采用MicroBlaze的辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：本文采用MicroBlaze嵌入式處理器為控制器設(shè)計(jì)了一種辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)根據(jù)辦公室自然采光情況對(duì)人工照明進(jìn)行分組，采用光敏傳感器進(jìn)行測(cè)光，雙反射式紅外傳感器檢測(cè)室內(nèi)人數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)辦公室照明的智能控制。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　引言

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jié)約照明用電對(duì)減少總的用電消耗意義重大。就辦公室照明節(jié)能而言，首先應(yīng)從設(shè)計(jì)著手，如充分利用自然光，選擇節(jié)能燈具，合理設(shè)計(jì)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(fèi)。辦公室照明用電浪費(fèi)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(tǒng)。采用智能照明控制系統(tǒng)是解決這兩個(gè)問(wèn)題的有效措施，并已有很多文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行討論。在各種方案中，通常用光敏傳感器對(duì)自然光進(jìn)行測(cè)量，決定何時(shí)關(guān)斷照明系統(tǒng)，但對(duì)光敏傳感器布局和照明燈具分組的選擇卻不盡合理。對(duì)辦公室人員數(shù)量的判斷，通常采用熱釋電傳感器實(shí)現(xiàn)。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(jī)械裝置而后者需信號(hào)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(jī)實(shí)現(xiàn)，雖然單片機(jī)能勝任基本的要求，但受自身的限制不便于今后功能的擴(kuò)展和容量的擴(kuò)充。本文針對(duì)這些問(wèn)題討論了燈具分組的方法以及傳感器設(shè)置的技巧，并在此基礎(chǔ)上采用Xilinx公司的MicroBlaze嵌入式處理器為核心設(shè)計(jì)了一套辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)。

　　燈具布局與傳感器設(shè)置

　　要達(dá)到較好的照明節(jié)能效果，燈具的合理布局與傳感器的科學(xué)設(shè)置對(duì)整個(gè)節(jié)能系統(tǒng)而言非常重要。圖1為需要安裝照明節(jié)能系統(tǒng)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(dāng)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(dāng)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(jié)能系統(tǒng)中，傳感器的設(shè)置也需要進(jìn)行科學(xué)合理的選擇。為了獲知每個(gè)區(qū)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(yàn)表明，光敏傳感器應(yīng)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(duì)光敏傳感器造成誤判，應(yīng)對(duì)傳感器外圍適度遮擋。判斷辦公室內(nèi)的人數(shù)，從而在無(wú)人情況下關(guān)閉照明系統(tǒng)，也是照明節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(duì)進(jìn)出人員數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便可獲知辦公室內(nèi)人數(shù)。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(cè)，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(jì)數(shù)器便能統(tǒng)計(jì)出辦公室內(nèi)人員的數(shù)量，當(dāng)室內(nèi)人數(shù)為零時(shí)便關(guān)閉人工照明。