毕业设计(论文)外文资料翻译

PAGEword文档可自由复制编辑外文原文（复印件）2、外文资料翻译译文节能智能照明控制系统SherifMattaandSyedMasudMahmud,SeniorMember,IEEEWayneStateUniversity,Detroit,Michigan48202Sherif.Matta@,smahmud@摘要节约能源已成为当今最具挑战性的问题之一。最浪费能源的来自低效利用的电能消耗的人工光源设备（灯具或灯泡）。本文提出了一种通过把人工照明的强度控制到令人满意的水平，来节约电能，并且有详细设计步骤的系统。在白天使用照明设备时，尽可能的节约。当记录超过预设的照明方案时，引入改善日光采集和控制的调光系统。设计原理是，如果它可以通过利用日光这样的一种方式，去控制百叶窗或窗帘。否则，它使用的是人工建筑内部的光源。光通量是通过控制百叶窗帘的开启角度来控制，同时，人工光源的强度的控制，通过控制脉冲宽度来调制（PWM）对直流灯的发电量或剪切AC灯泡的AC波。该系统采用控制器区域网络（CAN），作为传感器和致动器通信用的介质。该系统是模块化的，可用来跨越大型建筑物。该设计的优点是，它为用户提供了一个单点操作，而这个正是用户所希望的光的亮度。该控制器的功能是确定一种方法来满足所需的最小能量消耗光的量。考虑的主要问题之一是系统组件的易于安装和低成本。该系统显示出了显著节省的能源量，和在实际中实施的可行性。关键词：智能光控系统，节能，光通量，百叶帘控制，控制器区域网络（CAN），光强度的控制一简介多年来，随着建筑物的数量和建筑物房间内的数量急剧增加，能源的浪费、低效光控制和照明分布难以管理。此外，依靠用户对光的手动控制，来节省能源是不实际的。很多技术和传感器最近已经向管理过多的能量消耗转变，例如在一定区域内的检测活动采用运动检测。当有人进入房间时，自动转向灯为他们提供了便利。他们通过在最后人员离开房间后不久关闭转向灯来减少照明能源的使用。它的缺点是，在房间里不能得到其他来源的光。此外，它依靠的是用户触发内部传感器的位置。运动探测器是先进的，但他们也不是完美的的。节省能源的另一种方法是使用调光器，调光器通过手动的方法来控制人造光的强度，一些调光器虽然节约能源，但是如果有另一个房间的光线源时，他们不自动响应。几项研究表明能源的节约是因为日光的采集。加州能源委员会的公共利益能源研究计划[1]提出了一种对开/关控制的研究部署，但他们没有考虑过日光照明的因素。虽然它使开/关控制更便宜，但连续调光器可以用合理的成本节省更多的能源。日光采集系统可节省电力照明20-60％[2]。能源的节约依赖于不同的控制系统的空间类型。只要有日光就可以部署日光的采集。他可以在有光线进入的窗户或天窗的地方更好的工作。这些场所包括办公室，公共建筑和学校。通过增加窗口大小来增加节能，可能造成过度照明，为工作带来不便，需要部署手动百叶帘或其他遮阳装置。

要设计一个有效的方案来节省能源，有必要了解可用光源的性质。自然光可以是直接或间接的阳光（环境光或物体表面反射）。人造光源可以通过提供标准灯泡的功率量（电）产生。其他重要的因素，光源的位置，光的入射角度，以及光传感器的位置和路线的校准。最后，光源的颜色，可以显著影响传感器的读数[3]。

