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智能照明控制系统在电气照明节能设计中的应用

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光源与照明 2022年第11期 41-43页

作者：王琳琳国网江苏省电力有限公司南通供电分公司江苏南通226000

提高照明系统的智能控制水平,不仅可以实现照明系统的自动化管理,还可以减少能源消耗,缓解当前的能源紧缺问题。将智能照明控制系统用于电气照明节能设计,能够达到节能和环保的目的。文章首先分析了智能照明控制系统的内结构和功能,然... 详细信息

提高照明系统的智能控制水平,不仅可以实现照明系统的自动化管理,还可以减少能源消耗,缓解当前的能源紧缺问题。将智能照明控制系统用于电气照明节能设计,能够达到节能和环保的目的。文章首先分析了智能照明控制系统的内结构和功能,然后总结在电气照明节能设计中应用智能照明控制系统的必要性和相关措施。最后通过实例,详细阐述了智能照明控制系统在电气照明节能设计中的应用效果,并展望了其发展方向。

关键词：电气照明节能设计智能照明照明控制系统

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智能照明系统及控制策略研究

智能照明系统及控制策略研究

作者：魏修岭电子科技大学

学位级别：硕士

随着我国社会和国民经济的不断发展,人们正面临着十分严峻的能源危机以及环境污染等问题。房地产行业的快速发展使得建筑能耗在社会总能耗中的比重越来越大。大多数建筑物的照明控制仍然采用传统的控制方法,在一定程度上浪费了很多能源... 详细信息

随着我国社会和国民经济的不断发展,人们正面临着十分严峻的能源危机以及环境污染等问题。房地产行业的快速发展使得建筑能耗在社会总能耗中的比重越来越大。大多数建筑物的照明控制仍然采用传统的控制方法,在一定程度上浪费了很多能源。随着人们生活质量的不断提高,电力供应比较紧张,建筑照明用电占建筑能耗的30%以上,并不断提高。如果能够采用智能照明控制算法来调节灯光,既能够创造良好的照明环境,又能够避免过度照明,从而达到节约能源的目标。我们研究智能照明系统及控制策略,目的是为了满足人们对室内照度需求的同时避免过度照明。不仅能够节约能源,而且还能够降低视觉疲劳,提高工作学习效率。本文搭建智能照明实验平台,研究预测控制算法并进行优化,提出基于预测控制的自适应照明控制策略,并通过调光实验对所提照明控制策略的有效性进行验证。本文首先根据自适应调光要求,设计了照明控制系统的软硬件,研究了LED的调光原理。其次,结合现有照明控制策略,提出基于预测控制算法的自适应照明控制策略,研究预测控制算法,针对现有预测控制算法计算量以及抗干扰能力的局限性,对算法进行了优化,通过引入衰减系数简化算法的计算量,动态优化参数提高算法的抗干扰能力。通过与原预测控制算法对比仿真,改进后的算法的执行速度和抗干扰能力得到了显著的提高。鉴于外界自然光的不确定性以及其它不确定因素的干扰,将改进预测控制算法应用到照明系统中,实现对室内目标区域照度精确控制的目的。最后,设计一系列照明实验,并分别与PID调光进行对比实验,通过调光实验,验证了改进后算法的调光效果和抗干扰能力明显优于PID。通过动态优化实验,在达到设定照度时,与室内灯具消耗能耗的最大值相比,采用本文所提照明控制能够使照明灯具的能耗下降40%左右。实验验证了本文提出的照明控制策略的有效性和合理性,在创造良好照明环境的同时,避免了过度照明。

关键词：智能照明预测控制控制策略 Simulink

基于WiFi与MQTT通信协议的室内智能照明系统设计与开发

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基于WiFi与MQTT通信协议的室内智能照明系统设计与开发

作者：高杰重庆理工大学

学位级别：硕士

随着国民经济的不断发展,以手动开关模式的传统照明系统已无法满足照明的节能需要,正逐渐被智能照明系统所替代。与传统照明系统相比,智能照明系统有着操作简便和更加节能等优点。随着人工智能的高速发展,智能照明正在向更为高端的智慧... 详细信息

