智能建筑自动控制系统关键技术分析 本文关键词：关键技术，智能建筑，自动控制系统，分析
智能建筑自动控制系统关键技术分析 本文简介：在智能建筑中，照明系统是不可或缺的重要组成部分之一，为降低照明系统的总体能耗，需要对其进行自动控制。自动控制系统的应用，除了能够使建筑照明的能耗降低，还能使所有灯具的使用寿命随之延长。鉴于此，文章就智能建筑照明自动控制系统及关键技术展开分析探讨。1照明自动控制的重要意义1.1节能降耗照明系统实现自动
智能建筑自动控制系统关键技术分析 本文内容：
在智能建筑中，照明系统是不可或缺的重要组成部分之一，为降低照明系统的总体能耗，需要对其进行自动控制。自动控制系统的应用，除了能够使建筑照明的能耗降低，还能使所有灯具的使用寿命随之延长。鉴于此，文章就智能建筑照明自动控制系统及关键技术展开分析探讨。
1照明自动控制的重要意义
1.1节能降耗
照明系统实现自动控制后，可以通过相应的控制元件，按照具体光照度的要求，对照明系统进行控制，从而达到节能的目的，使建筑照明系统的总体能耗大幅度降低，节能效果约为30%。
1.2照明灯具的寿命延长
照明系统中的灯具都有一定的使用寿命，主要与灯具本身的质量和使用时长有关，在质量相同的前提下，使用时间越长，寿命缩短得就越快。通过照明自动控制，能够使灯具使用时长得到有效控制，即在需要的时间段开启，不需要的时间段关闭，这样可使灯具的使用寿命大幅度延长，不但能够减少能耗，而且能节省更换灯具的成本。
1.3光照强度一致
光照强度简称照度，是单位面积内所接受可见光的光通量。我国现行的《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）中对建筑的照度标准值给出明确规定，通过照明自动控制，系统能够按照预设的亮度，使照明区域保持恒定的光照强度，且不会受到灯具本身效率降低和光线反射衰减的影响。由于整个光照区域的照度能够始终保持一致，因此照明系统的能耗会随之下降。
1.4便于管理
在智能建筑中，照明自动控制系统由诸多功能模块组成，由此可实现对照明灯具的自动控制，相关的照明参数是以数字化的形式存储在只读存储器当中，从而使参数的设置与更新更加方便。
2智能建筑照明自动控制系统及关键技术
2.1系统架构
智能建筑中，照明自动控制系统最为主要的作用是降低建筑照明的总体能耗，为实现这一目标，采用当前较为流行的模块化设计思路，对照明自动控制系统进行设计。智能建筑中的照明自动控制系统的总体架构如图1所示。从图1中可以清楚地看到，本次设计开发的照明灯具自动控制系统采用当前流行的ZigBee技术，其是一种用于短距离和低速率下的无线通信技术，整个控制系统由四个部分组合而成，分别是具有远程控制功能的上位PC机、调光控制电路、无线通信网络及节点模块。系统的基本控制原理如下：信息采集电路会将现场实时采集的相关信息传给单片机，由单片机负责对这些信息进行分析处理，经ZigBee收发节点模块，所有处理好的信息会被转化为无线电信号，利用无线通信网络发送给收发协调器，最终传给上位PC机。这样PC机便会获得现场环境信息，PC机会按照现场环境对照明灯具的实际需求情况，下发相关的控制指令，并由执行电路作出响应，完成对现场节能灯具的自动控制。
2.2系统硬件与软件设计
（1）硬件设计。在本系统的设计开发过程中，选用AT89S52系列单片机实现控制电路，之所以选择该单片机是因为它与C51系列的单片机之间具有良好的兼容性。光照传感器会对建筑室内的光照度进行实时检测，并将检测结果转换为可供单片机接收的数字量，当单片机接收到光照度值后，会形成一个与其对应的脉冲宽度调制信号，通过对占空比的调整，对光源的亮度进行控制。同时脉冲宽度调制信号能够对开关管进行控制，对光源开关的时间比例进行改变，因开关所需的时间非常短，所以处于室内的人员基本上不会感到灯具的开关。①光照传感器。该传感器的主要作用是将光照强度值转化为电压值，光敏元件是其核心部分，对光源具有非常高的灵敏度，这里所指的光源为可见光。光照传感器最为突出的特点是基本不受室内环境的影响，用户可以按照测量场所的具体情况，对该传感器的相关参数进行设置，如量程、输出方式等。在本次设计中，光照采集模块选用的是BH1750FVI芯片，通信方式为集成电路总线，该总线由两部分构成，即数据线SDA和控制线SCL，其中数据线为双向传输，通信方式为串行。在本系统中，所有的设备均与集成电路总线相连接，每个设备均会分配到一个相应的地址。②红外传感器。