专利名称：照度闭环照明节电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电照明，尤其涉及用于一般电光源的电路装置。
背景技术：
现有技术的电光源的电路装置涉及节电方面的有很多，如中国专利CN200420089044.8公开了一种智能照明节电装置，由主机、电脑控制芯片、继电器组等构成，其中部分继电器通过电脑控制芯片与主机输出端相连，部分继电器通过电脑控制芯片与主机输入端相连。中国专利CN200420004155.4公开了一种照明节电稳压装置。中国专利CN200420031271.5公开了一种照明节电装置。它由调压稳压电路、触发控制电路、PLC控制电路、输入开关、输出开关、旁路开关、电参数变换器组成，所述电参数变换器、输入开关、调压稳压电路及输出开关构成主回路，设旁路开关于输入开关输入端与输出开关输出端；调压稳压电路输入端经输入开关接市电，其控制信号来自触发控制电路；触发控制电路与PLC控制电路相连，PLC控制电路输入端接电参数变换器，其I/O口与参数显示、参数设定键相连；输出开关与路灯供电线路相连。中国专利CN200420031271.5公开了一种电磁式智能照明节电装置，通过驱动电路在设定的时间控制接触器的吸合与断开，实现变压器输出电压的升高或降低调节。中国专利CN03222007.3公开了一种照明节电器，包括安全供电电路，连接照明负载的节电电路，该节电电路和检测控制电路的输出端连接，检测控制电路上还连接有采样电路和延时预热启动电路。
目前在照明系统节电控制技术领域，主要是采用降压方式减少电能消耗，达到节电目的。在实现上主要采取变压器电磁调压、可控硅相控调压、IGBT斩波调压等技术手段。
这一方法的主要特点是可以降低照明系统的电能消耗，延长照明灯具的使用寿命。
从节电效果上看，在一定的范围内供电电压越低，节电效果越好；从延长灯具使用寿命上看，电压降低适当时，灯具寿命也会延长。但是照明系统的主要目的是需要保证要求的照度，常规调压照明节电技术无法确保满足这一基本要求和节电效果之间的合理关系。常常导致节省了照明用电时，却牺牲了必要的照度。反之，无法保证有效的节电作用。
可见，照明系统节电控制的实质问题是在满足照明照度要求的前提下，使照明系统消耗的电能达到最小。如何既保证照度要求，又保证有效的节电效果，以解决所述的实质问题，现有技术并没有提供现成的解决方案。
实用新型内容本实用新型的目的在于避免上述现有技术的不足之处，而提出一种在满足照明照度要求的前提下，使照明系统消耗的电能达到最小的节能控制实现装置。
本实用新型实现上述目的所采用的技术方案是生产制造一种照度闭环照明节电装置，包括测量照明对象平均照度的多点式照度传感装置、照明系统电源电流传感器和控制模块，外界交流电源经电力滤波器，由受节电控制模块调节的大功率调压模块对照明灯具系统供电，灯具供电电源设有电压闭环反馈电路，照度传感装置、照明系统电源电流传感器和控制模块构成照度闭环反馈。
所述节电控制模块包括信号转换电路，运行参数设定电路和运算控制电路以及显示电路；所述信号转换电路的输入包括与所述多点照度测量传感器的电路连接端口，与照明灯具的输入电源电压的连接端口和与照明灯具的输入电源电流传感器的连接端口；所述运行参数设定电路包括与运算控制电路相连的用以输入照明系统对象基本运行要求参数的按键与指示装置，和/或通讯接口；所述运算控制电路包括节能控制运算部分和调压节能控制部分；所述信号转换电路的输出送运算控制电路。
在本实用新型的控制装置的实施例中，优选地，所述自适应智能照明节电控制部分，包括多点照度传感输入电路，配合的运行参数设定电路，输出调压控制信号的控制电路，用以计算实际平均照度和最佳调压控制数据的运算控制电路。
