CN104981079A - 一种建筑照明节能控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑照明节能控制系统及控制方法，控制器通过照度检测电路实时检测室外照度，控制器将检测的照度与设定的阈值进行比较，当照度值大于设定阈值时，控制器选择白天模式，当照度值小于设定阈值时，控制器选择夜间模式，白天模式下控制器发出指令切断照明回路供电，夜间模式下，控制器实时监测动力配电箱用电电压、电流及功率并分析动力用电使用情况，并由此判断是否为有人加班的状态，如果有人加班则照明灯具由面板开关控制，否则由人体热释电检测电路控制。本发明能够识别办公空间是否有人加班，当检测到有人加班时，本发明自动执行加班人员的照明需求，营造了舒适的办公环境，提高了加班人员的效率，满足了使用者的照度需求。

Description

一种建筑照明节能控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种建筑照明节能控制系统及控制方法。

背景技术

建筑照明为人们提供了明亮的办公环境，提高了工作效率。当前，照明用电约占建筑能耗的20％。根据实际照明需求，合理控制公共区域的灯具亮灭，可以减少照明用电能耗。本发明的目的就是在营造最佳光环境的同时，减少不必要的照明用电浪费，节约能源。

公共建筑照明有以下特点：人员密集、流动性大，不同时间照明需求差异性较大。公共建筑内的走廊、电梯候梯厅、厕所等公共区域，经常出现深夜长明灯现象，日积月累，造成电能浪费，灯具使用寿命下降。仅靠值班人员巡视，由于加班人员、加班时间不固定，难以解决问题，且增加了值班人员负担。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种建筑照明节能控制系统及控制方法，本发明能够识别办公空间是否有人加班，当检测到有人加班时，本发明自动执行加班人员的照明需求，营造了舒适的办公环境，提高了加班人员的效率，满足了使用者的照度需求。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种建筑照明节能控制系统，包括控制器，所述控制器的输入端分别接至人体热释电检测电路、电流检测电路、电压检测电路及照度检测电路，控制器的输出端接至多个照明回路，控制器还通过面板开关接口及开关控制电路与多个开关相连，控制器通过参数设定接口进行设定参数的输入；

控制器通过照度检测电路实时检测室外照度，控制器根据照度值的大小选择相应的控制模式，控制模式包括白天模式及夜间模式，白天模式下控制器发出指令切断照明回路供电，夜间模式下，电流检测电路、电压检测电路实时监测动力配电箱用电并由此判断是否为有人加班的状态，如果有人加班则照明灯具由面板开关控制，否则由人体热释电检测电路控制。

所述照度检测电路分别安装在走廊、公共厕所、候梯厅及办公室内，电流检测电路、电压检测电路、开关控制电路及控制器安装在楼层动力配电箱内。

所述照度检测电路包括恒流源电路、桥式电阻网络电路、差分放大电路及同相放大电路，恒流源电路为桥式电阻网络电路提供精准恒定的电流源，桥式电阻网络电路由光敏电阻IC3以及电阻R7、R10、R11组成，桥式电阻网络电路用于提取光敏电阻的变化值，从而测量出照度变化值并传送至差分放大电路，差分放大电路用于放大电阻变化的差值信号，从而获取光敏电阻的变化阻值并传送至同相放大电路，同相放大电路用于将信号调理到微控制器端口可承受的电压水平并与控制器相连。

桥式电阻网络电路中，光敏电阻与电阻R10相串联后与相串联的电阻R11及可变电阻R7组成并联电路，该并联电路的一端与放大器U3A的输出端相连，另一端通过电阻R13接地，所述放大器U3A的正极输入端与相串联的电阻R9及二极管D1的之间的线路相连，所述放大器U3A的负极输入端通过电阻R13接地，光照度传感器与电阻R10之间的线路接至第一放大器的负极输入端，相串联的电阻R11及可变电阻R7之间的线路接至第一放大器的正极输入端，第一放大器的输出端通过电阻R12接至第二放大器的正极输入端，第二放大器的负极输入端通过电阻R17接地，第二放大器的输出端及第二放大器的负极输入端之间串联有可变电阻R4，第二放大器的输出端接至控制器。

