一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種自然光與人工照明互補的教室照明系統(tǒng)，包括若干照明燈；照明燈包括控制器和恒流源驅(qū)動器、無線光照度傳感器和無線紅外探測傳感器；無線光照度傳感器和無線紅外探測傳感器通過ZigBee協(xié)調(diào)器連接控制器；恒流源驅(qū)動器連接LED燈珠矩陣；恒流源驅(qū)動器、LED燈珠矩陣和無線紅外探測傳感器安裝于燈具支架上，燈具支架通過連接構(gòu)建懸掛于教室天花板上；無線紅外探測傳感器安裝于燈具支架的底部；無線光照度傳感器安裝于LED燈珠矩陣下方的工作平面上。本實用新型將光照度傳感器與人體紅外探測器相結(jié)合，將光環(huán)境參數(shù)輸入給照明控制器，通過控制LED照度來滿足用戶對工作平面的照度需求，使LED照明與自然光源的優(yōu)勢互補，綠色節(jié)能。
【專利說明】
一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及建筑照明領(lǐng)域，尤其涉及一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]教室照明系統(tǒng)有其本身的特殊性。在自然光源充足的白天，一般照明系統(tǒng)受到傳統(tǒng)建筑采光設(shè)計的限制，為了滿足少數(shù)自然采光不足區(qū)域的照度要求，整個照明系統(tǒng)都處于滿負(fù)荷的工作狀態(tài)，造成照明資源的巨大浪費。在自然光源不足的陰天、或是下午，照明負(fù)荷不得不保持夜晚一樣滿負(fù)荷的工作狀態(tài)，過量的人工照明不僅帶來能源的浪費，也給人眼帶來了很大的負(fù)擔(dān)。這些粗放的運行方式會造成巨大的能源浪費。
[0003]自然光的資源十分豐富，是人眼感覺最舒適自然地光源。自然光照度對于人眼十分有利，而電光源容易造成眼疲勞。一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)可以滿足學(xué)習(xí)過程中對自然光源的需求，在區(qū)域光照充足的時段基本使用自然光源，提供優(yōu)質(zhì)的照明質(zhì)量。在區(qū)域光照不足時段輔助LED光源來滿足照度需求，使自然光源得到最大限度的利用。LED作為一種固態(tài)冷光源，是繼白熾燈、熒光燈、高強度放電燈(如高壓鈉燈和金鹵燈)之后的第四代新光源?；诎坠釲ED的固態(tài)照明，是一種典型的綠色照明方式，與傳統(tǒng)光源相比，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小、安全可靠等特點。
[0004]GB50034-2013建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，教室照明照度根據(jù)功能需求在300LX至500LX之間，宜采用中間色表特征，并設(shè)置適宜的遮光角防止眩光，提高照明質(zhì)量。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有教室照明系統(tǒng)造成巨大電能浪費的問題;本實用新型以優(yōu)先利用自然光源為原則，輔以人工LED光源的補充，使教室內(nèi)LED燈具的照度水平隨著自然光源的改變而改變，保證工作平面始終保持穩(wěn)定且舒適的照度環(huán)境；
[0006]為達(dá)到上述的目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，包括若干照明燈；照明燈包括控制器和恒流源驅(qū)動器、無線光照度傳感器和無線紅外探測傳感器;無線光照度傳感器和無線紅外探測傳感器通過ZigBee協(xié)調(diào)器連接控制器;恒流源驅(qū)動器連接LED燈珠矩陣;恒流源驅(qū)動器、LED燈珠矩陣和無線紅外探測傳感器安裝于燈具支架上，燈具支架通過連接構(gòu)建懸掛于教室天花板上;無線紅外探測傳感器安裝于燈具支架的底部;無線光照度傳感器安裝于LED燈珠矩陣下方的工作平面上。
[0008]進(jìn)一步的，無線光照度傳感器連接有為其供電的干電池。
[0009]進(jìn)一步的，每個照明燈設(shè)置一個控制器。
[0010]進(jìn)一步的，所述若干照明燈共用一個控制器。
[0011 ]進(jìn)一步的，所述控制器設(shè)置于照明控制箱中。
[0012]進(jìn)一步的，控制器連接教室電源，教室電源連接手動開關(guān)。
[0013]進(jìn)一步的，控制器連接遠(yuǎn)程照明監(jiān)測控制系統(tǒng)。
[0014]進(jìn)一步的，燈具支架上設(shè)有20°的遮光板。
[0015]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有以下有益效果:
