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基于PoE的可见光照明及通信系统研究与实现

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基于PoE的可见光照明及通信系统研究与实现

作者：洪子伟南昌大学

学位级别：硕士

传统室内照明灯具通常采用白炽灯、荧光灯等光源,且一般为手动控制的照明方式,由于其存在频闪、低智能化和资源浪费等问题,已经无法满足人们智能化、多样化的照明需求。目前发光二极管(Light Emitting Diode,LED)凭借光效高、寿命长等... 详细信息

传统室内照明灯具通常采用白炽灯、荧光灯等光源,且一般为手动控制的照明方式,由于其存在频闪、低智能化和资源浪费等问题,已经无法满足人们智能化、多样化的照明需求。目前发光二极管(Light Emitting Diode,LED)凭借光效高、寿命长等优势发展为照明的主体,且照明灯具是最广泛分布的机电设备,是物联网的极佳载体。以太网供电(Power over Ethernet,PoE)技术与照明灯具的融合将从源头上为灯具提供低压直流供电,解决传统照明中存在的资源浪费、管理不集中等问题,且具有高速信息传输的能力。6G通信即将到来,数字化、智能化是新技术浪潮下的必由之路,结合可见光通信(Visible Light Communication,VLC)的PoE智能照明将给智慧教室、智能交通等大规模物联网通信领域带来全新的应用价值,促进社会的可持续发展。因此本文主要对基于PoE的可见光照明及通信系统进行研究和实现:(1)首先,深入调研了PoE智能照明技术和可见光通信技术的研究进展,指出传统室内照明面临的技术挑战,且难以满足人们日益增长的美好生活需要;其次,分析了PoE智能照明技术方案以及LED的电光特性,介绍了影响室内照明的关键性能评价指标,如光照强度、蓝光危害、显色指数等;最后,分析了LED的伏安特性、输出光功率-输入电流特性以及调制带宽等指标与可见光通信性能的关系,为实现基于PoE的智能照明及通信系统奠定了良好的基础。(2)针对现有照明灯具中存在的高显色指数与低蓝光危害难以兼顾、资源浪费严重、智能化不高等问题,提出了分布式PoE智能照明传感系统设计方案。首先,采用金黄光和白光LED混光策略,根据CIE 1931色度标准构建了光色度参数与脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)的调光模型,并利用动态模糊神经网络对模型进行优化设计;其次,介绍了PoE智能照明系统的相关器件选型和电路设计,利用物联网技术融合智能传感控制器,可以实时调节灯具的亮度、色温等,实现按需照明;最后,对PoE智能照明灯具的实际照明性能进行测试并分析,相较于传统的LED灯具,本系统具有低蓝光危害(RG0)、高显色指数(85-95Ra)、色温(2000K-6000K)连续可调、无频闪且照度均匀等照明优势,同时本系统能够有效降低能耗,可以满足实际生活中的照明需求,助推健康照明和低碳节能。(3)针对大规模物联网连接中可见光照明通信系统集成度较低、通信速率和调制带宽较小等问题,进行基于PoE智能照明系统的可见光通信优化设计及通信性能分析。首先,介绍了基于PoE智能照明系统的VLC收发模拟链路设计方案,发射端采用均衡技术有效提升了系统的调制带宽,传输信道利用菲涅尔透镜进行光学设计和优化提高了光路的传输效率和稳定性,接收端利用PIN光电二极管和低噪跨阻放大器提高了系统接收端的信噪比;其次,在通信距离20cm、输出功率0.1m W条件下对系统的频率响应进行了实际测试验证,结果表明均衡电路能有效改善幅频响应曲线的平坦度,其-3d B带宽由10.4MHz扩展到110MHz以上,可以满足基本的通信服务需求;最后,对开关键控(On-Off Keying,OOK)调制的VLC系统进行通信性能分析,通过仿真及实测发现系统的误码率可以达到10级别,由此可以说明该系统具有良好的通信能力。

关键词：可见光通信智能照明以太网供电调光优化通信性能测试

智能照明控制系统在城市夜景照明工程中的应用

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光源与照明 2022年第2期 92-94页

作者：李益鸿福建平安报警网络有限公司福建厦门361000

智能照明控制系统在城市照明工程中的应用比较广泛,并且取得了较显著的应用效果。文章介绍了智能照明控制系统在城市夜景照明工程中的作用,包括有利于提高城市照明的节能效益,提高城市照明的信息化、智能化与数据化水平,以及提高城市照... 详细信息

智能照明控制系统在城市照明工程中的应用比较广泛,并且取得了较显著的应用效果。文章介绍了智能照明控制系统在城市夜景照明工程中的作用,包括有利于提高城市照明的节能效益,提高城市照明的信息化、智能化与数据化水平,以及提高城市照明的管理水平;探讨了智能照明系统的组成,包括主控制系统、本地控制系统、数据传输系统;并以某城市的夜景智能照明控制系统为例,探讨了城市夜景照明控制管理平台的设计和具体应用。

