本發(fā)明涉及照明控制領(lǐng)域，尤其是一種基于室外照度采樣的室內(nèi)照明控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

照明控制系統(tǒng)，就是根據(jù)使用需求，并且結(jié)合日照、時間、人體感應(yīng)等因素，對燈具進(jìn)行開關(guān)和調(diào)光控制的硬件和軟件結(jié)構(gòu)。

目前，能源問題是我國社會可持續(xù)發(fā)展面臨的一大問題，當(dāng)前全國各地?zé)o不面對電力緊張帶來的各種問題，而室內(nèi)照明在給我們每個人帶來便利的同時，自身也消耗著大量的電能。室內(nèi)照明的目的是滿足人們的工作和生活需求，目前國內(nèi)大多數(shù)樓宇還在使用傳統(tǒng)的照明控制方式，在相當(dāng)多的時候是在做無用功，不能滿足現(xiàn)代室內(nèi)照明控制的需要，表明室內(nèi)照明存在巨大的節(jié)能空間。因此，為了實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能，必須結(jié)合相關(guān)的環(huán)境以及人文因素對燈具進(jìn)行調(diào)光控制，實(shí)現(xiàn)按需照明。

常規(guī)的自動調(diào)光照明控制結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要由獨(dú)立的室內(nèi)采光點(diǎn)、補(bǔ)光運(yùn)算模塊、調(diào)光量運(yùn)算模塊、調(diào)光驅(qū)動電路和可調(diào)光燈具組成。補(bǔ)光運(yùn)算模塊根據(jù)室內(nèi)采光點(diǎn)采集到的光照度，對比室內(nèi)目標(biāo)照度進(jìn)行補(bǔ)光運(yùn)算，得到需要的補(bǔ)光量，調(diào)光量運(yùn)算模塊根據(jù)輸入的補(bǔ)光量計算得到對燈具進(jìn)行調(diào)光控制所需要的調(diào)光量，該調(diào)光量輸入到調(diào)光驅(qū)動電路進(jìn)行照明驅(qū)動輸出。

上述的常規(guī)自動調(diào)光照明控制結(jié)構(gòu)為采用室內(nèi)采光點(diǎn)的反饋控制結(jié)構(gòu)，每個可調(diào)光燈具需要配備一個采光點(diǎn)，因此該采光點(diǎn)受日照、燈具自身以及臨近的燈具影響，這樣會造成照明控制出現(xiàn)不穩(wěn)定的因素，出現(xiàn)燈具亮度閃爍等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是：提供一種基于室外照度采樣的室內(nèi)照明控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的是：采樣該照明控制系統(tǒng)，對樓宇內(nèi)所有的燈具進(jìn)行集中控制，實(shí)現(xiàn)按需照明，避免不必要的電能浪費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能。并且，無需給每個可調(diào)光燈具配備一個采光點(diǎn)，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度以及成本。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于室外照明采樣的室內(nèi)照明控制系統(tǒng)，包括：室外照度采樣模塊，用于對室外的日照信息進(jìn)行采集；照度衰減運(yùn)算模塊，用于計算各個室內(nèi)燈具所在照明空間的實(shí)際日照量，以計算燈具進(jìn)行補(bǔ)光照明的補(bǔ)光量；補(bǔ)光運(yùn)算模塊，用于根據(jù)照度衰減模型所計算得到的各燈具所在照明空間的實(shí)際日照量，并根據(jù)所需要的室內(nèi)目標(biāo)照度，對各燈具所需的補(bǔ)光量進(jìn)行計算；調(diào)光量運(yùn)算模塊，用于根據(jù)補(bǔ)光運(yùn)算模塊計算所得的各燈具所在照明空間所需補(bǔ)光量，計算燈具進(jìn)行補(bǔ)光照明所需要的輸出調(diào)光量；調(diào)光驅(qū)動電路，用于根據(jù)調(diào)光量運(yùn)算模塊計算得到的各燈具進(jìn)行補(bǔ)光運(yùn)算所需要輸出的調(diào)光量，分別對各燈具進(jìn)行照明功率驅(qū)動輸出；所述室外照度采樣模塊和照度衰減運(yùn)算模塊連接，所述照度衰減運(yùn)算模塊計算各燈具所在照明空間日照量的輸出與各補(bǔ)光運(yùn)算模塊的輸入端連接，所述補(bǔ)光運(yùn)算模塊的另外一個輸入端連接室內(nèi)目標(biāo)照度參數(shù)，所述調(diào)光量運(yùn)算模塊的輸入端和補(bǔ)光運(yùn)算模塊的輸出端連接，所述調(diào)光驅(qū)動電路的輸入端和調(diào)光量運(yùn)算模塊的輸出端連接，所述各可調(diào)光燈具的輸入端和調(diào)光驅(qū)動電路的輸出端連接。