所述人体热释电检测电路包括热释电探头IC2、热释电处理芯片IC1(具体型号为CS9803)以及电平转换电路，电平转换电路是由三极管T1、T2构成，所述热释电处理芯片IC1的通过电阻与三极管T1的基极相连，三极管T1的集电极分为两路，一路通过电阻与电源相连，另一路与三极管T2的基极相连，三极管T1的及三极管T2的发射极均与地相连，三极管T2的集电极分两路，一路通过电容与地相连，另一路与控制器相连。

人体感应检测电路用与检测人体是否进入被测区域。人体感应检测电路由热释电探头IC2、以及信号调理电路构成。信号调理电路包括处理芯片IC1、电阻、电容等。热释电探头IC2接收人体释放的红外线，IC1处理热释电探头IC2送来的信号，当有人进入IC2探测区域时，电平转换电路输出高电平(有人)，无人进入时，输出低电平(无人)。

所述电压检测电路用于检测办公室内交流电电压，电压检测电路包括依次连接的电压提取电路、电阻分压电路、差分放大电路以及低通滤波电路，电压提取电路由电压互感器构成，用于将被测交流电压成比例衰减到较小范围，电阻分压电路进一步降低被测信号幅值，差分放大用于将被测信号调理到微控制器端口可接受的范围并提取被测信号，低通滤波用于滤除被测电压的高频干扰成分并传送至控制器。

电压互感器为变压器T1，变压器T1的输入端与供电电源相连，变压器T1的输出端分别接至电阻R20及电阻R22，电阻R20及电阻R22的公共端分两路，一路接至电容C4，另一路通过电阻R24接至放大器U8A的正极输入端，放大器U8A的正极输入端还与相并联的电容C5及电阻R26相连，放大器U8A的负极输入端通过电阻R25与电阻R22及电容C4的公共端相连，放大器U8A的输出端与电阻R28相连，电阻R28的输出端分三路，一路连接至相并联的电容C8及电容C12，另一路连接至二极管D8，第三路连接至控制器。

所述电流检测电路包括电流提取电路、射极跟随电路、电平抬升电路、反向放大电路及端口保护电路，电流提取电路用于提取被测交流电流并传送至射极跟随电路，射极跟随电路用于提高后级电路对被测信号的提取能力并传送至电平抬升电路，电平抬升电路用于将被测信号抬升至DSP端口适应的范围并传送至反向放大电路，反向放大电路将信号调整为直流信号并传送至端口保护电路，端口保护电路与控制器相连。

霍尔电流互感器IC4的输出端接至运放电路的输入端，运放电路的输出端接至控制器。所述IC4的电源接口与供电电源之间的线路均通过电容接地。

运放电路包括三个运算放大器，三个运算放大器是一个整体，其作用为：霍尔电流互感器IC4检测到的毫伏级的电压，因为霍尔电流互感器IC4只能检测电流，该电流为毫安级的。通过一个电阻接地可将电流信号转换成电压信号，该电压信号为毫伏级，放大为伏级的电压，方便模数转换单元AD处理。

所述开关控制电路用于控制照明回路灯具的亮灭，开关控制电路包括固态继电器、指示灯及电阻，控制器输出低电平时，固态继电器导通，回路被接通。

所述开关控制电路包括固态继电器，固态继电器负极输入端与控制器的输出相连，固态继电器正极输入端连接至相串联的二极管R104及电阻R32，固态继电器还与照明回路相连。固态继电器型号为SAI4002。

一种建筑照明节能控制方法，包括以下步骤：

控制器通过照度检测电路实时检测室外照度，控制器将检测的照度与设定的阈值进行比较，当照度值大于设定阈值时，控制器选择白天模式，当照度值小于设定阈值时，控制器选择夜间模式，白天模式下控制器发出指令切断照明回路供电，夜间模式下，控制器通过电流检测电路、电压检测电路实时监测动力配电箱用电电压、电流及功率并分析动力用电使用情况，并由此判断是否为有人加班的状态，如果有人加班则照明灯具由面板开关控制，否则由人体热释电检测电路控制。

