大型智能化建筑照明设备光调节设计方法

温剑锋

摘  要：近年来，大型智能化建筑逐步增多。为了达到节能降耗的要求，需要进行相应的节能设计，尤其是建筑物内的照明设备，可以通过外部动态光的变化情况来进行室内的光调节，进一步保障室内良好的光照条件、较高的发光效率。基于此，该文针对大型智能化建筑照明设备，提出了一种新型的照明设备光调节设计方法，有利于改变传统的光调节方式，提升视觉舒适性，降低照明设备的能源消耗。

关键词：智能化建筑;光调节原理;光调节设计

中图分类号：TU855        文献标志码：A

大型智能化建筑内，照明设备如果采用传统的光调节方式，将会造成巨大的能源消耗，不符合当下建筑行业可持续发展的要求，而照明设备的光调节中，根据外界光照条件的变化来进行调节，能够实现自然光照与设备光照的结合，提高照明设备光照的合理性。

1 大型智能化建筑照明设备发光调节

针对大型智能化建筑照明设备传统发光调节方式的不足与缺陷，在当前的技术背景下，逐步出现了一种基于自适应PID控制的照明设备发光调节方式。在此调节方式下，主要是将建筑物照明设备的驱动电源进行了改进设计，利用电阻来实现电流信号向电压信号的转换，经由A/D转换处理，使得经由处理的信号进入控制器，由于在控制器内包含了自适应模糊PID算法，能够将前期的信号转变为PWM控制信号再加以输出，而此输出信号可以对照明设备的发光亮度等加以调节与控制[1]。

2 智能化建筑的照明设备光调节原理

大型智能化建筑照明设备光调节，主要是指在工作环境状态下的发光亮度调节[2]。通常情况下，如果大型智能化建筑照明设备处于不同的光亮环境下，那么，人体所感知到的光照亮度也并不是固定不变的，人体感知的光照亮度与外界亮度变化呈现出正向变化的关系。如果将人们感知的亮度最小值作为光照灵敏度阈值，此数值一般为0.005～0.05。因此，大型智能化建筑照明设备光调节的过程中，只要照明设备亮度的最小值与最大值不存在变化，就可以保持室内良好的光照强度。驱动电源中由于安装了光感传感器，此传感器可以在光调节中实时检测外界的光照情况，而利用专有的转换器，能够将感应器所获得的数字信号传输于驱动电源系统内，当系统发现发光强度存在明显的变化时，会立即启动自动调节程序。

在大型智能化建筑照明设备的发光调节过程中，光照亮度会受到照明设备驱动电源、外部光照环境等因素的影响。人们所感知的建筑物光照不仅与光源功率存在着紧密的联系，还会受到外界环境光照变化的影响。人眼感受到的亮度S与照明设备亮度B之间的关系如式（1）所示。

S=KlgB+Ko   （1）

在式 （1）中，K和Ko为常数，其数值大小往往直接由外界环境的光照亮度所决定。由于人们的心理因素不同，所感受到的光照亮度也存在一定的差异。建筑物中的照明设备如果处于不同的亮度值下，人眼所感受到的光照最小值Bmin或是最大值Bmax也存在着一定的变化，人眼所感受的光照亮度与相对亮度变化二者之间呈现出正向变化的关系，也就是说，B与ΔBmin为正比例关系。如果将人眼所感受到的最小亮度变化δ=ΔBmin/B作为光照灵敏度阈值，此范围始终在0.005～0.05。因此，这种变化关系使得在照明设备最大与最小亮度比值保持不变的情况下，人眼能够快速适应建筑物内的光照强度。人眼对光照强度的敏感度常常会受到外部环境光照亮度值Bφ的干扰，实际的光照强度对比度为：

（2）

大型智能化建筑照明设备驱动电源的构成如图1所示。

照明设备驱动电源结构中，光感传感器发挥着重要的作用，其可以进行建筑物外部环境光照强度的实时检测，而所获得的检测信号会经由模数转换器转变为数字信号，在整个照明设备的电源信号中，经由转换处理的数字信号可以被传输于驱动电源系统中。而驱动电源结构中所包含的EPLD能够根据照明设备的亮度值，根据所获得的信号来进行发光强度的调节，达到自动调节的目的。