進(jìn)一步，所述室外照度采樣模塊包括光電傳感器、運(yùn)算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器以及數(shù)據(jù)傳輸電路，其采用單點(diǎn)或多點(diǎn)的方式對室外的日照信息進(jìn)行采集，所采集的日照信息包括光照強(qiáng)度以及日照方向。

進(jìn)一步，所述日照衰減運(yùn)算模塊由微處理器及軟件程序構(gòu)成，進(jìn)行室內(nèi)各燈具所在照明空間實(shí)際日照強(qiáng)度所依據(jù)的環(huán)境參數(shù)為日照強(qiáng)度、日照方向、日照角度、遮光角度、窗口方向、窗口面積、窗口透光率、 燈具-窗口距離和燈具窗口方向。

進(jìn)一步，所述補(bǔ)光運(yùn)算模塊由微處理器及軟件程序構(gòu)成，其進(jìn)行補(bǔ)光運(yùn)算的依據(jù)參數(shù)為各燈具所在照明空間的實(shí)際日照強(qiáng)度以及室內(nèi)的目標(biāo)照度。

進(jìn)一步，所述調(diào)光量運(yùn)算模塊由微處理器及軟件程序構(gòu)成，其進(jìn)行調(diào)光量運(yùn)算的依據(jù)參數(shù)為補(bǔ)光運(yùn)算所得的各燈具所在照明空間所需的補(bǔ)光量，其輸出調(diào)光量可為脈寬量或者數(shù)字量。

進(jìn)一步，所述調(diào)光驅(qū)動電路由數(shù)模混合電路以及功率輸出電路構(gòu)成，其直接輸出對燈具進(jìn)行點(diǎn)亮的電壓量或者電流量。

進(jìn)一步，所述可調(diào)光燈具為LED燈具，所述LED燈具的亮度根據(jù)所輸入的電壓量或電流量的不同可輸出不同的發(fā)光亮度。

一種基于室外照度采樣的室內(nèi)照明控制方法，其特征在于：包括：

S1、室外照度采樣模塊對室外的日照信息進(jìn)行采集，輸出具有日照強(qiáng)度以及日照方向的日照參數(shù)，供照度衰減運(yùn)算模塊使用；

S2、照度衰減運(yùn)算模塊接收室外照度采樣模塊發(fā)送的日照參數(shù)，對室內(nèi)各燈具所在照明空間的實(shí)際日照量進(jìn)行計算，把計算結(jié)果輸出到補(bǔ)光運(yùn)算模塊；

S3、補(bǔ)光運(yùn)算模塊根據(jù)照度衰減模型所計算得到的各燈具所在照明空間的實(shí)際日照量以及所需要的室內(nèi)目標(biāo)照度，對各燈具所需的補(bǔ)光量進(jìn)行計算，把計算結(jié)果輸出到調(diào)光量運(yùn)算模塊；

