CN105953189B - 一种基于can总线的室内照明智能感知控制方法 - Google Patents

一种基于can总线的室内照明智能感知控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法，该控制方法的步骤为：室内照明区域网格划分；在每个网格内照明灯旁安装人员分布探测器；在每个采光窗口前一定高度安装窗口采光探测器；构建基于CAN总线的中央控制系统；设计中控计算机决策控制方法；设计人员分布探测器智能感知方法；步骤七、功能调试。本方法实现了室内照明的智能感知控制，考虑到了影响室内照明节能的各种因素，具有信息化、智能化程度高，反应灵敏，节能效果好，应用广泛等优点，可有效避免室内照明电能的浪费。

Description

一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法
技术领域
本发明涉及室内照明智能控制技术领域，尤其涉及一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法。
背景技术
室内照明灯光的开关控制技术一直停留在电灯发明初期，止步不前，仍普遍采用人工手动开关控制方式，现代信息技术在这个领域的应用显得跟不上时代的发展。
随着现代服务业的蓬勃发展，城市写字楼、办公楼的数量与日俱增，与此同时室内照明用电的能耗也居高不下，给国家能源供给、环境保护带来了沉重的压力，能耗中有一部分属于正常消耗，比如室内夜间有人区域照明、阴天及晴天背阴面低亮度照明，还有相当一部分属于能源浪费，比如夜间无人区域不关照明灯，晴天朝阳面不关照明灯，阴天及背阴面照明亮度足够时仍开照明灯等浪费现象带来的能耗。由于照明灯光需要人工开关，很多人没有养成随手关灯的良好习惯，很多单位也认为这是一件小事而疏于管理，因此这部分浪费是由人员节能素养不足及单位节能管理不善造成的。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法，用以解决现有室内照明浪费能源的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法，该控制方法的步骤为：
步骤一、室内照明区域网格划分；
步骤二、在每个网格内照明灯旁安装人员分布探测器；
步骤三、在每个采光窗口前安装窗口采光探测器；
步骤四、构建基于CAN总线的中央控制系统；
步骤五、设计中控计算机决策控制方法；
步骤六、设计人员分布探测器智能感知方法；
步骤七、功能调试。
每个室内照明区域的网格包含一盏室内照明灯，并且照明灯位于对应网格的中心。
人员分布探测器包括：带CAN接口的微控制器(MCU)、红外辐射探测单元、照明灯开关控制电路、电源。
窗口采光探测器包括：带CAN接口的微控制器(MCU)、太阳光探测单元、电源。
窗口采光探测器的位置为：距窗口50cm、距窗口上沿50cm处居中；窗口采光探测器通过连接在天花板上的固定杆安装固定在窗户前，遮阳帘位于窗口采光探测器与窗户之间。
中央控制系统包括：中控计算机、CAN总线网络、决策控制软件、120欧姆电阻。
人员分布探测器和窗口采光探测器作为分布式结点单元通过CAN总线接入中央控制系统。
中控计算机决策控制方法为：
每日7：00至19：00之间开启日间模式：唤醒窗口采光探测器，依据太阳光照射强度分类授权方案对采光探测器探测到的太阳光强度进行判断，并对不同照明区域网格内的照明灯能否点亮进行授权；获得授权的照明灯对应的照明区域网格内的人员分布探测器探测到该照明区域网格内有人员分布时，该获得授权的照明灯点亮；未获得授权的照明灯，无论其对应的照明区域网格内的人员分布探测器是否探测到该照明区域网格内有人员分布，都无法点亮；
每天19：00至次日7：00之间开启夜间模式：休眠窗口采光探测器，使其停止工作，所有照明灯均获得授权，某一照明区域网格内的人员分布探测器探测到该照明区域网格内有人员分布时，该照明区域网格对应的照明灯点亮。
太阳光照射强度分类授权方案为：
当室内照明区域网格按其到窗户所在墙壁距离由远及近分为n列时，将太阳光强度由弱到强分为n+1档；
如果太阳光强度为第i档，那么：当i＝1时，所有列照明区域网格对应的照明灯均可获得授权、能够点亮；当1<i<n+2时，第n-(i-2)列到第n列照明区域网格对应的照明灯无法获得授权、不能点亮，其余列照明区域网格对应的照明灯获得授权、能够点亮。
人员分布探测器智能感知方法为：
当某一照明区域网格内的人员分布探测器的带CAN接口的微控制器(MCU)接收到中控计算机发来的授权信号后，控制红外辐射探测单元对该照明区域网格内进行探测；若探测到该照明区域网格内有人员分布，照明控制开关电路点亮照明灯；照明灯点亮后，该照明区域网格对应的红外辐射探测单元在探测到该照明区域网格内连续30分钟无人员分布后，照明控制开关电路关闭照明灯；照明灯点亮后，该照明区域网格内人员分布探测器的带CAN接口的微控制器(MCU)接收到中控计算机发来的未授权信号后，立即通过照明控制开关电路关闭照明灯。
本发明有益效果如下：
本发明针对这室内照明的电能浪费，采用现代信息技术，对室内人员分布状况、窗口采光亮度进行智能感知、分析处理，控制室内各位置照明灯适时开关，实现室内照明亮度的合理调控及电能的节约利用，通过技术手段弥补人员节能素养不足及单位节能管理不善造成的电能浪费，为降低企业经营成本，建设资源节约型、环境友好型社会贡献科技力量。