判断是否有人加班采用最近邻居算法，进行模式识别，最近邻居分类算法具体步骤为

首先统计一段时间内，有人加班时办公室用电功率值：P1、P2、P3、P4、、、Pn，无人加班时办公室内用电功率值:M1、M2、M3、、、Mn；然后采集当前办公室用电功率值P，计算当前办公室用电功率值P与P1、P2、P3、P4、、、Pn的距离L1：

再计算P与M1、M2、M3、、、Mn的距离L2：

最后比较L1与L2的大小，距离最小的，即为当前办公室模式。

本发明的有益效果：

1、本发明所提供的一种照度检测电路。该电路的作用是测量当前环境的照度值。恒流源电路为桥式电阻网络提供精准恒定的电流源。桥式电阻网络用于提取光敏电阻的变化值，从而测量出照度变化值。差分放大用于放大电阻变化的差值信号，从而获取光敏电阻的变化阻值。同相放大用于将信号调理到微控制器端口可承受的电压水平。

2、本发明设计了一种电压检测电路，用于检测办公室内交流电电压。电压提取电路由电压互感器构成，用于将被测交流电压成比例衰减到较小范围。电阻分压电路进一步降低被测信号幅值。差分放大用于将被测信号调理到微控制器端口可接受的范围。并提取被测信号。低通滤波用于滤除被测电压的高频干扰成分。

3、舒适：本发明设计了一种最近邻居算法，通过该算法可进行模式分类识别，判断某一办公室内是否有人加班。当检测到有人加班时，本发明自动执行加班人员的照明需求，营造了舒适的办公环境，提高了加班人员的效率，满足了使用者的照度需求。

4、节能：本发明在办公空间无人加班时，自动执行人体检测模式，即只有人员进入探测区时，才开启相应区域灯具，做到了节能与灵活的有效结合。

5、延长灯具使用寿命：本发明可有效减少“长明灯”现象，即无人加班时，灯具仍然通宵开启的现象。节能的同时，延长了灯具的使用寿命。

附图说明

图1a智能照明管理控制器总体结构图；

图1b本发明的总体运行流程图；

图2本发明的夜间模式流程图；

图3本发明的照度检测电路图；

图4本发明的人体感应检测电路图；

图5本发明的电压检测电路图；

图6本发明的电流检测电路图；

图7本发明的开关控制电路图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1a所示，一种建筑照明节能控制系统，包括控制器，所述控制器的输入端分别接至人体热释电检测电路、电流检测电路、电压检测电路及照度检测电路，控制器的输出端接至多个照明回路，控制器还通过面板开关接口及开关控制电路与多个开关相连，控制器通过参数设定接口进行设定参数的输入。

如图1b所示，控制器通过照度检测电路实时检测室外照度，控制器根据照度值的大小选择相应的控制模式，白天模式：光照检测电路检测走廊、公共厕所、候梯厅等公共区域的照度。当满足照度需求时，控制器发出指令，切断照明回路供电。

夜间模式：夜间情况下，办公建筑内可能有员工在加班，此时应保证人员正常照明需求。当无人加班时，应采取灵活措施，减少不必要的照明用电。电压检测电路、电流检测电路实时监测动力配电箱用电情况。通过计算分析，确定是否有人加班。

如图2所示，夜间模式下，电流检测电路、电压检测电路实时监测动力配电箱用电并由此判断是否为有人加班的状态，当判定为有人加班时，为满足加班人员心理和实际场所照明需求，控制器检测面板开关状态。当有人按下面板开关开启或关闭灯具时，控制器自动将相应回路灯具开启或关闭。采取此种措施，保障了值班人员的照明需求和心理需求。

