基于能耗模拟计算的智能照明控制系统的设计与实现

摘要

随着智能照明系统的迅速发展，生产商通过引进无线通信等技术改进通信方式，不断提高智能照明系统的性能。这些方法虽然提高了系统的性能，但无疑增加了系统的成本，而且它只对于特定场景或传统照明系统有较好的节能效果。照明系统节能的必要前提是实现节能对象能耗的可靠计量，目前主要采用直接测量的方式，成本较高，并且智能照明系统的控制策略主要是根据人为经验进行设定，而不是根据灯具的实际用电情况进行合理规划。
　　本学位论文提出了一种模拟计算节能对象用电量的方法，对现有的智能照明系统进行改造，实现照明能耗的监视和预测，并为节能控制策略提供相对可靠的能耗依据。本文也提出了一种根据实际照明回路使用情况，灵活设置的分级节能控制策略，以提高系统的节能效果。
　　首先，根据阶梯电价的国家电费政策，引用照明计划用电的理念。根据同期每月实际的用电情况，选取适当的照明计划用电值。按照工作的日程将用电量计划到每天，作为当日照明能耗的计划值，以日为单位进行计划用电。
　　其次，针对传统照明能耗计算不精准和直接测量成本过高的问题，提出一种照明能耗模拟计算的方法，并通过远程控制器实现能耗模拟计算功能。远程控制器通过RS485通讯方式，采集照明回路信息和系统总能耗。然后根据这些数据模拟计算照明系统能耗并进行能耗预测，最终达到照明能耗监视的目的。远程控制器与监控PC机通过B/S模式进行连接，监控PC机可以实时查看照明系统的用电情况。
　　最后，针对现有智能照明控制系统的节能控制策略主要是根据人为经验进行设定的问题，设计了分级节能控制策略。该策略根据实际的用电情况，结合贪婪遗传算法，制定依据照明能耗的分级节能控制策略，最终达到节能的目的。
　　通过搭建软硬件测试环境，对智能照明系统进行了集成测试。主要对远程控制器，包括数据采集模块、能耗模拟计算模块、用户交互界面和嵌入式WEB服务器等模块进行测试分析，检验系统的准确性。测试结果表明设计的控制系统在不改造现有楼宇内照明回路的情况下，得到较好的节能效果。本系统具有适用范围广、成本低和准确高等特点，具有一定的实用价值。

目录

声明

摘要

1．1 研究目的和意义

1．2 研究现状

1．2．1 照明节能技术现状

1．2．2 能耗模拟计算的研究现状

1．3 研究内容与主要工作

1．4 本文结构

2．1 引言

2．2 AT91SAM9G45微处理器

2．3 RS485

2．4 ModBus协议

2．4．1 ModBus协议简介

2．4．2 ModBus协议传输模式

2．5 嵌入式Web服务器

2．5．1 HTTP协议

2．5．2 CGI技术

2．6 贪婪遗传算法

2．6．1 遗传算法原理

2．6．2 贪婪算法原理

2．6．3 贪婪遗传算法实现过程和特点

2．7 本章小结

第3章 智能照明控制系统的设计与实现

3．1 引言

3．2 系统总体设计

3．3 远程控制器设计

3．3．1 远程控制器软硬件设计

3．3．2 数据采集模块

3．3．3 能耗模拟计算模块

3．3．4 数据存储模块

3．3．5 分级节能控制策略

3．3．7 嵌入式Web服务器

3．4 本章小结

4．1 引言

4．2 系统测试环境

4．3 系统测试

4．3．1 信息采集模块测试

4．3．2 远程控制器参数设定测试

4．3．2 能耗模拟计算测试

4．3．3 节能控制策略测试

4．3．4 Web服务器测试

4．3．5 系统整体节能效果测试

4．4 系统评价

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