S4、調(diào)光量運(yùn)算模塊，根據(jù)補(bǔ)光運(yùn)算模塊計算所得的各燈具所在照明空間所需補(bǔ)光量，對各燈具進(jìn)行補(bǔ)光照明所需要的輸出調(diào)光量進(jìn)行計算，把計算結(jié)果輸出到調(diào)光驅(qū)動電路；

S5、調(diào)光驅(qū)動電路根據(jù)調(diào)光量運(yùn)算模塊計算得到的各燈具進(jìn)行補(bǔ)光運(yùn)算所需要輸出的調(diào)光量，分別對各燈具進(jìn)行照明功率驅(qū)動輸出。

本發(fā)明的方法的有益效果是：采用室外照度采樣，通過照度衰減模型得到室內(nèi)的實(shí)際日照量，通過補(bǔ)光算法、調(diào)光量運(yùn)算以及調(diào)光驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)高效、可靠的按需照明控制，避免不必要的電能浪費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中：

圖1為常規(guī)的自動調(diào)光照明控制結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明基于室外照度采樣的室內(nèi)照明控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明基于室外照度采樣的室內(nèi)照明控制系統(tǒng)各模塊的輸入輸出端口說明圖；

圖4為本發(fā)明的照度衰減模型結(jié)構(gòu)圖；

圖5為照度衰減模型中的遮光角度說明示意圖；

圖6為日照方向、窗口方向、燈具-窗口方向角度定義圖；

圖7為本發(fā)明基于室外照度采樣的室內(nèi)照明控制系統(tǒng)一種實(shí)施例說明圖；

圖8為本發(fā)明的基于室外照度采樣的室內(nèi)照明控制方法的整體流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參照圖2，本發(fā)明的一種實(shí)施例所采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括：

室外照度采樣模塊，用于對室外的日照信息進(jìn)行采集；

照度衰減運(yùn)算模塊，用于計算各個室內(nèi)燈具所在照明空間的實(shí)際日照量，以計算燈具進(jìn)行補(bǔ)光照明的補(bǔ)光量；

補(bǔ)光運(yùn)算模塊，用于根據(jù)照度衰減模型所計算得到的各燈具所在照明空間的實(shí)際日照量，并根據(jù)所需要的室內(nèi)目標(biāo)照度，對各燈具所需的 補(bǔ)光量進(jìn)行計算；

調(diào)光量運(yùn)算模塊，用于根據(jù)補(bǔ)光運(yùn)算模塊計算所得的各燈具所在照明空間所需補(bǔ)光量，計算燈具進(jìn)行補(bǔ)光照明所需要的輸出調(diào)光量；

調(diào)光驅(qū)動電路，用于根據(jù)調(diào)光量運(yùn)算模塊計算得到的各燈具進(jìn)行補(bǔ)光運(yùn)算所需要輸出的調(diào)光量，分別對各燈具進(jìn)行照明功率驅(qū)動輸出；

所述室外照度采樣模塊和照度衰減運(yùn)算模塊連接，所述照度衰減運(yùn)算模塊計算各燈具所在照明空間日照量的輸出與各補(bǔ)光運(yùn)算模塊的輸入端連接，所述補(bǔ)光運(yùn)算模塊的另外一個輸入端連接室內(nèi)目標(biāo)照度參數(shù)，所述調(diào)光量運(yùn)算模塊的輸入端和補(bǔ)光運(yùn)算模塊的輸出端連接，所述調(diào)光驅(qū)動電路的輸入端和調(diào)光量運(yùn)算模塊的輸出端連接，所述各可調(diào)光燈具的輸入端和調(diào)光驅(qū)動電路的輸出端連接。

進(jìn)一步，所述室外照度采樣模塊由光電傳感器、運(yùn)算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器以及數(shù)據(jù)傳輸電路構(gòu)成，可采用單點(diǎn)或多點(diǎn)的方式對室外的日照信息進(jìn)行采集，所采集的日照信息包括光照強(qiáng)度以及日照方向。