所述运算控制电路为一微处理器，型号为MSP430133。
同现有技术相比，本实用新型的照度闭环照明节电装置，结构紧凑，可以实现在在满足照明照度要求的前提下，使照明系统消耗的电能达到最小。
图1为照明照度与能耗关系示意图。
图2为灯具寿命与电压关系示意图。
图3为现有技术节电与照度关系示意图。
图4为本实用新型的照度闭环照明节能装置节电与照度关系示意图。
图5为本实用新型装置具体实施例的照明系统工作原理图。
图6为本实用新型装置具体实施例的照明节电控制系统原理图。
图7为本实用新型具体实施例的原理框图。
图8为本实用新型装置具体实施例的电气原理图。
具体实施方式
以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。
关于无效照明如图1所示，照明的无效区域由示出，照度需求区间是保证照明环境的基本要求，常规灯具照明必须满足这一要求；环境光照度的影响使实际照明区照度过大，灯具产生多余的照明，是照明浪费的主要部份，也是照明节电的主要部份，对于有环境光照的照明系统，环境光照一般可提供需要照度的20％---50％；电压升高照明照度区间使实际照明区照度变大，灯具产生多于的照明，是照明浪费的不确定部份。一般情况下会浪费5％---20％的电能。照度区间需求特性照度需求是一个区间要求，人眼对在同一照度下，在不同时段内，主观感觉的亮度不同，夜间的人眼感觉比白天亮，灯具提供同样的照度时，也产生一些不必要的浪费，一般为3％---5％。因此，无效照明，是电能的最大浪费！保证照度的要求，是照明节电的基础；利用自然光照、避免过高的供电电压，分时段优化照明照度是减少浪费，实现照明节电、减少照明消费的三项主要手段。
关于电压波动如图2所示，灯具寿命与电压的关系由曲线①示出适当降低灯具供电电压，寿命得到延长，电压过高使灯具寿命降低，一般情况下，电压升高10％---15％，寿命减短到60％--80％，电压降低5％---10％时，灯具寿命延长到150％以上；灯具耗电与电压的关系由曲线②、③示出使额定电压灯具效率最高，降低电压，消耗功率降低，电压升高，消耗功率大幅上升，发光效率降低。一般情况下，电压升高10％---15％，功耗增加到1260％-150％。电压降低5％---10％时，功耗降低10％---15％；灯具照度与电压的关系由曲线④示出灯具电压降低，照度也降低，是灯具调光节能的基本条件。因此，较高的电源电压，不仅产生了电能的浪费，而且降低了灯具的寿命，适当降低灯具电压，是减少照明灯具消耗的重要环节。
关于现有节电的误区如图3所示，电能节省与照度损失1、灯具的配置原则总是使其照度要求达到正常照明照度范围，要满足这一要求，即使将照度准确调到照明照度需求区间下端时，节能空间也只有很小的区间，且人工调节难度较大；2.电压过高引起的电能浪费是不确定因素，可节能空间为，3.要达到稳定、合适的节能-设备投入性价比，剩下的只能是 。但是，这一节能方式是以牺牲照度要求为代价，应该避免。因此，当不能降低照明照度要求、电网供电电压又不能确定长时间偏高时，加装常规节电控制器，不能确保稳定、合适的节电效果一设备投入性价比，会使额外照明成本增加。避免不合适的照明节电改造方式，也是是减少照明费用的重要因素。
本实用新型的照度闭环照明节电装置，不牺牲照明照度要求，只是将环境光照资源和可以避免浪费的照明资源转换为节省的照明费用，节省照明费用示意如图4所示，可以确保实际照明照度曲线沿着曲线W3运行，照明灯具最佳照度曲线沿着曲线W2运行。节省照明能源区域为，和。不仅将环境光照转化为节省的电能；也挖掘了合理照明的潜力，将感觉因素转换为部分电能的节省；还提供了灯具最佳寿命运行模式的自动保障，大大延长灯具使用寿命。使照明费用节省得到可靠的保障。