随着国民经济的不断发展,以手动开关模式的传统照明系统已无法满足照明的节能需要,正逐渐被智能照明系统所替代。与传统照明系统相比,智能照明系统有着操作简便和更加节能等优点。随着人工智能的高速发展,智能照明正在向更为高端的智慧化方向前进,这就对目前的智能照明提出了更高的要求,尤其是在智能算法与控制方面。K-means算法作为机器学习算法的一种,其时间复杂度相对较低,解决其算法稳定性和适配性问题后,是应用于智能照明系统的不错选择。为此,本文提出了一种基于WiFi(Wireless Fidelity)与MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)通信协议以及改进的K-means聚类算法的智能照明系统。通过对传统K-means算法进行改进,使之能够更加适用于智能照明系统,实现更高层次的智能化照明。改进的K-means聚类算法可以根据用户以往的用灯习惯数据,预测用户未来的用灯情况,使智能照明系统能够自适应用户的用灯行为。在此基础上,借助互联网、ESP8266模块和MQTT服务器,将Android手机APP与LED灯连接起来,实现自动控制LED灯的开关状态。本文的主要工作如下:(1)本文基于分析智能照明系统的问题和需求,设计并实现了一套智能照明系统的总体方案。从系统的前端、后端、数据库、算法和硬件方面进行设计,实现用户登录与退出、家庭灯组绑定、远距离控制灯光、自动订阅/发布主题消息、预测用户开灯时间等多种功能。(2)本文基于ESP8266物联网开发芯片,设计与制作了一套智能照明系统的硬件电路。在该系统的总体电路设计中,本文充分考虑了基于Wi Fi与MQTT通信协议的应用和芯片的耗能,完成了网络通信与硬件控制灯组逻辑的实现。实现连接网络、连接MQTT服务器、发布/订阅主题消息、绑定灯组和LED控制等多种功能。(3)针对K-means算法聚类效果适用性和不稳定性,本文对K-means聚类算法进行优化与改进,并在Py Charm开发环境对算法进行编写和分析,最后使用Java语言实现算法,嵌入到后端项目中。系统采用MQTT通信协议传输控制信号和采集用户行为习惯数据,选取用户的日常用灯时间和用灯时长作为两个特征值。为了使算法适应不同的用户数据和减少算法时间复杂度,提出了一种确定K-means聚类算法的聚类数搜索范围上下界的方法。为了解决K-means算法聚类效果不稳定,提出了一种基于用户行为习惯数据设定初始中心点。最后通过分析对比各种有效性指标选择出适合本系统的有效性指标,确定最佳聚类数。实验利用ESP8266模块、MQTT服务器和手机端测试界面测试灯的控制和数据采集,借助Py Charm软件对传统K-means算法和改进后的K-means算法在用户用灯行为习惯数据上进行聚类数搜索范围的确定、有效性指标和聚类效果进行比较。仿真结果表明与传统K-means算法相比,改进后的K-means算法分类结果更准确,稳定性更好,运算速度更快。最后通过实验验证了本文的智能照明系统设计。采用Wi Fi和MQTT通信协议能够控制和监控灯的状态,数据库能够获取并存储用户用灯数据。利用本文改进后的K-means算法能够实现LED灯的自动控制。最后通过连接继电器,实现了对家用220V电压LED灯的控制。

关键词：智能照明机器学习 K-means算法 MQTT

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智能照明控制系统在电梯轿厢中的应用

集成电路应用 2022年第10期39卷 168-169页

作者：马媛媛青岛酒店管理职业技术学院酒店工程学院山东266100

阐述电梯轿厢应用中的智能照明控制系统的设计,工作流程与优势,包括系统模块、输入模块、输出模块,电梯轿厢中的智能照明控制系统能够提升照明系统的稳定性和可靠性。

关键词：智能照明控制系统电梯轿厢

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地铁车站照明系统节能研究与应用

地铁车站照明系统节能研究与应用

作者：帅品格南昌大学

学位级别：硕士

地铁作为当前社会上一种非常重要的交通方式,在近年来发展十分迅速,随着地铁线路和地铁车站的不断增加,电能消耗也越来越大。作为地铁能耗大户的照明系统,由于工作时间长(白天也需要照明)、照度和可靠性要求高,电能消耗很大,仅照明就占... 详细信息