進(jìn)一步，所述日照衰減運(yùn)算模塊由微處理器及軟件程序構(gòu)成，進(jìn)行室內(nèi)各燈具所在照明空間實(shí)際日照強(qiáng)度所依據(jù)的環(huán)境參數(shù)有日照強(qiáng)度、日照方向、日照角度、遮光角度、窗口方向、窗口面積、窗口透光率、燈具-窗口距離和燈具窗口方向。

進(jìn)一步，所述補(bǔ)光運(yùn)算模塊由微處理器及軟件程序構(gòu)成，其進(jìn)行補(bǔ)光運(yùn)算的依據(jù)參數(shù)為各燈具所在照明空間的實(shí)際日照強(qiáng)度以及室內(nèi)的目標(biāo)照度。

進(jìn)一步，所述調(diào)光量運(yùn)算模塊由微處理器及軟件程序構(gòu)成，其進(jìn)行調(diào)光量運(yùn)算的依據(jù)參數(shù)為補(bǔ)光運(yùn)算所得的各燈具所在照明空間所需的補(bǔ)光量，其輸出調(diào)光量可為脈寬量或者數(shù)字量。

進(jìn)一步，調(diào)光驅(qū)動電路由數(shù)?；旌想娐芬约肮β瘦敵鲭娐窐?gòu)成，直接輸出對燈具進(jìn)行點(diǎn)亮的電壓量或者電流量。

進(jìn)一步，可調(diào)光燈具為LED燈具或者其它可調(diào)亮度的燈具，燈具的亮度根據(jù)所輸入的電壓量或電流量的不同可輸出不同的發(fā)光亮度。

一種基于室外照度采樣的室內(nèi)照明控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：包括：

S1、室外照度采樣模塊對室外的日照信息進(jìn)行采集，輸出具有日照強(qiáng)度以及日照方向的日照參數(shù)，供照度衰減運(yùn)算模塊使用；

S2、照度衰減運(yùn)算模塊接收室外照度采樣模塊發(fā)送的日照參數(shù)，對室內(nèi)各燈具所在照明空間的實(shí)際日照量進(jìn)行計算，把計算結(jié)果輸出到補(bǔ)光運(yùn)算模塊；

S3、補(bǔ)光運(yùn)算模塊根據(jù)照度衰減模型所計算得到的各燈具所在照明空間的實(shí)際日照量以及所需要的室內(nèi)目標(biāo)照度，對各燈具所需的補(bǔ)光量進(jìn)行計算，把計算結(jié)果輸出到調(diào)光量運(yùn)算模塊；

S4、調(diào)光量運(yùn)算模塊，根據(jù)補(bǔ)光運(yùn)算模塊計算所得的各燈具所在照明空間所需補(bǔ)光量，對各燈具進(jìn)行補(bǔ)光照明所需要的輸出調(diào)光量進(jìn)行計算，把計算結(jié)果輸出到調(diào)光驅(qū)動電路；

S5、調(diào)光驅(qū)動電路根據(jù)調(diào)光量運(yùn)算模塊計算得到的各燈具進(jìn)行補(bǔ)光運(yùn)算所需要輸出的調(diào)光量，分別對各燈具進(jìn)行照明功率驅(qū)動輸出。

下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例一

參照圖2、3、4和5，本發(fā)明的第一實(shí)施例：

如圖2所示，本發(fā)明的基于室外照度采樣的室內(nèi)照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括室內(nèi)照度采樣模塊1、照度衰減運(yùn)算模塊2、補(bǔ)光運(yùn)算模塊3、調(diào)光量運(yùn)算模塊4、調(diào)光驅(qū)動電路5、可調(diào)光燈具6和室內(nèi)目標(biāo)照度輸入7。

