楼道照明控制系统综述

作者/田毅，山东师范大学附属中学高三·六班

楼道照明控制系统综述

作者/田毅，山东师范大学附属中学高三·六班

楼道照明与人们的日常生活息息相关，其电力能源浪费是常见问题。合理控制楼道照明用电，可以达到节能和保护环境的目的。本文从照明光源、照明系统的控制方式以及供电方式等多方面综述楼道照明系统，为节约楼道照明用电提供依据。

楼道照明；控制系统；节能

引言

生活小区、写字楼等多层或高层建筑离不开楼道照明。楼房照明消耗的电能中，有实用价值的照明用电约占总耗电量的60%，无实用价值的照明耗电约占40%[1]。这与当前节能、环保的国策不相适应。合理地控制楼道照明用电，减少楼道照明用电消耗，对节约能源具有重要现实意义。

楼道照明系统的基本构成为供电电源、电源开关和照明灯。为节约电能，按需亮灯，需满足白天灭、晚上亮和有行人则亮、无行人则灭的基本控制要求，这就需要增加感知和控制环节。一方面感知白天和晚上或者光照强度，另一方面需要感知是否有行人，若做到人走灯灭，还需感知行人是否离开，进而控制亮灯和自动灭灯，从而达到节能的目的。因此能够有效节能的楼道照明系统由供电电源、感知可控的电源开关和照明灯。本文从照明灯光源、感知控制方式和供电方式等方面进行综述，为设计节能环保的楼道照明控制系统提供依据。

1.楼道照明光源

近代照明光源主要采用电光源，一般分为热辐射光源、气体放电光源和半导体光源三大类。楼道照明灯主要为白炽灯、节能灯和白光LED灯。白炽灯是应用最早的照明光源，因钨丝通过电流发热而发光，大部分能量变为了热量而浪费掉，仅有不到10%的电能转化为光能，且寿命短，作为照明光源，已逐步被淘汰，一定时期内被节能灯取代。节能灯为气体放电光源，将荧光灯和镇流器组合成一体，同样光能输出的前提下，只需耗费普通白炽灯用电量的1/5，节能方面效益显著，但废旧节能灯对环境的汞污染已引起关注。另外，节能灯启动过程存在高压环节，每次启动均会造成一次高压冲击，楼道照明需频繁启动，影响其寿命，省电不省钱。LED照明灯为半导体照明，是真正意义上的绿色照明，较节能灯更加节能且环保，耗电不到节能灯的一半，废弃物可回收，寿命长，但其价格较高，目前尚未得到普及应用。随着技术的发展，LED照明灯的价格有望降到节能灯的水平，未来的照明被LED灯代替无可置疑。

2.楼道照明感知灯控制方式

合理控制楼道照明灯的亮、灭，既可方便行人，也可以节约用电、避免电力浪费。为达到此目的，楼道照明灯应满足如下要求：（1）白天灭，晚上亮；（2）有行人亮，无行人灭；（3）白天有行人，也不亮；（4）人不走，灯不灭。

为满足上述控制要求，已有多种控制方式，主要分为两类：手控和感知控制。手控方式，行人按需开灯和关灯。早期的手控方式，亮灯、灭灯均需手控，存在如下缺陷：（1）环境亮度低时，行人可能找不到开关位置；（2）行人可能忘记关灯，造成能源浪费。后又发展为手控开灯、延时自动灭灯和手控开灯（受白天、晚上检测控制，白天按开关灯不亮，晚上按开关灯亮）、延时自动灭灯[2]两种模式。目前，手控方式已逐步被淘汰。感知控制，通过环境亮度的检测和有无行人的检测，控制照明灯的亮、灭，同时控制点灯时间或人不走灯不灭[1,3-5]。用行人传感器检测行人是否离开，可真正实现人来灯亮，人走灯灭。