地铁作为当前社会上一种非常重要的交通方式,在近年来发展十分迅速,随着地铁线路和地铁车站的不断增加,电能消耗也越来越大。作为地铁能耗大户的照明系统,由于工作时间长(白天也需要照明)、照度和可靠性要求高,电能消耗很大,仅照明就占车站设备负荷的15%左右,因此地铁车站照明系统节能意义重大。本文以南昌地铁各运营线路为例,通过调研分析、数据比对、方案测评等方法,从智能照明控制系统优化、应急照明优化设置、广告照明及自然光利用、照明布局及回路控制优化、高效节能灯具选用及调光功能优化等方面对地铁车站照明系统节能的有效措施进行深入的研究和探讨。同时,为检验以上措施的实际节能效果,分别选择若干车站进行公共区照明控制模式优化、广告照明利用及一般照明控制回路优化、出入口及消防疏散通道顶棚照明控制优化、区间照明布局及控制优化、公共区照明调光功能优化等试点改造,均能达到有效节能的目的。本文的研究及应用成果,一方面能够为既有地铁车站照明系统节能改造提供行之有效的具体措施,达到有效节能的目的;另一方面作为地铁车站节能体系的一个重要组成部分,对后续地铁车站照明系统节能研究和设计也有一定的指导意义。

关键词：地铁车站照明系统节能智能照明优化调光

基于iOS的智能照明实景控制系统的设计与实现

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基于iOS的智能照明实景控制系统的设计与实现

作者：孙文超广西师范大学

学位级别：硕士

随着国民生活水平的提高,我国许多家庭的生活方式发生了翻天覆地的改变,舒适温馨、便捷易控的智能家居系统成为了发展方向与趋势。智能照明作为智能家居中最基础、最重要的组成部分,已经成为当下研究的热点,并逐步普及。在“碳中和”的... 详细信息

随着国民生活水平的提高,我国许多家庭的生活方式发生了翻天覆地的改变,舒适温馨、便捷易控的智能家居系统成为了发展方向与趋势。智能照明作为智能家居中最基础、最重要的组成部分,已经成为当下研究的热点,并逐步普及。在“碳中和”的政策要求下,节能减排是当前工程设计与应用中不可忽视的一环,减少能量消耗也是智能照明系统考虑的最重要的因素之一,传统的照明系统需要通过有线控制,不仅存在布线复杂、安装成本高、后期维护困难等问题,而且经常出现人离灯未关的现象,造成了极大的能源浪费,传统智能照明系统采用Zig Bee或者Wi-Fi等组网技术虽解决了传统照明系统存在的问题,但是存在操作麻烦、存在出现单点故障的可能,连接设备数量上有限等问题极大的限制了其在智能照明中的应用。随着各类组网技术的不断发展,人们对智能照明的能耗经济化、控制智能化、管理方便化、操作个性化等方面都提出了更高的要求。本文设计一种智能照明实景控制系统,系统采用低功耗Mesh蓝牙组网技术,以iOS手机客户端为控制平台,利用OpenCV图像处理技术,方便了用户对智能照明设备的控制与管理,打造了沉浸式照明体验,提高了用户操作过程中的交互感。本文主要研究内容如下:（1）通过对现有智能照明系统的发展与市场进行研究,分析得到本智能照明系统的功能需求,从而设计并实现出一款基于iOS的智能照明实景控制系统。（2）通过研究蓝牙Mesh各节点功能与各协议层作用,设计出总体技术架构与系统功能框架。（3）硬件方面。选择Real Tek RTL8762为蓝牙模块,并基于蓝牙模块设计出LED电路原理图。（4）软件方面。设计了iOS照明控制客户端,采用swift语言实现了iOS手机客户端与照明设备的配对、控制与管理等操作。针对市面上智能照明控制系统操作单一、枯燥、繁琐等问题,使用OpenCV图像处理技术,提供实景控制功能,提高了用户操作的趣味性,同时用户也可保存灯光状态,下次可直接进入该模式,减少用户操作步骤。针对OpenCV只能使用Python与C++语言开发问题,通过环境配置并使用OC语言开发,解决了OpenCV在iOS开发软件Xcode上的兼容性问题。（5）本系统开发工作后期,分别对iOS手机客户端,Mesh蓝牙端等进行各项功能测试,测试结果表明实现智能照明实景控制系统的设计目标,为未来应用于写字楼,图书馆,实验室等场景提供了应用参考。本系统灯具控制、管理以及实景控制等各项功能都能正常使用,软件运行流畅,达到了预期设计要求。

