作者/田毅，山東師范大學(xué)附屬中學(xué)高三·六班

樓道照明控制系統(tǒng)綜述

作者/田毅，山東師范大學(xué)附屬中學(xué)高三·六班

樓道照明與人們的日常生活息息相關(guān)，其電力能源浪費(fèi)是常見問題。合理控制樓道照明用電，可以達(dá)到節(jié)能和保護(hù)環(huán)境的目的。本文從照明光源、照明系統(tǒng)的控制方式以及供電方式等多方面綜述樓道照明系統(tǒng)，為節(jié)約樓道照明用電提供依據(jù)。

樓道照明；控制系統(tǒng)；節(jié)能

引言

生活小區(qū)、寫字樓等多層或高層建筑離不開樓道照明。樓房照明消耗的電能中，有實用價值的照明用電約占總耗電量的60%，無實用價值的照明耗電約占40%[1]。這與當(dāng)前節(jié)能、環(huán)保的國策不相適應(yīng)。合理地控制樓道照明用電，減少樓道照明用電消耗，對節(jié)約能源具有重要現(xiàn)實意義。

樓道照明系統(tǒng)的基本構(gòu)成為供電電源、電源開關(guān)和照明燈。為節(jié)約電能，按需亮燈，需滿足白天滅、晚上亮和有行人則亮、無行人則滅的基本控制要求，這就需要增加感知和控制環(huán)節(jié)。一方面感知白天和晚上或者光照強(qiáng)度，另一方面需要感知是否有行人，若做到人走燈滅，還需感知行人是否離開，進(jìn)而控制亮燈和自動滅燈，從而達(dá)到節(jié)能的目的。因此能夠有效節(jié)能的樓道照明系統(tǒng)由供電電源、感知可控的電源開關(guān)和照明燈。本文從照明燈光源、感知控制方式和供電方式等方面進(jìn)行綜述，為設(shè)計節(jié)能環(huán)保的樓道照明控制系統(tǒng)提供依據(jù)。

1.樓道照明光源

近代照明光源主要采用電光源，一般分為熱輻射光源、氣體放電光源和半導(dǎo)體光源三大類。樓道照明燈主要為白熾燈、節(jié)能燈和白光LED燈。白熾燈是應(yīng)用最早的照明光源，因鎢絲通過電流發(fā)熱而發(fā)光，大部分能量變?yōu)榱藷崃慷速M(fèi)掉，僅有不到10%的電能轉(zhuǎn)化為光能，且壽命短，作為照明光源，已逐步被淘汰，一定時期內(nèi)被節(jié)能燈取代。節(jié)能燈為氣體放電光源，將熒光燈和鎮(zhèn)流器組合成一體，同樣光能輸出的前提下，只需耗費(fèi)普通白熾燈用電量的1/5，節(jié)能方面效益顯著，但廢舊節(jié)能燈對環(huán)境的汞污染已引起關(guān)注。另外，節(jié)能燈啟動過程存在高壓環(huán)節(jié)，每次啟動均會造成一次高壓沖擊，樓道照明需頻繁啟動，影響其壽命，省電不省錢。LED照明燈為半導(dǎo)體照明，是真正意義上的綠色照明，較節(jié)能燈更加節(jié)能且環(huán)保，耗電不到節(jié)能燈的一半，廢棄物可回收，壽命長，但其價格較高，目前尚未得到普及應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展，LED照明燈的價格有望降到節(jié)能燈的水平，未來的照明被LED燈代替無可置疑。

2.樓道照明感知燈控制方式

合理控制樓道照明燈的亮、滅，既可方便行人，也可以節(jié)約用電、避免電力浪費(fèi)。為達(dá)到此目的，樓道照明燈應(yīng)滿足如下要求：（1）白天滅，晚上亮；（2）有行人亮，無行人滅；（3）白天有行人，也不亮；（4）人不走，燈不滅。

為滿足上述控制要求，已有多種控制方式，主要分為兩類：手控和感知控制。手控方式，行人按需開燈和關(guān)燈。早期的手控方式，亮燈、滅燈均需手控，存在如下缺陷：（1）環(huán)境亮度低時，行人可能找不到開關(guān)位置；（2）行人可能忘記關(guān)燈，造成能源浪費(fèi)。后又發(fā)展為手控開燈、延時自動滅燈和手控開燈（受白天、晚上檢測控制，白天按開關(guān)燈不亮，晚上按開關(guān)燈亮）、延時自動滅燈[2]兩種模式。目前，手控方式已逐步被淘汰。感知控制，通過環(huán)境亮度的檢測和有無行人的檢測，控制照明燈的亮、滅，同時控制點燈時間或人不走燈不滅[1,3-5]。用行人傳感器檢測行人是否離開，可真正實現(xiàn)人來燈亮，人走燈滅。