关键词：智能照明控制系统城市夜景照明工程

智能照明节能控制系统的设计和在室内空间中的应用

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光源与照明 2022年第8期 47-49页

作者：曲大林济南工程职业技术学院山东济南250000

文章首先分析了智能照明节能控制系统的发展趋势,介绍了智能照明节能控制系统的基本含义和组成。然后,阐述了智能照明节能控制系统的硬件、软件和设计要点。最后,探究了智能照明节能控制系统在室内空间中的应用,分析了系统设计和安装流... 详细信息

文章首先分析了智能照明节能控制系统的发展趋势,介绍了智能照明节能控制系统的基本含义和组成。然后,阐述了智能照明节能控制系统的硬件、软件和设计要点。最后,探究了智能照明节能控制系统在室内空间中的应用,分析了系统设计和安装流程,探讨了智能照明节能控制系统在灯光选择、光线路设计与智能控制、家居空间智能照明情景划分中的实际应用,旨在为智能照明节能控制系统的构建及具体应用提供指导,以创造适合人居的舒适光环境。

关键词：室内空间智能照明节能控制系统

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智能照明技术课程教学新模式改革探索

教育进展 2022年第7期12卷 2209-2215页

作者：梅红樱杨慧平张莉华孙树祥郑新艳文桦熊娟陈淑静郝华丽黄淮学院电子信息学院河南驻马店黄淮学院河南省智慧照明重点实验室河南驻马店

为满足人们生活日益复杂的需求,智能科技变得越来越重要,尤其是智能照明的设计,可以提供多场景一站式的解决方案,实现群组控制、氛围调节等功能,突破传统照明的缺点,因此培养照明行业的应用型人才具有重要的意义。智能照明技术课程的开... 详细信息

为满足人们生活日益复杂的需求,智能科技变得越来越重要,尤其是智能照明的设计,可以提供多场景一站式的解决方案,实现群组控制、氛围调节等功能,突破传统照明的缺点,因此培养照明行业的应用型人才具有重要的意义。智能照明技术课程的开设作为实现该目标的一种方式,应以学生为中心,高度重视课程的开设方式。因此,结合智能照明现在的教学现状、课程特点和应用型人才培养的办学方案,通过整合教学方式、课程内容和改革考核体系等方面,对智能照明技术的教学进行了改革论述,有效地培养学生的实践能力。

关键词：智能照明应用型人才教学改革

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智能照明控制系统的设计

信息记录材料 2023年第6期24卷 175-177,181页

作者：白慧茹山西工程职业学院山西太原030009

电能对于工厂来说非常重要,但是浪费也比较严重。本文设计了一套简单有效、经济实用的厂房智能照明控制系统,可以减少工厂电能的消耗,在一定程度上能够给工厂带来更多的经济效益。该系统采用STC89C52RC单片机作为主控制芯片,在数据采集... 详细信息

电能对于工厂来说非常重要,但是浪费也比较严重。本文设计了一套简单有效、经济实用的厂房智能照明控制系统,可以减少工厂电能的消耗,在一定程度上能够给工厂带来更多的经济效益。该系统采用STC89C52RC单片机作为主控制芯片,在数据采集模块中用LM393芯片结合光敏电阻来检测光照度,并使用BISS0001芯片检测厂房是否有人活动,并通过设计系统流程图来设计程序,数据采集部分主要包括逻辑关系设计、人体红外探测模块程序设计和光照度模块程序设计。

关键词：单片机智能照明系统设计

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智能照明控制系统的应用和发展

光源与照明 2022年第5期 86-88页

作者：曹艳山东技师学院山东济南250200

随着我国经济、科学技术的不断发展,对照明系统节能和管理的要求也越来越高,从而使照明控制系统向智能化方向发展。智能照明控制系统在满足人们需求,提高照明质量和节能水平方面非常有前途。因此,文章对智能照明控制系统的应用和发展进... 详细信息

随着我国经济、科学技术的不断发展,对照明系统节能和管理的要求也越来越高,从而使照明控制系统向智能化方向发展。智能照明控制系统在满足人们需求,提高照明质量和节能水平方面非常有前途。因此,文章对智能照明控制系统的应用和发展进行了深入探讨。介绍了照明控制的基本类型,分析了智能照明控制系统的组成、应用优势和应用领域,探讨了智能照明控制系统的发展方向,期望能够给同行提供参考。

关键词：智能控制照明系统智能照明

基于LoRa无线传感网络的大型室内空间智能照明控制系统

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基于LoRa无线传感网络的大型室内空间智能照明控制系统

作者：汪衍凯山东建筑大学

学位级别：硕士

随着工业化和城市化进程的不断加快,建筑照明能耗已成为建筑能耗的重要组成部分,相应的能源需求也在逐年增加,由此引发的环境污染和能源消耗问题越来越值得重视。照明系统与人们的生活息息相关,因此充分利用自然光、提升室内光环境的视... 详细信息