关键词：智能照明实景控制 iOS Mesh OpenCV

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家居智能照明系统设计与开发

家居智能照明系统设计与开发

作者：易美佳重庆理工大学

学位级别：硕士

照明是人类社会发展不可或缺的组成部分,随着社会的高速发展,人们对照明的品质有了更高的追求和要求,由智能化逐渐走向智慧化的家居照明系统,已经成为了一种发展趋势。目前国内外已开发和研制出许多智能家居照明系统,极大满足了人们对... 详细信息

照明是人类社会发展不可或缺的组成部分,随着社会的高速发展,人们对照明的品质有了更高的追求和要求,由智能化逐渐走向智慧化的家居照明系统,已经成为了一种发展趋势。目前国内外已开发和研制出许多智能家居照明系统,极大满足了人们对照明品质的需求。但是由于技术的局限性,早期选用的控制芯片信息处理能力有限,和现在大力发展的智能家居系统无法全面兼容,并且开发出的远程控制APP控制模式单一,用户操作不够便捷,无法充分满足人们对智慧照明的需求。为解决上述问题,我们提出了一种基于LT3964和FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片的新型家居智能照明系统。系统选用具有并行处理能力的FPGA芯片作为控制芯片,将智能照明系统的开发融入到智能家居系统之中;系统选用功能强大的LT3964芯片作为驱动芯片,LT3964芯片不仅具有双路输出,且调光调色分辨率高达8192个等级,非常的适用于家居照明系统的调光调色;系统开发的远程终端小程序不仅支持用户手动远程控制灯具的状态,而且还可以使用依靠各类传感器采集信息的智能控制模式进行自动控制。小程序可以实时显示室内环境的温湿度、光照度、室内是否有人存在、LED灯的状态等信息,实现用户任何时间任何地点对灯具进行智能控制。本文的主要工作如下:(1)总体方案设计。在开发过程中,首先对照明系统需求进行了分析,明确了照明系统需要实现的功能。其次设计了系统的总体框架,将系统划分为控制模块、驱动模块、感应模块和通信模块四个模块,明确了各个模块的主要功能、包含器件以及实现方法。最后简单介绍了设计过程中所使用的UART、I2C通信协议,Wi-Fi、传感器技术,以及Verilog HDL编程语言等技术。(2)硬件设计及制作。完成系统框架设计之后,首先对系统的硬件部分进行了设计,包括芯片的选型、驱动电路的设计与仿真、散热板与RGBW-LED灯阵的设计等。本文采用性能优异的LT3964作为电路的驱动芯片,采用功能强大并且具有并行处理能力的FPGA芯片作为系统信息处理及核心控制芯片。电路设计完成之后在仿真软件上进行了PWM调光以及输出功率等仿真,仿真结果显示设计达到了预期需求。然后,绘制PCB并焊接元器件制作了驱动板,将灯阵固定在散热板上,搭建好电路之后烧录代码对硬件进行了调光调色实验,检测结果显示设计符合需求。(3)软件设计。系统的软件设计主要涉及Verilog和Java Script等语言的编程,主要完成了两个方面的工作,一是远程控制小程序的界面开发,以及其与Wi-Fi模块的通信;二是FPGA芯片与各个模块之间通信,实现FPGA芯片信息处理和控制指令收发的功能。(4)系统性能测试。在完成整个系统的设计与制作工作之后,对系统进行了测试,并对结果进行了分析。结果显示,系统的驱动电路具有高的电路转化效率,能够实现高分辨率的调光调色功能,系统开发的远程终端中手动控制模式与智能控制模式均能按照预期正常工作,系统总体性能达到了设计需求。

关键词：家居智能照明 FPGA LT3964 传感器

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智能照明系统节能控制的研究

智能照明系统节能控制的研究

作者：周士伟电子科技大学

学位级别：硕士

我国人口众多,能源紧缺严重制约了国民经济的发展。在国家经济发展中节能是一项长期的战略方针。在满足人民日益增长的能源需求基础上,如何进行节能,使能源利用率最大,是世界各国普遍关心的主要问题之一。本文针对节能系统中的照明节能... 详细信息

