CN106488623A - 基于室外照度采样的室内照明控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于室外照度采样的室内照明控制系统和方法。所述室内照明控制系统包括：室外照度采样模块，用于对室外的日照信息进行采集；照度衰减运算模块，用于计算各个室内灯具所在照明空间的实际日照量，以计算灯具进行补光照明的补光量；补光运算模块，用于根据照度衰减模型所计算得到的各灯具所在照明空间的实际日照量，并根据所需要的室内目标照度对各灯具所需的补光量进行计算；调光量运算模块，用于根据补光运算模块计算所得的各灯具所在照明空间所需补光量，计算灯具进行补光照明所需要的输出调光量；调光驱动电路，用于根据调光量运算模块计算得到的各灯具进行补光运算所需要输出的调光量，分别对各灯具进行照明功率驱动输出。

Description

基于室外照度采样的室内照明控制系统和方法

技术领域

本发明涉及照明控制领域，尤其是一种基于室外照度采样的室内照明控制系统和方法。

背景技术

照明控制系统，就是根据使用需求，并且结合日照、时间、人体感应等因素，对灯具进行开关和调光控制的硬件和软件结构。

目前，能源问题是我国社会可持续发展面临的一大问题，当前全国各地无不面对电力紧张带来的各种问题，而室内照明在给我们每个人带来便利的同时，自身也消耗着大量的电能。室内照明的目的是满足人们的工作和生活需求，目前国内大多数楼宇还在使用传统的照明控制方式，在相当多的时候是在做无用功，不能满足现代室内照明控制的需要，表明室内照明存在巨大的节能空间。因此，为了实现照明节能，必须结合相关的环境以及人文因素对灯具进行调光控制，实现按需照明。

常规的自动调光照明控制结构框图如图1所示，主要由独立的室内采光点、补光运算模块、调光量运算模块、调光驱动电路和可调光灯具组成。补光运算模块根据室内采光点采集到的光照度，对比室内目标照度进行补光运算，得到需要的补光量，调光量运算模块根据输入的补光量计算得到对灯具进行调光控制所需要的调光量，该调光量输入到调光驱动电路进行照明驱动输出。

上述的常规自动调光照明控制结构为采用室内采光点的反馈控制结构，每个可调光灯具需要配备一个采光点，因此该采光点受日照、灯具自身以及临近的灯具影响，这样会造成照明控制出现不稳定的因素，出现灯具亮度闪烁等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种基于室外照度采样的室内照明控制系统。

本发明的另一目的是：采样该照明控制系统，对楼宇内所有的灯具进行集中控制，实现按需照明，避免不必要的电能浪费，从而实现照明节能。并且，无需给每个可调光灯具配备一个采光点，降低了系统的复杂度以及成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于室外照明采样的室内照明控制系统，包括：室外照度采样模块，用于对室外的日照信息进行采集；照度衰减运算模块，用于计算各个室内灯具所在照明空间的实际日照量，以计算灯具进行补光照明的补光量；补光运算模块，用于根据照度衰减模型所计算得到的各灯具所在照明空间的实际日照量，并根据所需要的室内目标照度，对各灯具所需的补光量进行计算；调光量运算模块，用于根据补光运算模块计算所得的各灯具所在照明空间所需补光量，计算灯具进行补光照明所需要的输出调光量；调光驱动电路，用于根据调光量运算模块计算得到的各灯具进行补光运算所需要输出的调光量，分别对各灯具进行照明功率驱动输出；所述室外照度采样模块和照度衰减运算模块连接，所述照度衰减运算模块计算各灯具所在照明空间日照量的输出与各补光运算模块的输入端连接，所述补光运算模块的另外一个输入端连接室内目标照度参数，所述调光量运算模块的输入端和补光运算模块的输出端连接，所述调光驱动电路的输入端和调光量运算模块的输出端连接，所述各可调光灯具的输入端和调光驱动电路的输出端连接。

进一步，所述室外照度采样模块包括光电传感器、运算放大器、模数转换电路、微处理器以及数据传输电路，其采用单点或多点的方式对室外的日照信息进行采集，所采集的日照信息包括光照强度以及日照方向。

进一步，所述日照衰减运算模块由微处理器及软件程序构成，进行室内各灯具所在照明空间实际日照强度所依据的环境参数为日照强度、日照方向、日照角度、遮光角度、窗口方向、窗口面积、窗口透光率、灯具-窗口距离和灯具窗口方向。