本方法实现了室内照明的智能感知控制，考虑到了影响室内照明节能的各种因素，具有信息化、智能化程度高，反应灵敏，节能效果好，应用广泛等优点，可有效避免室内照明电能的浪费。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法的室内照明区域网格化划分示意图。
图2为一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法的室内照明区域网格划分后单个照明区域网格的示意图。
图3为一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法的窗口采光探测器安装示意图。
图4为一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法的人员分布探测器原理示意图。
图5为一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法的窗口采光探测器原理示意图。
图6为一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法的CAN总线网络结构示意图。
图7为一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法的中控计算机决策控制方法流程图。
图8为一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法的人员分布探测器智能感知算法流程图。
图中：1.照明灯，2.人员分布探测器，3.窗口采光探测器，4.遮阳帘，5.固定杆，6.中控计算机，7.门，8.窗户，201、301、601均为CAN接口，202、302均为微控制器(MCU)，203、303均为电源，204.照明开关控制电路，205红外辐射探测单元，304.太阳光探测单元，9、10均为120欧姆电阻。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
利用本发明对某一房间进行室内照明控制，该房间一侧设有三个窗户8，另一侧设有两个门7，室内共有12盏照明灯1，沿窗户所在墙壁方向共有4列，每列3盏照明灯1。
一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法，该控制方法的步骤为：
步骤一、室内照明区域网格划分。每个室内照明区域的网格包含一盏室内照明灯1，并且照明灯位于对应网格的中心。由该盏照明灯1负责本网格内的照明。如图1所示，本实施例中，将房间按照照明灯1进行照明区域网格划分为4×3、共12个照明区域网格，所示房间设有两个门7和三个窗户8。
步骤二、如图2所示，在每个网格内照明灯旁安装人员分布探测器2。如图4所示，人员分布探测器2包括：带CAN接口201的微控制器(MCU)202、红外辐射探测单元205、照明灯开关控制电路204、电源203。当网格内红外辐射出现变化时，红外辐射探测单元205向微控制器202发送相应信号，微控制器202检测到信号，将相应信息发送到中控计算机6，供中控计算机6进行控制决策。同时微控制器202依据中控计算机6的决策通过照明灯开关控制电路204对网格内照明灯1进行开关控制。
步骤三、如图3所示在每个窗户8前安装窗口采光探测器3；窗口采光探测器3的位置为：距窗口50cm、距窗口上沿50cm处居中；窗口采光探测器3通过连接在天花板上的固定杆5安装固定在窗户8前，遮阳帘4位于窗口采光探测器3与窗户8之间。如图5所示，窗口采光探测器3包括：带CAN接口301的微控制器(MCU)302、太阳光探测单元304、电源303；当射入室内的太阳光强度在一天内发生变化时，太阳光探测单元304进行实时监测，并将监测信号实时发送给微控制器302，微控制器302将窗口采光强度信息发送到中控计算机6，供中控计算机6进行控制决策。窗口采光探测器3采用夜间休眠，日间唤醒工作模式。
步骤四、如图6所示，构建基于CAN总线的中央控制系统；中央控制系统包括：中控计算机6、CAN总线网络、决策控制软件、120欧姆电阻；人员分布探测器2和窗口采光探测器3作为分布式结点单元通过CAN总线接入中央控制系统；120欧姆电阻共有两个：120欧姆电阻9和120欧姆电阻10。
步骤五、如图7所示，设计中控计算机决策控制方法；中控计算机决策控制方法为：
每日7：00至19：00之间开启日间模式：唤醒窗口采光探测器3，依据太阳光照射强度分类授权方案对采光探测器3探测到的太阳光强度进行判断，并对不同照明区域网格内的照明灯1能否点亮进行授权；获得授权的照明灯1对应的照明区域网格内的人员分布探测器2探测到该照明区域网格内有人员分布时，该获得授权的照明灯1点亮；未获得授权的照明灯1，无论其对应的照明区域网格内的人员分布探测器2是否探测到该照明区域网格内有人员分布，都无法点亮；
每天19：00至次日7：00之间开启夜间模式：休眠窗口采光探测器3，使其停止工作，所有照明灯1均获得授权，某一照明区域网格内的人员分布探测器2探测到该照明区域网格内有人员分布时，该照明区域网格对应的照明灯1点亮。
表1太阳光照射强度分类授权方案
太阳光照射强度分类授权方案为：
当室内照明区域网格按其到窗户8所在墙壁距离由远及近分为n列时，将太阳光强度由弱到强分为n+1档；
如果太阳光强度为第i档，那么：当i＝1时，所有列照明区域网格对应的照明灯1均可获得授权、能够点亮；当1<i<n+2时，第n-(i-2)列到第n列照明区域网格对应的照明灯1无法获得授权、不能点亮，其余列照明区域网格对应的照明灯1获得授权、能够点亮。