如图1所示，EPLD模块的存在主要是为了进行光照强度信息的采集，所采集到的ch0和ch1能夠被转换为S_DATA0和S_DATA1，这些经由转换处理的信息能够被传输到相应的比较器中，T_Ctrl会根据对比结果来进行控制信号、指令的发出[3]。照明设备驱动电源主要包含了多个输出，其中，一个输出需进行照明设备发光亮度的调节，而CTRL1与CTRL2分别用于接收R_data模块与W_data模块的数据，当接收完这些数据以后，能够进行照明设备发光亮度值的获取。比较器能够进行照明设备亮度值、外界环境光照强度值的计算，根据其计算结果，能够实现对照明设备驱动电源亮度的自动调节。

3 基于自适应PID控制的驱动电源设计

3.1 照明设备驱动电源硬件设计

在大型智能化建筑照明设备的光调节中，驱动电源起着重要的作用，为发挥驱动电源的作用，其总体设计主要采用的是反激式隔离开关电源设计。在驱动电源的运行中，输入端110 V～230 V的交流电会依次经由保险丝F1、EMI滤波电路等加以传输。EMI电路中，电感T1、2个X1型电容CX1、CX2是其中的重要构成，再加上输入端热敏电阻RT1的存在，使得在运行过程中能够有效应对浪涌电流的冲击作用。电流经由整流滤波以后，会进入CBB电容C1来进行滤波，随后在此滤波处理以后进入功率因数进行电路的调节，使得功率因数能够达到0.9以上。电流在进入初级绕组、晶闸管Q1、采样电阻R6、R7以后，最后到地，大型智能化建筑照明设备主回路的这种特殊构成使得其可以在光调节中发挥重要的作用。驱动电源控制回路主要采用的是PWM控制，这种控制方式下，采样电阻能够实现电流信号向电压信号的转换，经由A/D转换处理，这些被转换处理的信号进入控制器，而内部自适应模糊PID算法的存在能够使其产生PWM控制信号，输出信号可以进行照明设备亮度与PWM信号进行有效的控制，优化照明设备发光的自动调节。

3.2 构建驱动电源控制模型

驱动电源控制模型的构建对于实现大型智能化建筑光调节也有着重要的意义，驱动电源控制模型中，主要包含了模糊控制系统与可控式PID系统，模糊控制系统的构建主要是为了对PID所涉及的各个参数实施自动化修正，而可控式PID系统的存在是为了对驱动电源加以控制。一般情况下，驱动电源PID控制系统的参数主要为KP、KI和KD，三者之间存在着紧密的联系。1）如果取值相对较小，为了使驱动电源始终处于稳定、可靠的运行状态下，需尽量增大KP、KI的数值，而为了应对驱动电源预设值周围的些微波动情况，需尽量将KD取小一些。2）当取值处于中间时，为了保障驱动电源处于正常的运转状态下，需尽量将KP取小一些，避免取值过大对电源驱动所造成的不利影响。3）如果取值较大，为保持驱动电源良好的动态性能，需保持KD的较大值，KP的較小值[4]。

3.3 实现驱动电源的自动化控制

在大型智能化建筑照明设备驱动控制系统的运行过程中，只有实现了驱动电源的自动化控制，才能够在驱动电源的运行中根据具体的情况来进行相应的调节与控制。在驱动电源控制中，极易出现发光亮度误差的情况，为了有效避免此类现象，可以采用PID系统控制来实现，将光通量约束于光通量周围，一旦光通量超出了标准范围，需利用控制算法加以约束，以保持驱动电源的稳定性。此外，驱动电源控制器宜选用3个输出、2个输入形式，并保持输入与输出成正比。传统算法的光调节存在问题，往往是由于在外界环境光亮始终处于动态变化的状态下，而驱动电源光亮度调节难以满足实时调节的需求。新型自适应光调节方式克服了传统调节的弊端，能够实现自动化控制。

4 结语

近年来，随着人们对建筑物提出了更多、更高的要求，大型智能化建筑尤其要注重智能化、自动化等的应用。在大型智能化建筑照明设备的光调节方面，需加大自适应光调节技术的应用，提高光调节的科学性，实现照明设备发光调节的优化。

参考文献

[1]魏丹利.建筑电气智能化系统联动控制技术[J].中国住宅设施，2020（2）：103-104，92.

[2]陈安安.智能建筑照明自动控制系统及关键技术分析[J].工程技术研究，2019，4（23）：202-203.

[3]吴迪.建筑智能用电系统健康节能策略探究[J].绿色环保建材，2019（12）：43-44.

[4]王国宁.建筑电气中的照明节能问题探析[J].工程技术研究，2019，4（17）：190-191.