[0016]人體紅外傳感器與光照度傳感器組成的傳感網(wǎng)絡(luò)相互補充，相互協(xié)調(diào)。紅外傳感器在其探測范圍內(nèi)檢測是否有人的活動，光照度傳感器檢測在工作平面上光照度的大小。兩類傳感器把感知到的數(shù)據(jù)傳輸至智能控制器，為控制系統(tǒng)提供可靠數(shù)據(jù)。當(dāng)自然光源充足，紅外系統(tǒng)沒有檢測到人員體征時，人工照明系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)自然光源不足，探測器又檢測到人員活動時，控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，控制人工照明強度以滿足照度需求。
[0017]控制器處理實時的光照度數(shù)據(jù)，通過設(shè)定的照度函數(shù)輸出對應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制信號。LED燈珠有自身的特性，當(dāng)電壓超過其正向?qū)妷汉?，較小的電壓波動都會導(dǎo)致工作電流的的劇烈變化，從而影響LED的正常使用，固LED宜采用恒流驅(qū)動方式。在電流一定，電壓穩(wěn)定的前提下，控制器通過調(diào)節(jié)電流占空比改變脈沖寬度調(diào)制信號，在不改變LED光源發(fā)光質(zhì)量的前提下，改變光源的照明強度，以達(dá)到工作平面所需照度要求。
[0018]建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定教室照明照度在300LX至500LX之間，宜采用中間色表特征，燈具應(yīng)設(shè)置遮光角防止眩光。本實用新型選用高效LED燈珠矩陣，保障所需最大強度的照度需求。光源為中間色表特征，并設(shè)置20°的遮光板角度防止眩光。
[0019]教室分布往往相對集中，燈具布局密集。成百上千的燈具如果實現(xiàn)統(tǒng)一的監(jiān)測與管理，遠(yuǎn)程監(jiān)測控制，可以節(jié)約大量的勞動力。當(dāng)燈具出現(xiàn)故障上位機(jī)會立即收到故障報警信號，及時通知后期人員進(jìn)行維修。在教室利用率相對較低的假期，可以有選擇的根據(jù)人體紅外傳感器上傳的信號進(jìn)行信息處理，根據(jù)人員分布情況統(tǒng)籌分配照明資源，實現(xiàn)最大化的節(jié)能目標(biāo)。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)的組成框圖；
[0021]圖2是本實用新型一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)的工作流程方框圖；
[0022]圖3是本實用新型照明燈的安裝結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖4是本實用新型LED燈珠矩陣的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5是本實用新型一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)的教室照明燈布置方式圖。
[0025]圖6為本實用新型一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)圖。
【具體實施方式】
[0026]請參閱圖1至圖6所示，本實用新型一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程照明監(jiān)測控制系統(tǒng)和連接遠(yuǎn)程照明監(jiān)測控制系統(tǒng)的若干照明燈。
[0027]照明燈包括控制器I和恒流源驅(qū)動器2、無線光照度傳感器4和無線紅外探測傳感器5。無線光照度傳感器4和無線紅外探測傳感器5通過ZigBee協(xié)調(diào)器6連接控制器I。
[0028]恒流源驅(qū)動器2連接LED燈珠矩陣3，用于驅(qū)動LED燈珠矩陣3發(fā)光;恒流源驅(qū)動器2、LED燈珠矩陣3和無線紅外探測傳感器5安裝于燈具支架上，燈具支架通過連接構(gòu)建9懸掛于教室天花板上。無線紅外探測傳感器5安裝于燈具支架的底部，用于探測LED燈珠矩陣3下方的探測區(qū)域中是否有人。無線光照度傳感器4安裝于LED燈珠矩陣3下方的工作平面11上，用于檢測該處的照度是否符合教室照度要求。無線光照度傳感器4由相連的干電池41供電。
[0029]請參閱圖4所示，教室內(nèi)布置有多個照明燈，所有照明燈可以各設(shè)置一個控制器或者所有照明燈共用一個控制器I;每個照明燈各設(shè)置一個控制器時，各控制器布置于對應(yīng)的燈具支架上，如果所有照明燈共用一個控制器，控制器布置于教室中的照明控制箱中，ZigBee協(xié)調(diào)器6、教室電源也布置在該照明控制箱10中；手動開關(guān)8連接教室電源7;控制器I連接教室電源7連接ZigBee協(xié)調(diào)器6和各照明燈的恒流源驅(qū)動器2。手動開關(guān)8安裝在照明控制箱旁邊距地1.2米處?？刂破鱅連接遠(yuǎn)程照明監(jiān)測控制系統(tǒng)，用于遠(yuǎn)程監(jiān)測各個教室中的各個照明燈的工作情況、損壞情況，方便及時掌握情況，及時維修。