该传感器可以感应到目标辐射的红外线，根据红外线的物理性质实现测量。人的正常体温约为37℃，所能施放出的红外辐射波长为9.0～10µm。由于建筑室内其他物体的实际温度均不会超过人的体温，因此会产生出波长差，进而形成对比。环境温度会不断发生变化，这样一来容易使红外传感器出现人体红外波长误判的情况，从而影响采集数据的准确性。为降低误判率，本系统设计中，在红外传感器采集模块上加装螺纹透镜，其主要作用是对人体的红外波长进行聚焦。当红外传感器检测到建筑室内环境中有人体移动时，单片机会控制继电器电路开启光源，当红外传感器无法检测到移动的人体时，将会输出一个开关量0，此时单片机会控制继电器电路关闭光源。③继电器电路。在自动控制电路中，继电器是非常重要的电控元件，当为输入量设定好一个固定值之后，如果输入量达到该值，那么输出电路中的被控量将会出现阶跃变化。继电器是一个能够反映诸多输入变量的机构，其不但能够对电路的通断进行控制，而且还能对输入/输出量进行处理。在照明自动控制系统设计开发中，继电器模块可依据相应的采集数据，对光源的启闭进行控制。（2）系统软件设计。在本系统的设计中，单个照明灯具的控制器设计是重点环节，即在节能灯具上加装一个具有多种功能的控制器，据此对灯具进行单独控制，采用ZigBee技术实现控制。①节点设计。本系统中，路由与终端两大节点在逻辑上的区分均由系统软件来完成，其中路由节点能够选择与之相对应的网络路径，并对末端节点进行协调。本系统中的控制器可为任意节点，当控制器接收到相关的信息后，需要先对数据进行分析判断，看是否为发送到自身节点的数据，如果是的话，会对通信协议进行解析；不是的话，则会通过路由进行转发。当单个灯具控制器检测到数据后，并确定为自身应接受的数据时，控制器会对数据格式进行分析，当确认格式正确后，会对数据中的内容进行解析，即解析命令段，通过内容判断，完成具体操作。当一个任务执行完毕后，返回至监听过程，等待下一条命令，据此实现循环。本系统中，单灯控制任务在LPC17系列微控制器的软件中予以实现。②继电器控制程序。为避免控制过程中出现灯具掉电的情况，在继电器控制程序设计中，采用反馈延时机制，由输入信号DI作为抽头开关的状态反馈，当对抽头开关进行开闭控制时，需要检测DI的反馈状态，据此对继电器控制的输出信号进行调整。③集中控制器程序。在本系统中，集中控制器不仅可以对智能建筑中的单灯进行控制，而且还可以接收主机信息，通过分析处理后，经ZigBee网络把信息传给单段控制器，对某个区域内的灯具进行自动控制。
2.3系统关键技术
在本系统的设计开发过程中，ZigBee是关键技术，它是基于IEEE802.15.4的无线网络技术，能够在无线传感器上进行应用。将该技术作为整个照明自动控制系统的核心技术，与其本身所具备的诸多特点有着密不可分的关联。（1）功耗低。ZigBee无线通信的耗电量比较低，这是由于在正常工作状态下，ZigBee的数据传输速度慢，可进行传输的数据量相对较小，从而使得数据的收发时间随之缩短。当ZigBee处于休息的状态时，各个节点对设备搜索的用时较短，因此ZigBee的功耗较低。（2）传输速率低。虽然ZigBee的传输速率会随着工频变化而变化，但无论如何变化，速率仍然较低，应按照不同的应用场所，对传输速率进行选择，比如，工作频段为2.4GHz、16信道时，数据传输速率为250kbps。（3）时延短且组网灵活。ZigBee从休眠到激活所需的时间较短，约为15ms，由此使得该技术具有了时延短的特点，对于延时性要求高的场合尤为适用。同时，ZigBee的组网方式相对较多，常见的有树状、网状、星型等，设计人员可按照具体情况，对组网方式进行选择。（4）成本低。近年来，随着ZigBee技术的应用范围不断拓宽，与之相关的微控制芯片逐步完善，并且价格也呈现出下降的趋势。目前市面中常见的ZigBee微控制芯片的价格一般在15～20元。不仅如此，ZigBee协议是免费的，应用中无需支付相关费用，成本较低。
3结束语
综上所述，智能建筑中，照明灯具的能耗较大，为有效解决这一问题，文章基于ZigBee技术，设计开发一款照明自动控制系统，通过该系统的应用，能够使建筑照明能耗大幅度降低。
参考文献：
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作者：陈安安 单位：中国市政工程中南设计研究总院有限公司
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