樓道照明控制系統綜述

作者/田毅，山東師范大學附屬中學高三·六班

樓道照明控制系統綜述

作者/田毅，山東師范大學附屬中學高三·六班

樓道照明與人們的日常生活息息相關，其電力能源浪費是常見問題。合理控制樓道照明用電，可以達到節能和保護環境的目的。本文從照明光源、照明系統的控制方式以及供電方式等多方面綜述樓道照明系統，為節約樓道照明用電提供依據。

樓道照明；控制系統；節能

引言

生活小區、寫字樓等多層或高層建筑離不開樓道照明。樓房照明消耗的電能中，有實用價值的照明用電約占總耗電量的60%，無實用價值的照明耗電約占40%[1]。這與當前節能、環保的國策不相適應。合理地控制樓道照明用電，減少樓道照明用電消耗，對節約能源具有重要現實意義。

樓道照明系統的基本構成為供電電源、電源開關和照明燈。為節約電能，按需亮燈，需滿足白天滅、晚上亮和有行人則亮、無行人則滅的基本控制要求，這就需要增加感知和控制環節。一方面感知白天和晚上或者光照強度，另一方面需要感知是否有行人，若做到人走燈滅，還需感知行人是否離開，進而控制亮燈和自動滅燈，從而達到節能的目的。因此能夠有效節能的樓道照明系統由供電電源、感知可控的電源開關和照明燈。本文從照明燈光源、感知控制方式和供電方式等方面進行綜述，為設計節能環保的樓道照明控制系統提供依據。

1.樓道照明光源

近代照明光源主要采用電光源，一般分為熱輻射光源、氣體放電光源和半導體光源三大類。樓道照明燈主要為白熾燈、節能燈和白光LED燈。白熾燈是應用最早的照明光源，因鎢絲通過電流發熱而發光，大部分能量變為了熱量而浪費掉，僅有不到10%的電能轉化為光能，且壽命短，作為照明光源，已逐步被淘汰，一定時期內被節能燈取代。節能燈為氣體放電光源，將熒光燈和鎮流器組合成一體，同樣光能輸出的前提下，只需耗費普通白熾燈用電量的1/5，節能方面效益顯著，但廢舊節能燈對環境的汞污染已引起關注。另外，節能燈啟動過程存在高壓環節，每次啟動均會造成一次高壓沖擊，樓道照明需頻繁啟動，影響其壽命，省電不省錢。LED照明燈為半導體照明，是真正意義上的綠色照明，較節能燈更加節能且環保，耗電不到節能燈的一半，廢棄物可回收，壽命長，但其價格較高，目前尚未得到普及應用。隨著技術的發展，LED照明燈的價格有望降到節能燈的水平，未來的照明被LED燈代替無可置疑。

2.樓道照明感知燈控制方式

合理控制樓道照明燈的亮、滅，既可方便行人，也可以節約用電、避免電力浪費。為達到此目的，樓道照明燈應滿足如下要求：（1）白天滅，晚上亮；（2）有行人亮，無行人滅；（3）白天有行人，也不亮；（4）人不走，燈不滅。

為滿足上述控制要求，已有多種控制方式，主要分為兩類：手控和感知控制。手控方式，行人按需開燈和關燈。早期的手控方式，亮燈、滅燈均需手控，存在如下缺陷：（1）環境亮度低時，行人可能找不到開關位置；（2）行人可能忘記關燈，造成能源浪費。后又發展為手控開燈、延時自動滅燈和手控開燈（受白天、晚上檢測控制，白天按開關燈不亮，晚上按開關燈亮）、延時自動滅燈[2]兩種模式。目前，手控方式已逐步被淘汰。感知控制，通過環境亮度的檢測和有無行人的檢測，控制照明燈的亮、滅，同時控制點燈時間或人不走燈不滅[1,3-5]。用行人傳感器檢測行人是否離開，可真正實現人來燈亮，人走燈滅。

光照強度或白天、晚上的檢測常用光敏二極管、光敏電阻等光敏傳感器。行人檢測常用聲波傳感器、電容式人體感應傳感器、超聲波傳感器、人體紅外傳感器和人體微波傳感器等測量移動物體的傳感器。實現控制要求的電路主要有分立元件、集成電路、單片機等幾種形式。用單片機容易實現控制功能。