进一步，所述补光运算模块由微处理器及软件程序构成，其进行补光运算的依据参数为各灯具所在照明空间的实际日照强度以及室内的目标照度。

进一步，所述调光量运算模块由微处理器及软件程序构成，其进行调光量运算的依据参数为补光运算所得的各灯具所在照明空间所需的补光量，其输出调光量可为脉宽量或者数字量。

进一步，所述调光驱动电路由数模混合电路以及功率输出电路构成，其直接输出对灯具进行点亮的电压量或者电流量。

进一步，所述可调光灯具为LED灯具，所述LED灯具的亮度根据所输入的电压量或电流量的不同可输出不同的发光亮度。

一种基于室外照度采样的室内照明控制方法，其特征在于：包括：

S1、室外照度采样模块对室外的日照信息进行采集，输出具有日照强度以及日照方向的日照参数，供照度衰减运算模块使用；

S2、照度衰减运算模块接收室外照度采样模块发送的日照参数，对室内各灯具所在照明空间的实际日照量进行计算，把计算结果输出到补光运算模块；

S3、补光运算模块根据照度衰减模型所计算得到的各灯具所在照明空间的实际日照量以及所需要的室内目标照度，对各灯具所需的补光量进行计算，把计算结果输出到调光量运算模块；

S4、调光量运算模块，根据补光运算模块计算所得的各灯具所在照明空间所需补光量，对各灯具进行补光照明所需要的输出调光量进行计算，把计算结果输出到调光驱动电路；

S5、调光驱动电路根据调光量运算模块计算得到的各灯具进行补光运算所需要输出的调光量，分别对各灯具进行照明功率驱动输出。

本发明的方法的有益效果是：采用室外照度采样，通过照度衰减模型得到室内的实际日照量，通过补光算法、调光量运算以及调光驱动电路，实现高效、可靠的按需照明控制，避免不必要的电能浪费，从而实现节能环保的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为常规的自动调光照明控制结构框图；

图2为本发明基于室外照度采样的室内照明控制系统的结构图；

图3为本发明基于室外照度采样的室内照明控制系统各模块的输入输出端口说明图；

图4为本发明的照度衰减模型结构图；

图5为照度衰减模型中的遮光角度说明示意图；

图6为日照方向、窗口方向、灯具-窗口方向角度定义图；

图7为本发明基于室外照度采样的室内照明控制系统一种实施例说明图；

图8为本发明的基于室外照度采样的室内照明控制方法的整体流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图2，本发明的一种实施例所采用的系统结构，包括：

室外照度采样模块，用于对室外的日照信息进行采集；

照度衰减运算模块，用于计算各个室内灯具所在照明空间的实际日照量，以计算灯具进行补光照明的补光量；

补光运算模块，用于根据照度衰减模型所计算得到的各灯具所在照明空间的实际日照量，并根据所需要的室内目标照度，对各灯具所需的补光量进行计算；

调光量运算模块，用于根据补光运算模块计算所得的各灯具所在照明空间所需补光量，计算灯具进行补光照明所需要的输出调光量；

调光驱动电路，用于根据调光量运算模块计算得到的各灯具进行补光运算所需要输出的调光量，分别对各灯具进行照明功率驱动输出；

所述室外照度采样模块和照度衰减运算模块连接，所述照度衰减运算模块计算各灯具所在照明空间日照量的输出与各补光运算模块的输入端连接，所述补光运算模块的另外一个输入端连接室内目标照度参数，所述调光量运算模块的输入端和补光运算模块的输出端连接，所述调光驱动电路的输入端和调光量运算模块的输出端连接，所述各可调光灯具的输入端和调光驱动电路的输出端连接。

进一步，所述室外照度采样模块由光电传感器、运算放大器、模数转换电路、微处理器以及数据传输电路构成，可采用单点或多点的方式对室外的日照信息进行采集，所采集的日照信息包括光照强度以及日照方向。

进一步，所述日照衰减运算模块由微处理器及软件程序构成，进行室内各灯具所在照明空间实际日照强度所依据的环境参数有日照强度、日照方向、日照角度、遮光角度、窗口方向、窗口面积、窗口透光率、灯具-窗口距离和灯具窗口方向。