图5所示是本实用新型装置具体实施例的照明系统工作原理图环境光照S和灯具光照L经由监测区照度传感C送到照明智能系统，并且照明需求和照明供电也送到照明智能系统，该系统的输出经由灯具电源控制输出模块调节灯具照度。
图6所示是本实用新型装置具体实施例的照明节电控制系统原理图。其中L(t)给定的最佳照明照度要求曲线；KL转换系数；JK照度误差；KZQ1照度数字控制器；UK输出控制电压；KZQ2电压数字控制器；L1电源电压；U0输出电压；DG灯具/照度转换函数；SL环境光照度；L0现场实际照度；PL照度传感器；LOOP1电压闭环回路；LOOP2照度闭环回路。
工作过程是给定的最佳照明照度要求曲线L(t)是一个与时间和标准照度要求有关的设置量，计算机根据时间给出设定照度。照度数字控制器KZQ1是一个控制算法目标是使照度误差JK的平方对时间的积分最小，输出控制电压要求UK。UK和实际输出反馈经电压数字控制器KZQ2构成电压闭环控制回路，使电源电压的波动不影响最佳实际输出电压U0。实际输出电压U0经灯具转换为照明照度，与环境照度叠加后为实际照度L0。环境照度的增强使灯具照度减小，又使输入电压减小，从而照明输入功率减小而达到节能的目的。
图7所示的本实用新型的照明节能装置实施例的原理框图，表达了整个系统的基本构造，整个系统包括电源滤波电路和测量电流用的互感器，还包括两个功能模块节能控制模块10和大功率调压模块20，外界交流电源经滤波器50和所述大功率调压模块20对照明灯具系统30供电，为照明对象提供需要的照明照度，实际照度由照度测量装置40测取。节能控制模块10中的信号转换电路单元11中，照明灯具的电流测量信号线IL1连接到电流互感器I1；照明灯具的电压测量信号线连接到灯具系统的输入电源线，构成电压反馈控制；照度测量信号线B1、B2，B3连接多点照度传感器40，构成早明照度反馈控制；节能控制模块10中还包括运行参数设定电路13，该电路包括与微处理器相连的用以输入照明对象现场照度要求的，按键与指示装置，和/或通讯接口，通过该通讯接口就可以遵照MOBUS等通讯协议通过外部设备进行参数设置和其它数据通讯，或者在不需要对象照度反馈时，可通过手动设置，给出灯具系统的恒定供电电压信号，保证灯具的供电不受电网波动的影响。节能控制模块10中的运算控制电路单元12是一片高性能微处理器，选用型号为TI公司的MSP430133，它上面带有一个串行通讯接口，芯片中内置A/D转换器端口A1-A5连接到单元11的对应信号线，输出端口Ou1、Ou2；Ou3、Ou4；Ou5、Ou6连接到大功率调压模块20的驱动信号线。此外，大功率调压模块20的输入线L11、O0连接外部输入电源滤波器50输出线，输出线U0、O连接照明系统40供电电源线。外部输入电源滤波器50输入线L1、O连接外部电源输入线。
图8所示电路是本实用新型装置具体实施例的电气原理图。通过与微处理器相连的按键和指示装置，或者通过RS485通讯接口可以进行照明系统对象30运行参数的设置。设置内容主要包括要求的照度变化曲线，灯具的供电电压限制范围，运行模式选择等。信号转换电路11，通过比较器电路获得电压的过零脉冲信号，给电压的A/D转换提供采样时间基准。经运算放大器及外围电路将输出电压、电流、转换为适合微处理器片内A/D转换要求的输入信号送微处理器；信号转换电路11，也将照明照度传感器40反馈回来的照度信号经隔离处理后送微处理器。