[0030]本實用新型一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)工作時，首先手工打開手動開關(guān)7，控制器7根據(jù)每個無線光照度傳感器4和無線紅外探測傳感器5監(jiān)測到的信號，判斷每個照明燈所在區(qū)域是否有人，該區(qū)域照度是否在設(shè)定范圍內(nèi)；如果某個區(qū)域內(nèi)沒有人，則控制器控制該區(qū)域內(nèi)對應(yīng)的照明燈不工作；如果某個區(qū)域內(nèi)有人，但自然光的照度已經(jīng)達(dá)到設(shè)定照度范圍內(nèi)，則控制器控制該區(qū)域內(nèi)對應(yīng)的照明燈不工作;如果某個區(qū)域內(nèi)有人，且自然光的照度未達(dá)到設(shè)定照度范圍內(nèi)，則控制器控制該區(qū)域內(nèi)對應(yīng)的照明燈工作，使照度導(dǎo)到設(shè)定的照度范圍內(nèi)。
[0031]控制器處理實時的光照度數(shù)據(jù)，通過設(shè)定的照度函數(shù)輸出對應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制信號。LED燈珠有自身的特性，當(dāng)電壓超過其正向?qū)妷汉螅^小的電壓波動都會導(dǎo)致工作電流的的劇烈變化，從而影響LED的正常使用，故LED宜采用恒流驅(qū)動方式。在電流一定，電壓穩(wěn)定的前提下，控制器通過調(diào)節(jié)電流占空比改變脈沖寬度調(diào)制信號，在不改變LED光源發(fā)光質(zhì)量的前提下，改變光源的照明強度，以達(dá)到工作平面所需照度要求。
[0032]建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定教室照明照度在300LX至500LX之間，宜采用中間色表特征。本實用新型選用高效LED燈珠矩陣，保障所需最大強度的照度需求;光源為中間色表特征，并設(shè)置20°的遮光板(未圖示)防止眩光。
[0033]教室分布往往相對集中，燈具布局密集。成百上千的燈具如果實現(xiàn)統(tǒng)一的監(jiān)測與管理，遠(yuǎn)程監(jiān)測控制，可以節(jié)約大量的勞動力。當(dāng)燈具出現(xiàn)故障控制器會立即收到故障報警信號，及時通知后期人員進(jìn)行維修。在教室利用率相對較低的假期，可以有選擇的根據(jù)人體紅外傳感器上傳的信號進(jìn)行信息處理，根據(jù)人員分布情況統(tǒng)籌分配照明資源，實現(xiàn)最大化的節(jié)能目標(biāo)。
【主權(quán)項】
1.一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征在于，包括若干照明燈； 照明燈包括控制器和恒流源驅(qū)動器、無線光照度傳感器和無線紅外探測傳感器;無線光照度傳感器和無線紅外探測傳感器通過ZigBee協(xié)調(diào)器連接控制器； 恒流源驅(qū)動器連接LED燈珠矩陣；恒流源驅(qū)動器、LED燈珠矩陣和無線紅外探測傳感器安裝于燈具支架上，燈具支架通過連接構(gòu)建懸掛于教室天花板上;無線紅外探測傳感器安裝于燈具支架的底部;無線光照度傳感器安裝于LED燈珠矩陣下方的工作平面上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征在于，無線光照度傳感器連接有為其供電的干電池。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征在于，每個照明燈設(shè)置一個控制器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征在于，所述若干照明燈共用一個控制器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器設(shè)置于照明控制箱中。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征在于，控制器連接教室電源，教室電源連接手動開關(guān)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征在于，控制器連接遠(yuǎn)程照明監(jiān)測控制系統(tǒng)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自然光與燈光互補的教室節(jié)能照明系統(tǒng)，其特征在于，燈具支架上設(shè)有20°的遮光板。
【文檔編號】H05B33/08GK205648120SQ201620478210
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】于軍琪, 華宇劍, 石嘉怡, 秦育, 馬康
【申請人】西安建筑科技大學(xué)