本实施例中n＝3，因此设计太阳光照射强度分类授权方案，如表1所示。
步骤六、如图8所示，设计人员分布探测器智能感知方法；人员分布探测器智能感知方法为：
当某一照明区域网格内的人员分布探测器2的带CAN接口201的微控制器(MCU)202接收到中控计算机6发来的授权信号后，控制红外辐射探测单元205对该照明区域网格内进行探测；若探测到该照明区域网格内有人员分布，照明控制开关电路204点亮照明灯1；照明灯1点亮后，该照明区域网格对应的红外辐射探测单元205在探测到该照明区域网格内连续30分钟无人员分布后，照明控制开关电路204关闭照明灯1；照明灯1点亮后，该照明区域网格内人员分布探测器2的带CAN接口201的微控制器(MCU)202接收到中控计算机6发来的未授权信号后，立即通过照明控制开关电路204关闭照明灯1。
步骤七、功能调试。
依据室内照明亮度的实际照度大小，调整中控计算机决策控制算法中的授权阈值，使每个照明区域网格内的照明灯1获得与实际需要相符的授权，依据每个照明区域网格的实际面积，调整其对应的人员分布探测器2的覆盖范围、探测灵敏度，使该人员分布探测器2对进入该网格的人员探测无死角，对进入相邻照明区域网格内的人员探测不越界。
综上所述，本发明实施例提供了一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法，本方法实现了室内照明的智能感知控制，考虑到了影响室内照明节能的各种因素，具有信息化、智能化程度高，反应灵敏，节能效果好，应用广泛等优点，可有效避免室内照明电能的浪费。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于CAN总线的室内照明智能感知控制方法，其特征在于，该控制方法的步骤为：
步骤一、室内照明区域网格划分；
步骤二、在每个网格内照明灯旁安装人员分布探测器；
步骤三、在每个采光窗口前安装窗口采光探测器；
步骤四、构建基于CAN总线的中央控制系统；
步骤五、设计中控计算机决策控制方法；
步骤六、设计人员分布探测器智能感知方法；
步骤七、功能调试；
所述中控计算机决策控制方法为：
每日7：00至19：00之间开启日间模式：唤醒所述窗口采光探测器，依据太阳光照射强度分类授权方案对所述采光探测器探测到的太阳光强度进行判断，并对不同照明区域网格内的照明灯能否点亮进行授权；获得授权的照明灯对应的照明区域网格内的人员分布探测器探测到该照明区域网格内有人员分布时，该获得授权的照明灯点亮；未获得授权的照明灯，无论其对应的照明区域网格内的人员分布探测器是否探测到该照明区域网格内有人员分布，都无法点亮；
每天19：00至次日7：00之间开启夜间模式：休眠窗口采光探测器，使其停止工作，所有照明灯均获得授权，某一照明区域网格内的人员分布探测器探测到该照明区域网格内有人员分布时，该照明区域网格对应的照明灯点亮。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，每个所述室内照明区域的网格包含一盏室内照明灯，并且照明灯位于对应网格的中心。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述人员分布探测器包括：带CAN接口的微控制器、红外辐射探测单元、照明灯开关控制电路、电源。
4.根据权利要求1-3任一所述的控制方法，其特征在于，所述窗口采光探测器包括：带CAN接口的微控制器、太阳光探测单元、电源。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述窗口采光探测器的位置为：距窗口50cm、距窗口上沿50cm处居中；所述窗口采光探测器通过连接在天花板上的固定杆安装固定在窗户前，遮阳帘位于窗口采光探测器与窗户之间。
6.根据权利要求1或5所述的控制方法，其特征在于，所述中央控制系统包括：中控计算机、CAN总线网络、决策控制软件、120欧姆电阻。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述人员分布探测器和窗口采光探测器作为分布式结点单元通过CAN总线接入所述中央控制系统。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述太阳光照射强度分类授权方案为：
当室内照明区域网格按其到窗户所在墙壁距离由远及近分为n列时，将太阳光强度由弱到强分为n+1档；
如果太阳光强度为第i档，那么：当i＝1时，所有列照明区域网格对应的照明灯均可获得授权、能够点亮；当1<i<n+2时，第n-(i-2)列到第n列照明区域网格对应的照明灯无法获得授权、不能点亮，其余列照明区域网格对应的照明灯获得授权、能够点亮。
9.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述人员分布探测器智能感知方法为：
当某一照明区域网格内的人员分布探测器的带CAN接口的微控制器接收到中控计算机发来的授权信号后，控制红外辐射探测单元对该照明区域网格内进行探测；若探测到该照明区域网格内有人员分布，照明灯开关控制电路点亮照明灯；照明灯点亮后，该照明区域网格对应的红外辐射探测单元在探测到该照明区域网格内连续30分钟无人员分布后，照明灯开关控制电路关闭照明灯；照明灯点亮后，该照明区域网格内人员分布探测器的带CAN接口的微控制器接收到中控计算机发来的未授权信号后，立即通过照明灯开关控制电路关闭照明灯。
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