新型智能照明控制系统的设计与验证

新型智能照明控制系统的设计与验证董珀。等现数据的收发”’。相比于传统的红外通信技术，该技术具有如下的特点：①照明设备中的电信号可直接用于通信，这样就可以用简单的设备建立起一个无线通信环境；②由于照明是不受任何无线电法规限制的，所以在无线电波要求很严格的环境中也可以使用。

发射可视光的载体有可见的ＬＥＤ光、激光、有机ＬＥＤ发光、荧光灯等，本文所用的可视光是由荧光灯所发出的光¨Ｊ。２．２系统的组成

我们所提到的运用可视光通信技术的智能照明系统，主要是用于加快整个系统向预设的照度收敛；而系统灯具上的ＩＤ发送装置，则用来向可视光传输光信号，并使用照度传感器上的接收终端接收这些信号＂】。图１为整个智能照明系统的结构。

图１

智能照明系统结构

Ｆｉｇ．１

Ｓ仃ｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｌｉｇｈｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

该系统中，每个灯都有一个ＩＤ，这些ＩＤ会被调制成可视光信号，照度传感器会直接接收这些ＩＤ信号，因此，每个灯的地点信息会被照度传感器所获知。与传统系统相比，这个过程几乎不用花费时间，系统就能够较快地收敛到预置的照度。２．３可视光通信技术的运用

在智能照明系统中，运用可视光通信技术，获取照明设备和照度传感器位置信息。目前，在智能照明系统中运用的这种通信技术有三种方式：①仅仅运用可视光通信技术，这在照明系统结构比较简单时运用比较有效；②根据不同的情形，在系统中选择性地运用可视光通信或者运用基于相关性系数的自适应邻域算法；③结合前两种技术加以应用，即粗略的位置信息可以通过可视光技术获取，然后通过算法得出准确的位置信息。２．４控制算法

本设计运用的控制算法就是上面我们所提到的第三种方法，即结合可视光通信技术的基于相关性系数的自适应邻域算法，其重点是获取照明设备和照度传感器的准确的位置信息。自适应领域算法流程图如图２所示。

（

开始

）

●

●

可视光通信

初始灯亮度

＋

●

照度、电能、－＇ｔ

可视光通信

相关性系数的获取

●

●

照度、电能、下一个灯亮度的评价

相关性系数的获取

上

＜≤蜜哆≯

ｌ

评价

否‘

●

返回前一个状态

ｌ基于町税光Ｉｌ

通信的邻域判决

Ｉ

ｐ———一否—气五＝》

Ｊ

下一个灯亮度的产生

卜＿

—是‘＞一

厂—●●。■—、

图２自适应邻域算法流程图

Ｆｉｇ．２

Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ

ａｌｓｏｒｉｔｈｍ（ＡＮＡ）

自适应领域算法的具体流程为：首先设定初始参数，如初始亮度、目标照度等，每个灯初始的亮度（发光率）是对应初始照度的。运用可视光通信技术传输灯ＩＤ，每个照明设备会得到每个照度传感器的信息以及从电能表所传输过来的用电量，通过亮度和照度参数计算出相关性系数和目标函数的值。通过照度传感器的信息，决定一个合适的邻域。下一个灯的亮度在这个邻域中随机产生，灯在这个亮度下运行。每个照明设备会得到每个照度传感器的信息（照度传感器的ＩＤ、当前照度、目标照度以及它所接收到的灯的ＩＤ）以及从电能表所传输过来的用电量，通过新的亮度和新的照度参数计算出相关性系数，由新的照度值和用电量值计算目标函数值。如果目标函数值得到了改进，此时就把对应的亮度确定下来，返回最初的可视光通信。如果目标函数值并没有得到改进，那么灯亮度的变化就取消，返回到最初的可视光通信。

通过上面的运行流程，可以使各个位置的照度收敛于目标照度，并且达到节能的状态。从上面的流程步骤可以看出，不管目标函数是否得到改进，返回最初的可视光通信的原因主要是由于环境因素的改变。

２．５算法中的目标函数

自动照明控制的目标函数主要是将照度值接近于目标照度，并且将用电量降到最低。我们所提到的算法中，目标函数如式（１）所示，每个控制器都运用这个目标函数，整个系统的优化目标就是使该目标函数值最小化。

＾

，＝ｔｏＰ＋（１一∞）∑ｇ，

（１）

式中：，ｌ为照度传感器的数量；Ｐ为用电量；∞为权重，计算时，在目标照度优化和最小用电量之间设置了权

４２

ＰＲＯＣＥＳＳ

ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＡＴＩＯＮ

ＶｏＬ３０Ｎ仉１１Ｎｏｖｅｍｂｅｒ

２００９