当判定为无人加班时，楼梯、走廊、厕所采用人体感应检测方法。即当有人进入探测区时，相应场所的灯具才被开启。其他时段，自动关闭灯具。有效解决“长明灯”现象。

照度检测电路安装在走廊、公共厕所、候梯厅及办公室内，电流检测电路、电压检测电路、开关控制电路及控制器安装在楼层动力配电箱内。

如图3所示，所述照度检测电路包括恒流源电路、桥式电阻网络电路、差分放大电路及同相放大电路，恒流源电路为桥式电阻网络电路提供精准恒定的电流源，桥式电阻网络电路由光敏电阻IC3以及电阻R7、R10、R11组成，桥式电阻网络电路用于提取光敏电阻的变化值，从而测量出照度变化值并传送至差分放大电路，差分放大电路用于放大电阻变化的差值信号，从而获取光敏电阻的变化阻值并传送至同相放大电路，同相放大电路用于将信号调理到微控制器端口可承受的电压水平并与控制器相连。

桥式电阻网络电路中，光敏电阻与电阻R10相串联后与相串联的电阻R11及可变电阻R7组成并联电路，该并联电路的一端与放大器U3A的输出端相连，另一端通过电阻R13接地，所述放大器U3A的正极输入端与相串联的电阻R9及二极管D1的之间的线路相连，所述放大器U3A的负极输入端通过电阻R13接地，光照度传感器与电阻R10之间的线路接至第一放大器的负极输入端，相串联的电阻R11及可变电阻R7之间的线路接至第一放大器的正极输入端，第一放大器的输出端通过电阻R12接至第二放大器的正极输入端，第二放大器的负极输入端通过电阻R17接地，第二放大器的输出端及第二放大器的负极输入端之间串联有可变电阻R4，第二放大器的输出端接至控制器。

如图4所示，人体热释电检测电路包括热释电探头IC2、热释电处理芯片IC1(具体型号为CS9803)以及电平转换电路，电平转换电路是由三极管T1、T2构成，所述热释电处理芯片IC1的通过电阻与三极管T1的基极相连，三极管T1的集电极分为两路，一路通过电阻与电源相连，另一路与三极管T2的基极相连，三极管T1的及三极管T2的发射极均与地相连，三极管T2的集电极分两路，一路通过电容与地相连，另一路与控制器相连。

人体感应检测电路用与检测人体是否进入被测区域。人体感应检测电路由热释电探头IC2、以及信号调理电路构成。信号调理电路包括处理芯片IC1、电阻、电容等。热释电探头IC2接收人体释放的红外线，IC1处理热释电探头IC2送来的信号，当有人进入IC2探测区域时，电平转换电路输出高电平(有人)，无人进入时，输出低电平(无人)。

如图5所示，电压检测电路用于检测办公室内交流电电压，电压检测电路包括依次连接的电压提取电路、电阻分压电路、差分放大电路以及低通滤波电路，电压提取电路由电压互感器构成，用于将被测交流电压成比例衰减到较小范围，电阻分压电路进一步降低被测信号幅值，差分放大用于将被测信号调理到微控制器端口可接受的范围并提取被测信号，低通滤波用于滤除被测电压的高频干扰成分并传送至控制器。

电压互感器为变压器T1，变压器T1的输入端与供电电源相连，变压器T1的输出端分别接至电阻R20及电阻R22，电阻R20及电阻R22的公共端分两路，一路接至电容C4，另一路通过电阻R24接至放大器U8A的正极输入端，放大器U8A的正极输入端还与相并联的电容C5及电阻R26相连，放大器U8A的负极输入端通过电阻R25与电阻R22及电容C4的公共端相连，放大器U8A的输出端与电阻R28相连，电阻R28的输出端分三路，一路连接至相并联的电容C8及电容C12，另一路连接至二极管D8，第三路连接至控制器。

