采用MicroBlaze的办公室照明节能系统设计

　　摘要：本文采用MicroBlaze嵌入式处理器为控制器设计了一种办公室照明节能系统。该设计根据办公室自然采光情况对人工照明进行分组，采用光敏传感器进行测光，双反射式红外传感器检测室内人数，实现对办公室照明的智能控制。经实验验证，达到设计要求。

　　引言

　　据统计，在普通民用建筑用电消耗中，照明用电量占到总用电量的15%~25%。采取合理的措施，节约照明用电对减少总的用电消耗意义重大。就办公室照明节能而言，首先应从设计着手，如充分利用自然光，选择节能灯具，合理设计灯具布局等;另一方面，可以从日常使用出发，尽量避免电能浪费。办公室照明用电浪费主要有两个方面：1)自然光照充足情况下，仍然使用人工照明;2)办公室无人情况下，未及时关闭照明系统。采用智能照明控制系统是解决这两个问题的有效措施，并已有很多文献对此进行讨论。在各种方案中，通常用光敏传感器对自然光进行测量，决定何时关断照明系统，但对光敏传感器布局和照明灯具分组的选择却不尽合理。对办公室人员数量的判断，通常采用热释电传感器实现。由于普通热释电传感器无法探知静止人体，因此通常采用主动或双元型热释电传感器，但前者需要机械装置而后者需信号处理电路，可靠性和实用性受到限制。这些方案中，控制器通常采用单片机实现，虽然单片机能胜任基本的要求，但受自身的限制不便于今后功能的扩展和容量的扩充。本文针对这些问题讨论了灯具分组的方法以及传感器设置的技巧，并在此基础上采用Xilinx公司的MicroBlaze嵌入式处理器为核心设计了一套办公室照明节能系统。

　　灯具布局与传感器设置

　　要达到较好的照明节能效果，灯具的合理布局与传感器的科学设置对整个节能系统而言非常重要。图1为需要安装照明节能系统的办公室平面图。该办公室为教师办公室，朝南呈矩形，进深和面积较大。白天自然采光效果较好，靠窗的办公桌完全能满足照明要求;但在多云或阴雨天，靠门口的办公桌光线较暗，无法满足办公室照明要求。因此在布局时，按自然采光由亮到暗将灯具分为三组(I、II、III)，并与采光窗平行排布。采用这种灯具布局方式，可以最大程度地利用自然采光，当所在组满足办公照明要求时，关闭该组的人工照明，当无法满足照度要求时，则打开该组的人工照明。　　

 

　　在办公室照明节能系统中，传感器的设置也需要进行科学合理的选择。为了获知每个区域中自然采光情况，每组都安置一个光敏传感器，如图1所示S1、S2、S3。考虑到不同时段，日光入射角度不同，因此将光敏传感器安置在办公室中轴线上最为合理。通过实验表明，光敏传感器应适度朝向窗口，这样获取的自然采光信息与人体感受更为一致。为了避免荧光灯光线对光敏传感器造成误判，应对传感器外围适度遮挡。判断办公室内的人数，从而在无人情况下关闭照明系统，也是照明节能系统设计中非常重要的一环。由于该办公室仅有一个入口，只需对进出人员数量进行统计，便可获知办公室内人数。一组两个反射式红外传感器按一定距离平行安装在入口一侧，如图1中S4所示。人员进出时两个传感器触发顺序正好相反，便可判断人员的进出情况，通过计数器便能统计出办公室内人员的数量，当室内人数为零时便关闭人工照明。