进一步，所述补光运算模块由微处理器及软件程序构成，其进行补光运算的依据参数为各灯具所在照明空间的实际日照强度以及室内的目标照度。

进一步，所述调光量运算模块由微处理器及软件程序构成，其进行调光量运算的依据参数为补光运算所得的各灯具所在照明空间所需的补光量，其输出调光量可为脉宽量或者数字量。

进一步，调光驱动电路由数模混合电路以及功率输出电路构成，直接输出对灯具进行点亮的电压量或者电流量。

进一步，可调光灯具为LED灯具或者其它可调亮度的灯具，灯具的亮度根据所输入的电压量或电流量的不同可输出不同的发光亮度。

一种基于室外照度采样的室内照明控制系统的实现方法，其特征在于：包括：

S1、室外照度采样模块对室外的日照信息进行采集，输出具有日照强度以及日照方向的日照参数，供照度衰减运算模块使用；

S2、照度衰减运算模块接收室外照度采样模块发送的日照参数，对室内各灯具所在照明空间的实际日照量进行计算，把计算结果输出到补光运算模块；

S3、补光运算模块根据照度衰减模型所计算得到的各灯具所在照明空间的实际日照量以及所需要的室内目标照度，对各灯具所需的补光量进行计算，把计算结果输出到调光量运算模块；

S4、调光量运算模块，根据补光运算模块计算所得的各灯具所在照明空间所需补光量，对各灯具进行补光照明所需要的输出调光量进行计算，把计算结果输出到调光驱动电路；

S5、调光驱动电路根据调光量运算模块计算得到的各灯具进行补光运算所需要输出的调光量，分别对各灯具进行照明功率驱动输出。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

参照图2、3、4和5，本发明的第一实施例：

如图2所示，本发明的基于室外照度采样的室内照明控制系统结构，包括室内照度采样模块1、照度衰减运算模块2、补光运算模块3、调光量运算模块4、调光驱动电路5、可调光灯具6和室内目标照度输入7。

如图4所示，为照度衰减模型结构图，在本发明的基于室外照度采样的室内照明控制系统中，用于根据室外的参考照度计算室内的实际照度u，计算时所用到的参数有日照方向α、日照角度β、遮光角度θ、窗口方向Φ、窗口面积S、窗口透光率k、灯具-窗口距离L和灯具窗口方向γ。

如图5所示，为本发明衰减模型中遮光角度说明图，遮光角度θ为窗口所对遮光建筑最高遮光点和窗口中心连线的水平夹角。

如图6所示，为本发明衰减模型中日照方向、窗口方向和灯具-窗口方向角度定义图，定义正东方向为0°，逆时针方向角度数值增加，正北向为90°，正西向为180°，正南向为270°。

如图7所示，为本发明基于室外照度采样的室内照明控制系统一种实施例说明图，由于本发明中，对每个灯具的控制流程相同，因此以对“灯具1”的调光控制进行本发明调光控制数据流及控制方法的说明。

假设室外照度采样模块所获取的室外照度为U、日照方向为α、日照角度为β；测量所得“灯具1”所在照明空间的采光窗口方向为Φ，窗口面积为S，窗口透光率为k，灯具-窗口距离L，灯具窗口方向γ；假设照度衰减模型的实际照度计算函数符号为f，则所计算得到的灯具1所在照明区域的实际日照量为：

假设补光计算函数符号为g，则计算得到的灯具1所在照明区域所需要的补光量为：

当室内额度实际照度大于等于目标照度时，所需要的补光量为0，否则所需要的补光量为G-u。

假设调光量计算函数符号为h，则计算得到的对灯具1进行调光控制的调光量为：

W＝h(D)……(3)

输出的调光量W为对可调光灯具进行调光控制的脉宽调制信号的占空比值，该值的范围为0到1。

假设调光驱动电路的调光量转换函数为符号为h，则计算得到的对灯具1进行调光控制的调光量为：

其中P_Max为可调光驱动电路对灯具输出的最大功率，根据所输入的调光量信号，灯具的照明功率为最大功率和调光量的乘积。

因此，可得，控制灯具输出的最终照明功率为：

以上的调光控制计算方法中，公式(1)、(2)和(3)采用软件算法实现计算函数，而公式(4)为硬件驱动电路的功率输出表示。因此，系统的实现为一个软件、硬件相结合的设计过程。