如图6所示，所述电流检测电路包括电流提取电路、射极跟随电路、电平抬升电路、反向放大电路及端口保护电路，电流提取电路用于提取被测交流电流并传送至射极跟随电路，射极跟随电路用于提高后级电路对被测信号的提取能力并传送至电平抬升电路，电平抬升电路用于将被测信号抬升至DSP端口适应的范围并传送至反向放大电路，反向放大电路将信号调整为直流信号并传送至端口保护电路，端口保护电路与控制器相连。

霍尔电流互感器IC4的输出端接至运放电路的输入端，运放电路的输出端接至控制器。所述IC4的电源接口与供电电源之间的线路均通过电容接地。

运放电路包括三个运算放大器，三个运算放大器是一个整体，其作用为：霍尔电流互感器IC4检测到的毫伏级的电压，因为霍尔电流互感器IC4只能检测电流，该电流为毫安级的。通过一个电阻接地可将电流信号转换成电压信号，该电压信号为毫伏级，放大为伏级的电压，方便模数转换单元AD处理。

如图7所示，开关控制电路用于控制照明回路灯具的亮灭，开关控制电路包括固态继电器、指示灯及电阻，控制器输出低电平时，固态继电器导通，回路被接通。

所述开关控制电路包括固态继电器，固态继电器负极输入端与控制器的输出相连，固态继电器正极输入端连接至相串联的二极管R104及电阻R32，固态继电器还与照明回路相连。固态继电器型号为SAI4002。

一种建筑照明节能控制方法，包括以下步骤：

控制器通过照度检测电路实时检测室外照度，控制器将检测的照度与设定的阈值进行比较，当照度值大于设定阈值时，控制器选择白天模式，当照度值小于设定阈值时，控制器选择夜间模式，白天模式下控制器发出指令切断照明回路供电，夜间模式下，控制器通过电流检测电路、电压检测电路实时监测动力配电箱用电电压、电流及功率并分析动力用电使用情况，并由此判断是否为有人加班的状态，如果有人加班则照明灯具由面板开关控制，否则由人体热释电检测电路控制。

判断是否有人加班采用最近邻居算法，进行模式识别，最近邻居分类算法具体步骤为

首先统计一段时间内，有人加班时办公室用电功率值：P1、P2、P3、P4、、、Pn，无人加班时办公室内用电功率值:M1、M2、M3、、、Mn；然后采集当前办公室用电功率值P，计算当前办公室用电功率值P与P1、P2、P3、P4、、、Pn的距离L1：

再计算P与M1、M2、M3、、、Mn的距离L2：

最后比较L1与L2的大小，距离最小的，即为当前办公室模式。

例如，不妨假设L1距离最小，则表明当前办公室内用电功率P与样本P1P2P3P4````Pn距离最近，当前办公室内有人加班的可能性最大。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种建筑照明节能控制系统，其特征是包括控制器，所述控制器的输入端分别接至人体热释电检测电路、电流检测电路、电压检测电路及照度检测电路，控制器的输出端接至多个照明回路，控制器还通过面板开关接口及开关控制电路与多个开关相连，控制器通过参数设定接口进行设定参数的输入；

控制器通过照度检测电路实时检测室外照度，控制器根据照度值的大小选择相应的控制模式，控制模式包括白天模式及夜间模式，白天模式下控制器发出指令切断照明回路供电，夜间模式下，电流检测电路、电压检测电路实时监测动力配电箱用电并由此判断是否为有人加班的状态，如果有人加班则照明灯具由面板开关控制，否则由人体热释电检测电路控制。

2.如权利要求1所述的一种建筑照明节能控制系统，其特征是，所述照度检测电路分别安装在走廊、公共厕所、候梯厅及办公室内，电流检测电路、电压检测电路、开关控制电路及控制器安装在楼层动力配电箱内。