在[4]中描述的控制方法来控制百叶的角度。Y.陈[4]一直专注于失真控制器和双控制回路。当我们不关心百叶帘角度的准确性和光量的存在时，一个单一的控制回路就足够了。在[5]中描述了一些应用MEMS的昂贵的解决方案。V.菲尔埃克[5]采用微镜面反射回来额外不需要的太阳光线。微反射镜的制造十分昂贵。其他研究人员使用无线网络作为光传感器的通信[6]尽管无线传感器很容易安装，且无需布线，但是它很昂贵，而且对噪声敏感。在本文中，，考虑到白天光照过度使用CAN总线作为通信媒体，引入一个低成本且节省电能的设计逻辑。CAN是一个基于消息的协议，专门为汽车应用而设计的，但它也被广泛用于工业和制造业。CAN总线的高抗干扰和鲁棒性给系统提供可在建筑中扩展的能力，它为用户提供了一个单一的操作点，并使系统模块化。剩下的纸张安排如下：第部分系统模型。第三部分介绍我们的实验和模拟工作。最后，第四部分提出结论。二系统模型主要的系统组件如图1所示，系统由两组光电传感器，百叶窗致动器（伺服电机），内部人造光，一个工作点，主控制器组成。所有组件通过CAN总线进行通信。光传感器被用来测量室内和日光照明。光传感器应放置在房间内，用这样一种方式，避免了来自光源的直射，并在同一时间可以采集表面的光。房间光传感器的典型位置是工作表面上方的天花板。光传感器应安装在百叶窗的外边来检测日光强度级别。无论是室内或日光光敏元件都是一组，并以整个组的平均水平，来得到一个更精确读数。用百叶帘执行器来控制百叶窗的角度，通过日光或阻止日光。通过调整工作点来调整单元所需的光强度。内部光源可以是直流或交流灯泡。直流灯泡通常是通过PWM信号控制，无源电阻交付特定的发电量，不浪费任何能源。通过控制交流灯泡夹晶闸管交流波形的一部分，从而为所期望的照明提供所需的特定能量。主控制器通过CAN与总线上的其它组件通信。

图1系统组成和物理连接系统操作

图2所示为控制回路的框图。控制器和逻辑过程板块负责收集所有传入的环境变量，包括房间外面的光强度（日光），房间内的光照强度（灯）和最后的用户输入。控制器处理所有的输入变量和负责提供最佳的解决方案，用尽可能少的功耗来照亮房间。例如，如果用户想要增加房间的照明，该控制器将首先检查可以从日光得到多少光。如果满足最小要求，控制器将打开百叶帘带来里面的一部分日光。如果日光的照度不能满足用户的要求，则控制器将使用部分人工光源（灯泡）作为助手源，以满足所需的光水平。控制器将作为决策板块。此外，控制器处理所有的CAN消息。百叶帘电机控制块负责调节百叶的角度，它包括一个控制器和一个将电力提供给电机的电机驱动放大器。系统的PWM调光控制器是负责提供电源来获得特定的灯泡照明。工艺流程

进行房间内的光量调整，我们有两种选择：通过百叶窗采集的外面光源（日光）和人工光源。当然人工光源是我们必须要使用的，日光是我们使用最多的。在图3所示的流程图中，我们看到有两种情况。第一种情况，当用户想增加一房间内光的强度，用户将按需要调整设定点。控制器将比较房间外日光量与所需衡量。如果可以利用外面的光照，控制器将打开百叶帘，，直到房间里面的光照强度达到设定值（用户满意的光照水平）。如果采光量不够，将使用内部的人工光（使用灯），以这样一种方式，以满足所需光的量。第二种情况是减少房间内的光量。在这种情况下，该控制器将检查是否有使用任何人造光，如果是的话，它会开始降低灯电源，直到降低到所需光照强度的光量。如果这此灯完全关闭，仍然达不到所需的光照强度，控制器将开始关闭百叶帘。如果两种方法均达到最低值，控制器将停止在此的工作。由于本系统是一个闭环系统，在任何时刻，如果日光强度变化时，系统将通过关闭或打开百叶帘和打开或关闭内部的人造光对未能遵守系统规则的最大能量作出相应的反应。百叶帘零点位置根据白天的日照平均方向而变化。百叶窗90度位置时允许的最大光通量和百叶窗零度位置时总的阴影（阻塞）位置如图4所示。百叶帘的零位可以通过射线跟踪的零位跟踪来控制。可扩展性

如图5所示系统，作为节能单元的一组。每个单元负责建筑物内的特定区域。每个单元由前面所述的控制器，传感器，执行器和用户控制台组成。基本上，我们假设每一个省电单元控制一个区域。然而，基于所有的传感器和执行器都使用CAN总线的事实，所以它可以把所有的省电单位连接在一起。在这个架构中，通过CAN总线控制把各单位连接在一起并且使不同的工作点控制所有的单元。此外，建设管理中心通过计算机图形接口控制所有的建筑照明。它用单一的运作能力来控制和监视整个建筑物的能源浪费。使用CAN总线在长度上有一定的限制，可以使用中继器或CAN-CAN接口扩大覆盖长度。容错性和可靠性