随着工业化和城市化进程的不断加快,建筑照明能耗已成为建筑能耗的重要组成部分,相应的能源需求也在逐年增加,由此引发的环境污染和能源消耗问题越来越值得重视。照明系统与人们的生活息息相关,因此充分利用自然光、提升室内光环境的视觉舒适度,已成为照明系统智能化、节能化发展的重要方向。传统照明系统对日光利用不足,室内照明一般全部由人工照明提供,加上用户缺乏节能意识,难以做到人走灯灭,造成了极大的能源浪费。此外,照明系统多采用有线连接的方式,在维护管理方面存在一定的弊端。常见的蓝牙、Zig Bee等无线传输技术,由于受传输距离、铺设成本等限制,在照明系统中无法得到很好的应用。因此,针对传统照明控制系统存在功能单一、维护管理困难、节能效果不明显等问题,本文研究设计了基于LoRa(Long Range Radio)无线传感网络的智能照明控制系统。主要研究内容如下:(1)综述了国内外研究方法和现状,指出了现有智能照明方法和技术存在的不足和问题。根据大型室内空间照明系统的特点,分析了系统的功能需求和建设原则,并最终确定了总体设计方案。(2)介绍了LoRa无线传输技术的数据包结构、终端设备工作模式、网络拓扑结构;基于LoRa的技术特点和常见的拓扑结构,针对不同的使用场景,本文设计了三种不同的组网方案,以满足实际应用需求。网络由带模块的集中节点和终端节点组成,集中节点主要功能是组建维护网络和下发控制指令,终端节点主要采集和转发数据。(3)设计了智能照明控制系统的硬件电路,编写了相关软件程序。硬件部分从照明系统的功能需求出发,设计了集中节点和终端节点硬件电路,包括处理模块、LoRa无线通信模块、传感器模块、调光驱动模块、Wi Fi模块和存储模块等。根据系统设计要求,详细介绍了各模块的器件选型、电路设计和工作原理。软件部分采用模块化设计方案,便于后期的调试和修改,与硬件设计相对应,实现了集中节点和终端节点程序,包括LoRa模块程序、Wi Fi模块程序、光照采集程序和终端灯具调控程序等,形成了完整的软件架构。最后设计了系统管理模块,用于管理员对传感器节点和照明节点进行统一维护和管理。(4)结合天然采光的室内智能照明控制策略,提出了基于模糊控制的智能照明控制算法,详细阐述了控制器的设计流程,包括确定输入输出、模糊化、建立模糊规则、模糊推理和解模糊。最后,通过建立照度仿真模型,对系统进行仿真和实验验证,结果表明,照明系统可以根据外界日光变化进行实时调光,验证了系统的智能性和节能性,在教学楼等公共建筑中具有极大的推广应用价值。

关键词： LoRa 智能照明模糊控制建筑节能无线传输

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智能照明系统综述及浅析

日用电器 2022年第1期 80-83页

作者：王辉温唯理威凯检测技术有限公司广州510663

在照明行业日渐以智能化为主打标签的形势下,智能照明技术领域发展迅猛,作为一个新兴起的产品类别,存在许多未知的市场空间和巨大发展潜力。各大企业争先涌入开创市场,技术形式百家争鸣,但许多技术还没有系统的标准解释,行业也欠缺权威... 详细信息

在照明行业日渐以智能化为主打标签的形势下,智能照明技术领域发展迅猛,作为一个新兴起的产品类别,存在许多未知的市场空间和巨大发展潜力。各大企业争先涌入开创市场,技术形式百家争鸣,但许多技术还没有系统的标准解释,行业也欠缺权威的认证模式,导致市场还尚未成熟。本文主要梳理了智能照明发展现状、目前智能照明系统框架和功能,浅评智能照明系统尚存的不足并探讨未来智能照明系统模型发展方向。

关键词：智能照明控制协议照明系统互联

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智能照明稳压控制系统在石化企业的推广应用

电世界 2023年第4期64卷 51-53页

作者：曾玉章中海油惠州石化有限公司广东惠州516086

1 问题的提出工厂照明供电系统中,变压器一般为无载调压,电源电压易受外界干扰而电压不稳。特别是到了夜间用电低谷时,灯具的端电压普遍高于额定值,不仅造成照度和能量的浪费,还严重缩短了灯具的使用寿命。另外,照明设备启动瞬间的大电... 详细信息

1 问题的提出工厂照明供电系统中,变压器一般为无载调压,电源电压易受外界干扰而电压不稳。特别是到了夜间用电低谷时,灯具的端电压普遍高于额定值,不仅造成照度和能量的浪费,还严重缩短了灯具的使用寿命。另外,照明设备启动瞬间的大电流,对光源的冲击也是灯具损坏的重要原因。采用智能照明稳压控制系统,不仅能实现软启动,减小电流对照明设备的冲击,还能够有效地优化光源的端电压,在满足照度要求的前提下,对照明系统电压进行二次优化处理.

关键词：照明设备照明系统智能照明照度要求用电低谷电源电压二次优化石化企业