基于云平台的智能照明系统设计与研发

来源 :北京建筑大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:A403537889
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目前我国照明能耗大约占到社会总发电量的15%左右,而现阶段大部分建筑对室内照明是通过人工开/关灯进行控制,有少量建筑虽然实现了按照预先设置的时间进行自动控制,但是无法根据自然光的动态变化对灯具照度进行优化反馈调节,存在长明灯现象,造成能源的大量浪费,因此迫切需要研究并开发基于自然采光的智能调光控制系统。另一方面,随着建筑规模的扩大,照明设备在地理位置上的分散性为管理和控制带来了困难,通过云平台对建筑照明控制系统进行远程监控已成为照明技术的发展方向。因为照明设备型号众多,对照明协议支持不尽相同,非常有必要对云平台和照明控制系统之间的通信数据格格式进行约定,以提高管理和控制效率。针对现有照明控制系统能源消耗大的问题,本论文进行了智能照明控制算法研究。由于现代LED灯具控制和信息传输的延迟相对人眼反应已经可以忽略不计,本论文采用线性规划方法进行室内照明优化控制求解。论文首先研究了灯具群控智能直接调光算法,将房间尺寸、灯具、工位等位置信息转化为照明平面上的二维坐标数据,根据点光源在某个工位的照度贡献值和照度叠加定律,将室内照明能耗最省和满足每个工位的照度需求设为优化控制目标,采用线性规划最优化算法计算得出每个灯具的调光系数。在此基础上,论文研究了结合自然光照的室内照明控制策略,建立了室内太阳直射光模型和室内太阳散射光模型,当自然光无法提供满足照度要求时,利用线性规划算法求解出使能耗最低的灯具亮度组合方案,实现了满足室内光照需求的前提下,最大程度利用自然光的控制目标。为了提高照明控制系统管理和控制质量,降低管理成本,本论文提出了一种基于云平台的智能照明通信传输数据格式,对云平台和底层照明设备之间的信息传输方式进行了约定,以实现照明精细化管理和控制的目标。通信数据主要由设备寻址、控制域、时间域等部分组成。其中设备寻址用于传递设备地址信息,并把设备的物理地址与逻辑地址相对应,以方便设备的使用和维护,同时也方便照明控制系统与建筑BIM设计进行融合;控制域起到云平台指令上传下达的作用,控制域内包含编辑设备地址属性、确认/否认命令、灯光控制、场景控制等15项基本功能;为了实现照明能耗监测,控制域中专门设置了设备实时运行和历史运行数据区;时间域用于记录报文发出的时间,起到对系统精确控制的作用。本论文所提出的照明控制系统通信传输数据格式易于实现云平台与照明控制系统之间的数据交换,方便实现对于系统内的所有设备进行统一管理。在上述研究基础上,本论文针对北京市某办公建筑,设计开发了基于云平台的智能照明控制系统,该系统由智能照明云平台系统、智能照明控制器和底层照明控制器、各类传感器和灯具设备等组成,实现了云平台与照明控制系统,以及各照明设备之间的信息共享,同时实现了结合自然光照的室内照明控制策略,以及能耗计量、场景控制等功能。仿真和实验结果表明,与传统照明控制方法相比,本论文所提出的智能照明控制方法能够在满足最小照度要求的情况下,节能效率至少在30%以上,且在结合自然光照度后,结合效率在60%以上,且算法计算量小,易于工程实现。与此同时,系统能够通过本论文所提出的智能照明数据通信传输数据格式,利用云平台实现对照明控制系统的统一管理,并实现所提出的智能照明控制策略。
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