我国人口众多,能源紧缺严重制约了国民经济的发展。在国家经济发展中节能是一项长期的战略方针。在满足人民日益增长的能源需求基础上,如何进行节能,使能源利用率最大,是世界各国普遍关心的主要问题之一。本文针对节能系统中的照明节能,设计出具有双闭环的智能照明系统。一方面保证实时光照值稳定在设定值附近,实现一次节能。另一方面在光照值稳定的情况下对能耗寻优,从而实现进一步节能。然后根据整体设计对照明系统中各模块进行选择,搭建智能照明平台,实现系统的功能。为了简化控制复杂度,我们对所有灯具进行分组控制。这样就有很多种光照组合可以达到光照设定值,我们的目的是在众多光照组合中找到使能耗最小的组合,实现二次节能。通过常用的PID控制保证实时光照值稳定在设定值附近。根据智能照明系统中能耗寻优的需求,我们采用极值搜索算法对能耗最小值进行寻找。在本文中,我们重点研究基于梯度法极值搜索算法和基于牛顿法极值搜索算法,对它们的稳定性进行分析,并进行详细的理论证明。然后将这两种算法分别应用到智能照明系统的节能控制中,通过实验来验证这两种算法在智能照明系统中对节能控制的可行性和准确性。实验分为对输入遍历的单闭环实验,和极值搜索下的双闭环实验。遍历实验中没有加极值搜索控制算法,是为了找出光照稳定时输入与能耗的一一对应关系。找到相对能耗最小值,以验证双闭环实验下搜索结果的准确性。根据实验结果,我们发现在智能照明系统节能控制的应用中,这两种算法在实时光照稳定在设定值的情况下,都能够搜索到使能耗最小的光照组合,实现了二次节能的目的。而且在节能的效果上,我们发现基于牛顿法极值搜索算法优于基于梯度法极值搜索算法。因此,我们对这两种算法的性能分别进行了分析。由于基于牛顿法极值搜索算法中对Hessian矩阵逆矩阵的估计,使其搜索速率比基于梯度法极值搜索算法更快,搜索精确度也比基于梯度法极值搜索算法更高。

关键词：节能控制智能照明梯度法牛顿法极值搜索算法

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基于目标检测的智能照明系统设计与实现

基于目标检测的智能照明系统设计与实现

作者：李旻瀚华南理工大学

学位级别：硕士

人类社会的生产与生活离不开对能源的消耗。我国是一个人口大国,也是一个能耗大国。随着我国经济的快速发展,社会的生活与生产用电量也不断增加。但是,截至2020年,我国的能源结构仍以火电为主,能源使用带来的碳排放问题、环境污染问题... 详细信息

人类社会的生产与生活离不开对能源的消耗。我国是一个人口大国,也是一个能耗大国。随着我国经济的快速发展,社会的生活与生产用电量也不断增加。但是,截至2020年,我国的能源结构仍以火电为主,能源使用带来的碳排放问题、环境污染问题不容忽视。统计数据表明,建筑能耗是社会总能耗的重要组成部分,建筑照明用电是建筑总用电量中的重要组成部分,因此对建筑照明进行节能有着重要意义。传统的建筑照明节能控制系统依赖于专用传感器对室内人员进行感应,并按照室内人员活动情况进行照明控制。传统方法的在传感器感应精度、施工布线难度问题上存在一定的缺陷。随着深度学习、目标检测技术的发展,使用图像信息识别室内人员活动并以此为依据对照明设备进行智能控制具有了技术上实现的可能性,这种方法也天然适合已经安装了监控系统的公共建筑空间。本文将基于深度学习的目标检测技术应用于高校教室的照明控制上,实现了一个基于目标检测的智能照明系统,本文的主要工作内容如下:(1)对教室内人员检测方案进行研究,确定了使用头部检测的方式对教室内人员进行检测的方案。通过将公开数据集与自制数据集相结合的方式训练目标检测模型。(2)在对教室内人员的头部进行检测这一问题上对YOLO-v5m模型进行了多项改进尝试,对多个改进模型进行训练与性能评估,选出了命名为H-FPN-3H的改进模型,相比YOLO-v5m基准模型在检测精度与运行速度上都有一定的提升。(3)设计、实现了一个智能照明控制系统,该系统读取通过网络传输的教室监控视频流,实时在视频流上进行人员检测,并可以按照人员的区域分布控制对应区域的灯具开关,实现了照明控制的智能化。

关键词：深度学习目标检测智能照明