光照強(qiáng)度或白天、晚上的檢測常用光敏二極管、光敏電阻等光敏傳感器。行人檢測常用聲波傳感器、電容式人體感應(yīng)傳感器、超聲波傳感器、人體紅外傳感器和人體微波傳感器等測量移動物體的傳感器。實現(xiàn)控制要求的電路主要有分立元件、集成電路、單片機(jī)等幾種形式。用單片機(jī)容易實現(xiàn)控制功能。

此外，多傳感器融合技術(shù)也已應(yīng)用于樓道照明燈的感知控制中。文獻(xiàn)[6]利用了多傳感器技術(shù)，用光敏電阻檢測光照強(qiáng)度，用人體紅外傳感器和人體微波傳感器同時檢測行人，軟件延時控制點燈時間，由單片機(jī)實現(xiàn)檢測與控制。文獻(xiàn)[7]在行人感知環(huán)節(jié)利用了多傳感器融合技術(shù)，用漫射式光電傳感器、人體微波傳感器和人體紅外傳感器等多傳感器感知行人，用D-S證據(jù)理論融合多傳感器感知結(jié)果，最終用融合決策結(jié)果確認(rèn)是否有行人。利用多傳感器感知環(huán)境和多傳感器感知行人，并利用適當(dāng)?shù)亩鄠鞲衅魅诤蠜Q策算法，將大大提高感知控制樓道照明燈準(zhǔn)確率，既能可靠滿足行人照明的需求，又能有效地節(jié)約電能。

3.樓道照明供電方式

樓道照明燈供電電源有交流市電（AC220V）和太陽能供電兩種。AC220V是樓道照明燈的主要電源，隨著可再生能源的開發(fā)利用，太陽能光伏應(yīng)用技術(shù)逐步普及，太陽能樓道照明系統(tǒng)逐步得到應(yīng)用[8]。目前樓道照明燈這兩種供電方式共存。以太陽能、風(fēng)能等可再生能源為主、AC220V為輔的樓道照明電源系統(tǒng)是發(fā)展方向。

圖1 白熾燈和節(jié)能燈感知控制功能框圖

圖2 LED燈感知控制功能框圖

白熾燈、節(jié)能燈和白光LED照明燈均可以使用AC220V。白熾燈和節(jié)能燈可以直接使用AC220V，其亮、滅控制相同，控制功能框圖如圖1所示。LED燈需直流電源，應(yīng)增加AC220V轉(zhuǎn)換為直流電源的環(huán)節(jié)，如圖2所示。

太陽能供電的樓道照明系統(tǒng)的光源多采用白光LED燈。由于太陽能供電具有間歇性，陰天和晚上取不到能量，需具有儲能功能，沒有太陽時由儲能元件供電，可用蓄電池和超級電容器等元件進(jìn)行儲能。太陽能供電受氣候影響較大，連續(xù)陰天的情況，儲能元件往往不能滿足照明供電的要求，需增加AC220V作為備用電源。因此，太陽能樓道照明系統(tǒng)應(yīng)由太陽能光伏組件、太陽能控制器、環(huán)境檢測和行人檢測傳感器、控制開關(guān)、儲能元件、AC220V備用電源和白光LED燈構(gòu)成。

4.結(jié)論

樓道照明用電節(jié)約尚未達(dá)到滿意的程度，本文從照明光源、控制方式和供電電源等方面對樓道照明系統(tǒng)進(jìn)行了全面綜述，旨在為節(jié)約環(huán)保的樓道照明控制系統(tǒng)的設(shè)計提供依據(jù)。

（1）綜述了照明光源的類型和特征，指出白光LED燈是符合節(jié)能環(huán)保要求的樓道照明光源；（2）綜述了樓道照明燈的控制方式，重點說明了通過傳感器檢測環(huán)境和行人的多種控制模式及其控制過程，多傳感器融合技術(shù)能夠準(zhǔn)確實現(xiàn)樓道照明燈的控制要求；（3）綜述了樓道照明燈的供電方式，結(jié)合樓道照明光源的應(yīng)用趨勢，指出可再生能源、儲能元件和AC220V備用是樓道照明電源的發(fā)展方向。

＊ [1]王寶良.樓道照明自動控制器[J].電子技術(shù)應(yīng)用,1983,(4):43—44

＊ [2]宋德杰.智能節(jié)電控制器[J].電子制作,2005,(10):33—33

＊ [3]吳順華.聲光控制白熾燈到LED[J].電子制作,2014,(9):19—20

＊ [4]黃中永.智能樓道照明節(jié)電控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2015,(14):16—17

＊ [5]李萌.智能樓道照明節(jié)電控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子制作,2014,(10):50,49

＊ [6]楊桃月,師海斌.基于多傳感器融合技術(shù)的樓道照明檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)電技術(shù), 2013,(4):2—4

＊ [7]師海斌,邱望標(biāo).多傳感器融合技術(shù)在樓道照明系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代機(jī)械,2011,(6):72—73

＊ [8]王志勇,田樹仁,夏國明,等.基于超級電容的太陽能樓道照明系統(tǒng)的設(shè)計[J].河北科技大學(xué)學(xué)報,2011,32(4):333—337