光照强度或白天、晚上的检测常用光敏二极管、光敏电阻等光敏传感器。行人检测常用声波传感器、电容式人体感应传感器、超声波传感器、人体红外传感器和人体微波传感器等测量移动物体的传感器。实现控制要求的电路主要有分立元件、集成电路、单片机等几种形式。用单片机容易实现控制功能。

此外，多传感器融合技术也已应用于楼道照明灯的感知控制中。文献[6]利用了多传感器技术，用光敏电阻检测光照强度，用人体红外传感器和人体微波传感器同时检测行人，软件延时控制点灯时间，由单片机实现检测与控制。文献[7]在行人感知环节利用了多传感器融合技术，用漫射式光电传感器、人体微波传感器和人体红外传感器等多传感器感知行人，用D-S证据理论融合多传感器感知结果，最终用融合决策结果确认是否有行人。利用多传感器感知环境和多传感器感知行人，并利用适当的多传感器融合决策算法，将大大提高感知控制楼道照明灯准确率，既能可靠满足行人照明的需求，又能有效地节约电能。

3.楼道照明供电方式

楼道照明灯供电电源有交流市电（AC220V）和太阳能供电两种。AC220V是楼道照明灯的主要电源，随着可再生能源的开发利用，太阳能光伏应用技术逐步普及，太阳能楼道照明系统逐步得到应用[8]。目前楼道照明灯这两种供电方式共存。以太阳能、风能等可再生能源为主、AC220V为辅的楼道照明电源系统是发展方向。

图1 白炽灯和节能灯感知控制功能框图

图2 LED灯感知控制功能框图

白炽灯、节能灯和白光LED照明灯均可以使用AC220V。白炽灯和节能灯可以直接使用AC220V，其亮、灭控制相同，控制功能框图如图1所示。LED灯需直流电源，应增加AC220V转换为直流电源的环节，如图2所示。

太阳能供电的楼道照明系统的光源多采用白光LED灯。由于太阳能供电具有间歇性，阴天和晚上取不到能量，需具有储能功能，没有太阳时由储能元件供电，可用蓄电池和超级电容器等元件进行储能。太阳能供电受气候影响较大，连续阴天的情况，储能元件往往不能满足照明供电的要求，需增加AC220V作为备用电源。因此，太阳能楼道照明系统应由太阳能光伏组件、太阳能控制器、环境检测和行人检测传感器、控制开关、储能元件、AC220V备用电源和白光LED灯构成。

4.结论

楼道照明用电节约尚未达到满意的程度，本文从照明光源、控制方式和供电电源等方面对楼道照明系统进行了全面综述，旨在为节约环保的楼道照明控制系统的设计提供依据。

（1）综述了照明光源的类型和特征，指出白光LED灯是符合节能环保要求的楼道照明光源；（2）综述了楼道照明灯的控制方式，重点说明了通过传感器检测环境和行人的多种控制模式及其控制过程，多传感器融合技术能够准确实现楼道照明灯的控制要求；（3）综述了楼道照明灯的供电方式，结合楼道照明光源的应用趋势，指出可再生能源、储能元件和AC220V备用是楼道照明电源的发展方向。

＊ [1]王宝良.楼道照明自动控制器[J].电子技术应用,1983,(4):43—44

＊ [2]宋德杰.智能节电控制器[J].电子制作,2005,(10):33—33

＊ [3]吴顺华.声光控制白炽灯到LED[J].电子制作,2014,(9):19—20

＊ [4]黄中永.智能楼道照明节电控制系统的设计[J].企业科技与发展,2015,(14):16—17

＊ [5]李萌.智能楼道照明节电控制系统的设计[J].电子制作,2014,(10):50,49

＊ [6]杨桃月,师海斌.基于多传感器融合技术的楼道照明检测系统设计[J].机电技术, 2013,(4):2—4

＊ [7]师海斌,邱望标.多传感器融合技术在楼道照明系统中的应用[J].现代机械,2011,(6):72—73

＊ [8]王志勇,田树仁,夏国明,等.基于超级电容的太阳能楼道照明系统的设计[J].河北科技大学学报,2011,32(4):333—337