3.如权利要求1或2所述的一种建筑照明节能控制系统，其特征是，所述照度检测电路包括恒流源电路、桥式电阻网络电路、差分放大电路及同相放大电路，恒流源电路为桥式电阻网络电路提供精准恒定的电流源，桥式电阻网络电路由光敏电阻IC3以及电阻R7、R10、R11组成，桥式电阻网络电路用于提取光敏电阻的变化值，从而测量出照度变化值并传送至差分放大电路，差分放大电路用于放大电阻变化的差值信号，从而获取光敏电阻的变化阻值并传送至同相放大电路，同相放大电路用于将信号调理到微控制器端口可承受的电压水平并与控制器相连。

4.如权利要求1所述的一种建筑照明节能控制系统，其特征是，所述人体热释电检测电路包括热释电探头IC2、热释电处理芯片IC1以及电平转换电路，电平转换电路是由三极管T1、T2构成，所述热释电处理芯片IC1的通过电阻与三极管T1的基极相连，三极管T1的集电极分为两路，一路通过电阻与电源相连，另一路与三极管T2的基极相连，三极管T1的及三极管T2的发射极均与地相连，三极管T2的集电极分两路，一路通过电容与地相连，另一路与控制器相连。

5.如权利要求1所述的一种建筑照明节能控制系统，其特征是，所述电压检测电路用于检测办公室内交流电电压，电压检测电路包括依次连接的电压提取电路、电阻分压电路、差分放大电路以及低通滤波电路，电压提取电路由电压互感器构成，用于将被测交流电压成比例衰减到较小范围，电阻分压电路进一步降低被测信号幅值，差分放大用于将被测信号调理到微控制器端口可接受的范围并提取被测信号，低通滤波用于滤除被测电压的高频干扰成分并传送至控制器。

6.如权利要求1所述的一种建筑照明节能控制系统，其特征是，所述电流检测电路包括电流提取电路、射极跟随电路、电平抬升电路、反向放大电路及端口保护电路，电流提取电路用于提取被测交流电流并传送至射极跟随电路，射极跟随电路用于提高后级电路对被测信号的提取能力并传送至电平抬升电路，电平抬升电路用于将被测信号抬升至DSP端口适应的范围并传送至反向放大电路，反向放大电路将信号调整为直流信号并传送至端口保护电路，端口保护电路与控制器相连。

7.如权利要求1所述的一种建筑照明节能控制系统，其特征是，所述开关控制电路用于控制照明回路灯具的亮灭，开关控制电路包括固态继电器、指示灯及电阻，控制器输出低电平时，固态继电器导通，回路被接通。

8.如权利要求7所述的一种建筑照明节能控制系统，其特征是，固态继电器负极输入端与控制器的输出相连，固态继电器正极输入端连接至相串联的二极管R104及电阻R32，固态继电器还与照明回路相连，固态继电器型号为SAI4002。

9.应用如权利要求1所述的一种建筑照明节能控制系统的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

控制器通过照度检测电路实时检测室外照度，控制器将检测的照度与设定的阈值进行比较，当照度值大于设定阈值时，控制器选择白天模式，当照度值小于设定阈值时，控制器选择夜间模式，白天模式下控制器发出指令切断照明回路供电，夜间模式下，控制器通过电流检测电路、电压检测电路实时监测动力配电箱用电电压、电流及功率并分析动力用电使用情况，并由此判断是否为有人加班的状态，如果有人加班则照明灯具由面板开关控制，否则由人体热释电检测电路控制。

10.如权利要求9所述的一种建筑照明节能控制系统的控制方法，其特征是，判断是否有

人加班采用最近邻居算法，进行模式识别，最近邻居分类算法具体步骤为：

首先统计一段时间内，有人加班时办公室用电功率值：P1、P2、P3、P4、、、Pn，无人加班时办公室内用电功率值:M1、M2、M3、、、Mn；然后采集当前办公室用电功率值P，计算当前办公室用电功率值P与P1、P2、P3、P4、、、Pn的距离L1：

$L1=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\sqrt{{(P-P_i)}^2};$

再计算P与M1、M2、M3、、、Mn的距离L2：

$L2=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\sqrt{{(P-M_i)}^2}$

最后比较L1与L2的大小，距离最小的，即为当前办公室模式。