此外，多傳感器融合技術也已應用于樓道照明燈的感知控制中。文獻[6]利用了多傳感器技術，用光敏電阻檢測光照強度，用人體紅外傳感器和人體微波傳感器同時檢測行人，軟件延時控制點燈時間，由單片機實現檢測與控制。文獻[7]在行人感知環節利用了多傳感器融合技術，用漫射式光電傳感器、人體微波傳感器和人體紅外傳感器等多傳感器感知行人，用D-S證據理論融合多傳感器感知結果，最終用融合決策結果確認是否有行人。利用多傳感器感知環境和多傳感器感知行人，并利用適當的多傳感器融合決策算法，將大大提高感知控制樓道照明燈準確率，既能可靠滿足行人照明的需求，又能有效地節約電能。

3.樓道照明供電方式

樓道照明燈供電電源有交流市電（AC220V）和太陽能供電兩種。AC220V是樓道照明燈的主要電源，隨著可再生能源的開發利用，太陽能光伏應用技術逐步普及，太陽能樓道照明系統逐步得到應用[8]。目前樓道照明燈這兩種供電方式共存。以太陽能、風能等可再生能源為主、AC220V為輔的樓道照明電源系統是發展方向。

圖1 白熾燈和節能燈感知控制功能框圖

圖2 LED燈感知控制功能框圖

白熾燈、節能燈和白光LED照明燈均可以使用AC220V。白熾燈和節能燈可以直接使用AC220V，其亮、滅控制相同，控制功能框圖如圖1所示。LED燈需直流電源，應增加AC220V轉換為直流電源的環節，如圖2所示。

太陽能供電的樓道照明系統的光源多采用白光LED燈。由于太陽能供電具有間歇性，陰天和晚上取不到能量，需具有儲能功能，沒有太陽時由儲能元件供電，可用蓄電池和超級電容器等元件進行儲能。太陽能供電受氣候影響較大，連續陰天的情況，儲能元件往往不能滿足照明供電的要求，需增加AC220V作為備用電源。因此，太陽能樓道照明系統應由太陽能光伏組件、太陽能控制器、環境檢測和行人檢測傳感器、控制開關、儲能元件、AC220V備用電源和白光LED燈構成。

4.結論

樓道照明用電節約尚未達到滿意的程度，本文從照明光源、控制方式和供電電源等方面對樓道照明系統進行了全面綜述，旨在為節約環保的樓道照明控制系統的設計提供依據。

（1）綜述了照明光源的類型和特征，指出白光LED燈是符合節能環保要求的樓道照明光源；（2）綜述了樓道照明燈的控制方式，重點說明了通過傳感器檢測環境和行人的多種控制模式及其控制過程，多傳感器融合技術能夠準確實現樓道照明燈的控制要求；（3）綜述了樓道照明燈的供電方式，結合樓道照明光源的應用趨勢，指出可再生能源、儲能元件和AC220V備用是樓道照明電源的發展方向。

＊ [1]王寶良.樓道照明自動控制器[J].電子技術應用,1983,(4):43—44

＊ [2]宋德杰.智能節電控制器[J].電子制作,2005,(10):33—33

＊ [3]吳順華.聲光控制白熾燈到LED[J].電子制作,2014,(9):19—20

＊ [4]黃中永.智能樓道照明節電控制系統的設計[J].企業科技與發展,2015,(14):16—17

＊ [5]李萌.智能樓道照明節電控制系統的設計[J].電子制作,2014,(10):50,49

＊ [6]楊桃月,師海斌.基于多傳感器融合技術的樓道照明檢測系統設計[J].機電技術, 2013,(4):2—4

＊ [7]師海斌,邱望標.多傳感器融合技術在樓道照明系統中的應用[J].現代機械,2011,(6):72—73

＊ [8]王志勇,田樹仁,夏國明,等.基于超級電容的太陽能樓道照明系統的設計[J].河北科技大學學報,2011,32(4):333—337