如圖4所示，為照度衰減模型結(jié)構(gòu)圖，在本發(fā)明的基于室外照度采樣的室內(nèi)照明控制系統(tǒng)中，用于根據(jù)室外的參考照度計算室內(nèi)的實(shí)際照度u，計算時所用到的參數(shù)有日照方向α、日照角度β、遮光角度θ、窗口方向Φ、窗口面積S、窗口透光率k、燈具-窗口距離L和燈具窗口方向γ。

如圖5所示，為本發(fā)明衰減模型中遮光角度說明圖，遮光角度θ為窗口所對遮光建筑最高遮光點(diǎn)和窗口中心連線的水平夾角。

如圖6所示，為本發(fā)明衰減模型中日照方向、窗口方向和燈具-窗口 方向角度定義圖，定義正東方向?yàn)?°，逆時針方向角度數(shù)值增加，正北向?yàn)?0°，正西向?yàn)?80°，正南向?yàn)?70°。

如圖7所示，為本發(fā)明基于室外照度采樣的室內(nèi)照明控制系統(tǒng)一種實(shí)施例說明圖，由于本發(fā)明中，對每個燈具的控制流程相同，因此以對“燈具1”的調(diào)光控制進(jìn)行本發(fā)明調(diào)光控制數(shù)據(jù)流及控制方法的說明。

假設(shè)室外照度采樣模塊所獲取的室外照度為U、日照方向?yàn)棣?、日照角度為β；測量所得“燈具1”所在照明空間的采光窗口方向?yàn)棣?，窗口面積為S，窗口透光率為k，燈具-窗口距離L，燈具窗口方向γ；假設(shè)照度衰減模型的實(shí)際照度計算函數(shù)符號為f，則所計算得到的燈具1所在照明區(qū)域的實(shí)際日照量為：

假設(shè)補(bǔ)光計算函數(shù)符號為g，則計算得到的燈具1所在照明區(qū)域所需要的補(bǔ)光量為：

當(dāng)室內(nèi)額度實(shí)際照度大于等于目標(biāo)照度時，所需要的補(bǔ)光量為0，否則所需要的補(bǔ)光量為G-u。

假設(shè)調(diào)光量計算函數(shù)符號為h，則計算得到的對燈具1進(jìn)行調(diào)光控制的調(diào)光量為：

W＝h(D)……(3)

輸出的調(diào)光量W為對可調(diào)光燈具進(jìn)行調(diào)光控制的脈寬調(diào)制信號的占空比值，該值的范圍為0到1。

假設(shè)調(diào)光驅(qū)動電路的調(diào)光量轉(zhuǎn)換函數(shù)為符號為h，則計算得到的對燈具1進(jìn)行調(diào)光控制的調(diào)光量為：

其中P_Max為可調(diào)光驅(qū)動電路對燈具輸出的最大功率，根據(jù)所輸入的調(diào)光量信號，燈具的照明功率為最大功率和調(diào)光量的乘積。

因此，可得，控制燈具輸出的最終照明功率為：

以上的調(diào)光控制計算方法中，公式(1)、(2)和(3)采用軟件算法實(shí)現(xiàn)計算函數(shù)，而公式(4)為硬件驅(qū)動電路的功率輸出表示。因此，系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)為一個軟件、硬件相結(jié)合的設(shè)計過程。

本發(fā)明的基于室外照度采樣的室內(nèi)照明控制系統(tǒng)，根據(jù)室外的日照情況以及室內(nèi)的采光條件參數(shù)，采用軟件的方法對室內(nèi)的實(shí)際照度進(jìn)行計算，并根據(jù)計算的實(shí)際照度實(shí)現(xiàn)按需照明控制。和傳統(tǒng)的智能調(diào)光照明控制方法相比，本發(fā)明在集中控制實(shí)現(xiàn)的前提下，減少室內(nèi)采光點(diǎn)的數(shù)量，并且可以使燈具的照明控制更加穩(wěn)定，同時可以降低系統(tǒng)的硬件復(fù)雜度以及制造成本。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。