由于在区域之间一些建筑没有物理边界，从一个区域发出的照明可以影响其他区域。采用CAN总线的其中一个优点是，该区域由一个单一的节电装置控制，也可以考虑到其他单元的传感器数据。由于所有的传感器都连接到CAN网络，它可以为一个单元控制器请求来自其他区域的没有经过任何物理的修改的传感器读数。此外，CAN总线为计划系统给出高精度公差。在任何传感器或执行器发生故障的情况下，系统可以自动恢复，并且可以依靠网络中的其他传感器。三试点工作与仿真该系统的执行是靠使用一个小的硬件模型来代表一个有水平百叶窗的房间。两套直流灯泡安装在天花板中心，两个光电阻被用作光传感器。百叶通过高科技的PWM伺服电机HS-422控制，它的成本在13美元左右，它带有以直接安装在里面制器和放大器。由于体积小巧，它可以直接安装在百叶窗顶部的外壳上。经过编程的P1C18F458微控制器作为主控制装置（节点1），而较小的PLC单片机在实际生产中可用作PLC18F节点1作为主节点，其他节点作为副节点。节点1集中节点2和3来分别获取房间内部和外部的光水平。节点4负责接收来自节点1的CAN报文并且将其转换成PWM信号来控制人工照明（照明灯）。节点5与节点1，通过伺服电机来控制死角。此外，该工作点直接连接到节点1。MCP2551（成本0.89美元）作为收发器。它还提供了CAN控制器和由CAN总线外源生成的高压峰值之间的缓冲区。节点1的电路图如图6所示。在实验工作中，节点1直接控制伺服电机，并且直接连接用户输入端。两个终端电阻用来终止CAN总线的近端和远端。RC6和RC7引脚通过RS232来连接PC机监控不同的变量。莫拟分为两个阶段，第一个阶段采用Matlab作为独立的系统，不考虑CAN的模拟工艺流程。独木舟模拟器用于第二阶段的仿真，独木舟模拟器广泛应用于汽车行业来分析CAN消息和计算延迟时间。该系统可以在低波特率时高效率工作。因此，可以用低成本元件来组建系统。通过测试发现64ps线路满足省电单位。如图7所示的例子，其中用户需要的光照强度500LUX。在图7（a）中，从日光中获取的光照强度为250LUX，因此控制器使用50％的内部光协助日光。图7（b）所示，当日光增加至750LUX时，所有的内部光源完全关闭，百叶帘阻挡外部光线。系统的响应如图8所示。通常一个工作日在上午8点开始，它需要增加照度到就像IES建议[7]的500LUX。在清晨，日照强度开始逐渐增加，到中午12时达到高峰，然后开始逐渐减少。在清晨和傍晚能源消耗是最大的，原因是日光强度不满足用户的需求。节省的能源是集点和日光曲线之间相交区域的面积。用百叶帘可以阻止过度照明。日光曲线是一个包含很多参数的函数，如每月和当天的记录。这也取决于天气状况。最后，窗户3的方向可以显着影响可用的采光量。在本文中，我们已经提出了采用CAN的智能节电系统。用逻辑的方法控制天窗的角度来采集日光，同时还为用户阻挡过多的日照。设计计划的验证是靠实际的硬件模型以及计算机模拟验证来实现的。参考文献[1]JB阿瑟·罗森菲尔德，凯伦·道格拉斯，“日光采集带来便利，”加州能源委员会的公共利益能源研究（PIER）0.2008。

[2]GRN安卡D.克里斯蒂安，丹尼尔·桑德，开放式办公室的节能照明控制系统：一个领域的研究。第一卷。4，第7-29页，2007年7月。

[3]“IEEE推荐实践节约能源和成本效益在工业设施中的规划，”IEEE标准739-1984，P。0-2，1984。

[4]Y陈等人，“以虚拟线路网络为基础的百叶控制系统的室内采光，”计算机与电气工程学院，2009年。ICCEE'09。