本发明的基于室外照度采样的室内照明控制系统，根据室外的日照情况以及室内的采光条件参数，采用软件的方法对室内的实际照度进行计算，并根据计算的实际照度实现按需照明控制。和传统的智能调光照明控制方法相比，本发明在集中控制实现的前提下，减少室内采光点的数量，并且可以使灯具的照明控制更加稳定，同时可以降低系统的硬件复杂度以及制造成本。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于室外照度采样的室内照明控制系统，其特征在于，包括：

室外照度采样模块，用于对室外的日照信息进行采集；

照度衰减运算模块，用于计算各个室内灯具所在照明空间的实际日照量，以计算灯具进行补光照明的补光量；

补光运算模块，用于根据照度衰减模型所计算得到的各灯具所在照明空间的实际日照量，并根据所需要的室内目标照度，对各灯具所需的补光量进行计算；

调光量运算模块，用于根据补光运算模块计算所得的各灯具所在照明空间所需补光量，计算灯具进行补光照明所需要的输出调光量；

调光驱动电路，用于根据调光量运算模块计算得到的各灯具进行补光运算所需要输出的调光量，分别对各灯具进行照明功率驱动输出；

所述室外照度采样模块和所述照度衰减运算模块连接，所述照度衰减运算模块计算各灯具所在照明空间日照量的输出与各补光运算模块的输入端连接，所述补光运算模块的另外一个输入端连接室内目标照度参数，所述调光量运算模块的输入端和补光运算模块的输出端连接，所述调光驱动电路的输入端和调光量运算模块的输出端连接，所述各可调光灯具的输入端和调光驱动电路的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的基于室外照度采样的室内照明控制系统，其特征在于：

所述室外照度采样模块包括光电传感器、运算放大器、模数转换电路、微处理器以及数据传输电路，其采用单点或多点的方式对室外的日照信息进行采集，所采集的日照信息包括光照强度以及日照方向。

3.根据权利要求1所述的基于室外照度采样的室内照明控制系统，其特征在于：

所述日照衰减运算模块由微处理器及软件程序构成，其进行室内各灯具所在照明空间实际日照强度所依据的环境参数为日照强度、日照方向、日照角度、遮光角度、窗口方向、窗口面积以及窗口透光率。

4.根据权利要求1所述的基于室外照度采样的室内照明控制系统，其特征在于：

所述补光运算模块由微处理器及软件程序构成，其进行补光运算的依据参数为各灯具所在照明空间的实际日照强度以及室内的目标照度。

5.根据权利要求1所述的基于室外照度采样的室内照明控制系统，其特征在于：

所述调光量运算模块由微处理器及软件程序构成，其进行调光量运算的依据参数为补光运算所得的各灯具所在照明空间所需的补光量，其输出调光量可为脉宽量或者数字量。

6.根据权利要求1所述的基于室外照度采样的室内照明控制系统，其特征在于：

所述调光驱动电路包括数模混合电路以及功率输出电路，其直接输出对灯具进行点亮的电压量或者电流量。

7.根据权利要求1所述的基于室外照度采样的室内照明控制系统，其特征在于：

所述可调光灯具为LED灯具，所述LED灯具的亮度根据所输入的电压量或电流量的不同可输出不同的发光亮度。

8.一种基于室外照度采样的室内照明控制方法，其特征在于，包括：

S1、室外照度采样模块对室外的日照信息进行采集，输出具有日照强度以及日照方向的日照参数，供照度衰减运算模块使用；

S2、照度衰减运算模块接收室外照度采样模块发送的日照参数，对室内各灯具所在照明空间的实际日照量进行计算，把计算结果输出到补光运算模块；

S3、补光运算模块根据照度衰减模型所计算得到的各灯具所在照明空间的实际日照量以及所需要的室内目标照度，对各灯具所需的补光量进行计算，把计算结果输出到调光量运算模块；

S4、调光量运算模块，根据补光运算模块计算所得的各灯具所在照明空间所需补光量，对各灯具进行补光照明所需要的输出调光量进行计算，把计算结果输出到调光驱动电路；

S5、调光驱动电路根据调光量运算模块计算得到的各灯具进行补光运算所需要输出的调光量，分别对各灯具进行照明功率驱动输出。