为供电输出和调光，通过软件程序的编写，可以对建筑内三路LED灯光进行手、自动一体化控制。除此之外，还能在外部加装调光器按钮，以便手动进行调光操作。

2.1.4 LED灯具

在本系统的设计中，LED照明灯具选用的是统一产品，该灯具不但有透光率较高的外壳，而且灯珠为进口芯片，性能更加稳定，使用寿命长，灯珠的支架上带有散热片，能够在保证亮度的前提下，有效降低光衰。灯具的额定功能及输入电压分别为45W和48V，长120cm，宽9cm，从形状上可将之归入到线形光源的范畴^[3]。灯具采用当前较为先进的调光技术，可调范围为0-10V，在调光装置内设计独立的电路。同时，在驱动模块中加装控制线路，由此使得单个调光器能够支持多个灯具的调节。

2.2系统软件设计

本次开发设计的LED照明智能控制系统的相关功能，全部都是通过软件来实现，由此使得软件设计成为系统开发过程中的重点环节，具体的设计思路如下：借助软件程序对系统中各路LED灯具进行手自动一体化控制，软件会自行对采集到的相关信息进行存储，并以这些与系统运行有关的信息作为主要依据，对能耗进行统计分析。同时，软件还能对LED照明灯具故障报警信息进行采集，从而帮助用户快速找到故障位置。在本系统中，控制软件的功能全部由模块来实现，具体包括以下模块：开关与调光优化、触发帧、数据帧、能耗统计等。各个模块的设计如下：

2.2.1开关与调光优化

该模块的主要功能是对建筑内的LED灯具开关及调光进行智能化控制，当建筑内的某个区域无人，且不需要灯光照明时，便可将负责该区域的LED灯具关闭；如果有人，那么可以室内的照度模型作为依据，对实际照度进行评估，按照评估结果，控制LED灯具的开、关以及亮度优化

^[4]。

2.2.2触发帧

该模块最为主要的功能是使软件与硬件中的智能节点建立通信连接，并以数据帧的形式完成相关数据信息的交互。为使CPN能够与设备进行可靠的通信，决定选用十六进制的数据帧，与设备的不同状态相对应。

2.2.3数据帧

设备回传的所有数据均为十六进制，所以当CPN接收到数据时，需要进行解析，这样便可获得最终为用户提供显示的数据信息。具体的分析过程如下：对用于接收数据的远程主机地址及端口号进行指定，然后通过Get String()的方法对传回的字节数组进行接收，并对这些数组进行进制转换，最后输出相关的变量值。

2.2.4能耗统计

为对系统内LED照明灯具的耗能情况进行分析，设计能耗统计模块，该模块可以每间隔6min对照明系统的能耗情况进行读取，据此对最近1h和最近1天的照明能耗进行统计，并对统计结果进行存储，以便用户对照明能耗进行评估^[5]。

2.3系统测试

为对本次开发系统可用性进行验证，采用仿真实验的方法，共计设置LED照明灯具4盏，额定功率均为45W，分别以传统的控制方式和本次设计的智能控制系统，对这4盏灯具进行控制，并对灯具从早8点至晚20点的耗电情况进行统计。结果表明，传统控制方法的耗电量为1.44度，本系统控制下的耗电量为0.975度，节电率约为11%左右。可见，本系统具有良好的可用性。智能控制系统最为主要的作用是通过对LED照明的智能化控制达到节能的目的，本文设计的系统达到这一目标，可以进行推广使用。

3结论

综上所述，LED照明在建筑领域中的应用越来越广泛，在这一背景下，应当加大对相关控制系统的研究力度。通过对LED照明进行智能化控制，能够使照明能耗显著降低，对于建筑节能非常有利。因此，推广应用LED照明智能控制系统显得尤为必要。

参考文献

[1]顾子杰.新型建筑智能化平台下的智能照明控制系统应用[J].农家参谋,2020(4):54-55.

[2]鲁涛,薛龙飞.一种智能室内照明系统的控制方法及装置研究[J].科学技术创新,2020(3):43-47.

[3]王静,孙飞龙,王亓剑.基于PLC的校园智能照明系统的控制与实现[J].太原学院学报(自然科学版),2020(3):111-112.

[4]陈瞳.基于单片机的智能家居照明控制系统设计[J].山西大同大学学报(自然科学版),2020(2):68-70.

[5]陈安安.智能建筑照明自动控制系统及关键技术分析[J].工程技术研究,2019(12):178-180.