采用MicroBlaze的辦公室照明節能系統設計

　　摘要：本文采用MicroBlaze嵌入式處理器為控制器設計了一種辦公室照明節能系統。該設計根據辦公室自然采光情況對人工照明進(jìn)行分組，采用光敏傳感器進(jìn)行測光，雙反射式紅外傳感器檢測室內人數，實(shí)現對辦公室照明的智能控制。經(jīng)實(shí)驗驗證，達到設計要求。

　　引言

　　據統計，在普通民用建筑用電消耗中，照明用電量占到總用電量的15%~25%。采取合理的措施，節約照明用電對減少總的用電消耗意義重大。就辦公室照明節能而言，首先應從設計著(zhù)手，如充分利用自然光，選擇節能燈具，合理設計燈具布局等;另一方面，可以從日常使用出發(fā)，盡量避免電能浪費。辦公室照明用電浪費主要有兩個(gè)方面：1)自然光照充足情況下，仍然使用人工照明;2)辦公室無(wú)人情況下，未及時(shí)關(guān)閉照明系統。采用智能照明控制系統是解決這兩個(gè)問(wèn)題的有效措施，并已有很多文獻對此進(jìn)行討論。在各種方案中，通常用光敏傳感器對自然光進(jìn)行測量，決定何時(shí)關(guān)斷照明系統，但對光敏傳感器布局和照明燈具分組的選擇卻不盡合理。對辦公室人員數量的判斷，通常采用熱釋電傳感器實(shí)現。由于普通熱釋電傳感器無(wú)法探知靜止人體，因此通常采用主動(dòng)或雙元型熱釋電傳感器，但前者需要機械裝置而后者需信號處理電路，可靠性和實(shí)用性受到限制。這些方案中，控制器通常采用單片機實(shí)現，雖然單片機能勝任基本的要求，但受自身的限制不便于今后功能的擴展和容量的擴充。本文針對這些問(wèn)題討論了燈具分組的方法以及傳感器設置的技巧，并在此基礎上采用Xilinx公司的MicroBlaze嵌入式處理器為核心設計了一套辦公室照明節能系統。

　　燈具布局與傳感器設置

　　要達到較好的照明節能效果，燈具的合理布局與傳感器的科學(xué)設置對整個(gè)節能系統而言非常重要。圖1為需要安裝照明節能系統的辦公室平面圖。該辦公室為教師辦公室，朝南呈矩形，進(jìn)深和面積較大。白天自然采光效果較好，靠窗的辦公桌完全能滿(mǎn)足照明要求;但在多云或陰雨天，靠門(mén)口的辦公桌光線(xiàn)較暗，無(wú)法滿(mǎn)足辦公室照明要求。因此在布局時(shí)，按自然采光由亮到暗將燈具分為三組(I、II、III)，并與采光窗平行排布。采用這種燈具布局方式，可以最大程度地利用自然采光，當所在組滿(mǎn)足辦公照明要求時(shí)，關(guān)閉該組的人工照明，當無(wú)法滿(mǎn)足照度要求時(shí)，則打開(kāi)該組的人工照明?！　?/p>

 

　　在辦公室照明節能系統中，傳感器的設置也需要進(jìn)行科學(xué)合理的選擇。為了獲知每個(gè)區域中自然采光情況，每組都安置一個(gè)光敏傳感器，如圖1所示S1、S2、S3?？紤]到不同時(shí)段，日光入射角度不同，因此將光敏傳感器安置在辦公室中軸線(xiàn)上最為合理。通過(guò)實(shí)驗表明，光敏傳感器應適度朝向窗口，這樣獲取的自然采光信息與人體感受更為一致。為了避免熒光燈光線(xiàn)對光敏傳感器造成誤判，應對傳感器外圍適度遮擋。判斷辦公室內的人數，從而在無(wú)人情況下關(guān)閉照明系統，也是照明節能系統設計中非常重要的一環(huán)。由于該辦公室僅有一個(gè)入口，只需對進(jìn)出人員數量進(jìn)行統計，便可獲知辦公室內人數。一組兩個(gè)反射式紅外傳感器按一定距離平行安裝在入口一側，如圖1中S4所示。人員進(jìn)出時(shí)兩個(gè)傳感器觸發(fā)順序正好相反，便可判斷人員的進(jìn)出情況，通過(guò)計數器便能統計出辦公室內人員的數量，當室內人數為零時(shí)便關(guān)閉人工照明。