微处理器根据设定的需要照度曲线参数，给出照度要求，经运算，给出相应的控制电压信号，再根据实际反馈电压和设定的灯具电压限制条件，修正输出电压，构成电压反馈控制，使输出电压平稳准确。再根据照度传感器40反馈回来的照度信号，修正控制信号，构成照度闭环反馈，使照度准确按照设定的需要照度曲线变化。
本实用新型的照度闭环照明节电装置，主要特点1.使用简单方便，全自动运行，在确保照度要求的前提下，利用自然光照，高效率节电。节电率一般在15---70％之间。
2.分时段，优化照明照度，可尽可能多的节省照明能源。
3.自动灯具优化供电控制，消除电网电压波动对灯具的影响，延长灯具使用寿命，减少灯具更换和照明系统运营维护费用。
4.全固态结构，对使用环境无特别要求，适用于各种照明环境，运行安全可靠，免维护。
5.模块化组合结构，规格齐全，便于选用。
本实用新型的照度闭环照明节电装置，与现有技术相比的优势在于1.在有环境光照情况下，多节省所示区间的能源。是照明节能的主要区间，常规调压照明节能产品不具备这项功能。
2.在没有环境光照情况下，可确保节省所示区间的能源。常规调压照明节能产品只能靠人工静态设定，难以保证动态有效性。
3.对照明供电电源自动进行优化控制，确保灯具工作在最佳供电状态，即能减少电压变高引起的能源浪费，又能有效延长灯具的使用寿命。与常规调压照明节能产品相比，智能化程度更高，控制更稳定，使用更方便。
权利要求1.一种照度闭环照明节电装置，其特征在于包括测量照明对象平均照度的多点式照度传感装置、照明系统电源电流传感器和节电控制模块，外界交流电源经电力滤波器，由受节电控制模块调节的大功率调压模块对照明灯具供电，灯具供电电源设有电压闭环反馈电路，照度传感装置、照明系统电源电流传感器和控制模块构成照度闭环反馈系统。
2.如权利要求1所述的照度闭环照明节电装置，其特征在于所述节电控制模块包括信号转换电路，运行参数设定电路和运算控制电路以及显示电路。
3.如权利要求2所述的照度闭环照明节电装置，其特征在于所述信号转换电路的输入包括与所述多点照度测量传感器的电路连接端口，与照明灯具的输入电源电压的连接端口和与照明灯具的输入电源电流传感器的连接端口。
4.如权利要求2所述的照度闭环照明节电装置，其特征在于所述运行参数设定电路包括与运算控制电路相连的用以输入照明系统对象基本运行要求参数的按键与指示装置，和/或通讯接口。
5.如权利要求1所述的照度闭环照明节电装置，其特征在于所述节电控制模块，包括多点照度传感输入电路，配合的运行参数设定电路，输出调压控制信号的控制电路，和用以计算实际平均照度和最佳调压控制数据的运算控制电路。
6.如权利要求5所述的照度闭环照明节电装置，其特征在于所述运算控制电路包括节能控制运算部分和调压节能控制部分；所述信号转换电路的输出送运算控制电路。
7.如权利要求6所述的照度闭环照明节电装置，其特征在于所述运算控制电路为一微处理器。
8.如权利要求7所述的照度闭环照明节电装置，其特征在于所述微处理器的型号为MSP430133。
专利摘要一种照度闭环照明节电装置，包括测量照明对象平均照度的多点式照度传感装置、照明系统电源电流传感器和节电控制模块，外界交流电源经电力滤波器，由受节电控制模块调节的大功率调压模块对照明灯具供电，灯具供电电源设有电压闭环反馈电路，照度传感装置、照明系统电源电流传感器和控制模块构成照度闭环反馈系统。本装置，结构紧凑，可以实现在满足照明照度要求的前提下，使照明系统消耗的电能达到最小。
文档编号H05B37/02GK2907165SQ20062005571
公开日2007年5月30日 申请日期2006年3月6日 优先权日2006年3月6日
发明者杨玉华 申请人:杨玉华