教室灯光的智能化与可视化设计与实现

陈坚刚陈晟

（工商职业技术学院，浙江宁波315012）

教室灯光的智能化与可视化设计与实现

陈坚刚陈晟

（工商职业技术学院，浙江宁波315012）

针对目前高校教室灯光管理的现状，采用DDC作为开发核心模块，采用Lonwork作为开发平台，开发并搭建出一套可行的教室灯光控制系统，实现教室灯光的智能化与可视化，可达到节能减排的目的。管理人员可以通过系统监控与控制区域内的教室，各灯具可按照既定策略，根据时间、天气与人员情况进行自适应。

楼宇自动化；节能减排；Lonwork技术；DDC

1 引言

教室是高等学府最重要的学习场所之一，白天晚间学生们都要在其间学习，由于学生学习的自发性与天气的多变性，常会有电力浪费现象，如室外阳光灿烂室内却还开着灯，晚间个别教室只有两三人却亮着整间教室的灯具，学生离开后依旧灯光明亮。对此，高校主要以人员巡查管理为主，效率低下。为此，采用技术手段，完成对教室灯具的智能控制，对于高校的节能减排意义重大。

2 设计思路

教室的灯具分为室内的日光灯以及走廊的楼道灯。需要解决的基本问题有如下几个：

一是走廊灯应在规定时间统一开启，其余时间统一关闭。

二是教室灯在白天天气良好，光照充足时一律不开启。

三是教室无人时灯具一律关闭。

根据上述需求，分别选择控制策略。对于楼道灯来说，可以采用时间参数控制策略，即根据作息时间或课表变化进行分时段控制。[1]对于室内灯光需要考虑的因素是光照度及室内人数，这两个因素构成控制策略，各控制因素的实现设备如表1。

表1 控制因素策略实现表

教室出于安保考虑一般都会安装幕帘探测器，但幕帘探测器的信号输出时间只有3－5秒，时间一到就会自动断开，如此反复循环。为此，需要借助继电器或DDC的控制功能完成自锁，但延长的时间参数很难界定，间隔时间过长，会造成人员离开后无法及时探测到，间隔时间太短又会使灯具暗而复明，影响学习体验。因此，本设计采用了人体红外感应器KB8038进行人员识别，它是基于红外线技术的自动控制产品，当人进入感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，自动接通负载，人不离开感应范围，将持续接通；人离开后，延时自动关闭负载。利用继电器的常开触点给DDC的DI点提供输入信号。

光控开关采用先进的嵌入式微型计算机控制技术，利用光控探头采集时实的光照度信号，提供给DDC作为判断是否需要开灯的依据。本设计采用AS－20光控开关，其阀值可自动调控。

DDC控制器HW－BA5210将提供时间控制列表，它采用LONWORKS现场总线技术与外界进行通讯，具有网络布线简单、易于维护等特点。它含有实时时钟，可完成对楼控系统中与时间相关的设备起停的控制和校时功能。

系统的整体设计逻辑图如图1所示。

上位机采用Lonwork开发，可以实现整个系统可视化设计与操作。核心控制器采用HW5208的DDC。[2]该模块具有5路干触点输入端口，DI口配置可以按需择点。控制器内部集成多种软件功能模块，可通过Plug_in方式进行配置，可自由组合各软件功能模块，实现逻辑与算术运算。[3]

系统接线图如图2所示。

图1

图2

3 构图与编程

核心DDC5208的管脚分配表如表2。

表2 DDC管脚分配表

然后在lonmaker软件平台上完成组网构图如图3，输入对应逻辑关系如图4。

其中逻辑关系见表3，这个表是输入逻辑关系的依据。每条状态栏代表一种状态，状态1，2表示室外灯按时间控制状态，1关2开；状态3表示照度达到阀值；状态4表示室内有人且光照不足的情况；状态5表示手动状态；状态6表示室内无人状态。

表3 逻辑对应关系表

最后，利用组态软件完成操作界面的制作，可以根据实际情况绘制。将模拟图中的各按钮灯泡和感应开关通过程序语言与刚刚配置的IO点关联起来，就可以在界面上进行各种操作了，界面如图5所示。

图5 系统操作界面完成图

4 改进设想

笔者根据上述设计思路，在自制的仿真模型中完成了灯光智能化与可视化设计如图6，该系统已经可以应用在实际工程中，实际工程会根据教室大小与人体感应器的探测范围确定人体感应器数量与位置，可以在左前与右后方安装两个探测器，从而将教室分为两个管理区域。但是众所周知，学生的落座方式有一定的不可预测性，当两个学生分别坐于两个探测区域时会造成两个区域的灯具开启，然而实际上他们只要移动一下位置就可以节约一半的灯具能耗。想要优化系统，解决这个实际问题，需要统计出人数，再结合就座的密度，制定出策略，去约束学生的行为。

图6 仿真系统效果图

[1]冯义飞.教室照明智能控制的设计与开发[D].合肥：合肥工业大学，2007.

[2]深圳市高技能人才公共训练基地.DDC控制器的安装设计[M].2010.

[3]熊新国.基于Lonwork总线的DDC监控照明系统设计[M].电气应用2012，（6）：32-34.

【责任编辑：黄素华】

The Intelligentization and Visualization in the Design of the Classroom Lighting

CHEN Jian-gang CHEN Sheng
（Zhejiang Business Technology Institute，Ningbo 315012，China）

Using DDC as the core module and Lonwork as the platform the paper introduces a feasible classroom lightning management system to intelligentize and visualize the lights in the classroom，thus achieving the goal of energy conservation and emissions reduction.The operators of the system are able to monitor and control the lights in the classroom and the lights will self-adapt according to time，weather and people in the class room based on a set strategies.

building automation；energy conservation and emissions reduction；Lonwork technology；DDC

TP273

A

1671-9565（2016）04-094-03

2016-11-26

陈坚刚（1982-），男，浙江宁波人，浙江工商职业技术学院继续教育学院网络工程师，主要从事自动控制方面研究；

陈晟（1995-），男，浙江温州人，浙江工商职业技术学院楼宇智能化工程技术专业学生，主要从事自动控制方面研究。