基于模糊控制的太阳能智能照明系统及其控制方法

摘要

本发明提供了一种基于模糊控制的太阳能智能照明系统及其控制方法，其中，照明系统具有：一，供电系统具有自适应投切控制的特点，即系统可以根据供电电路中铅蓄电池的电压或电流情况选择对LED照明灯阵列进行供电的铅蓄电池，当没有铅蓄电池满足供电电压时，则自动选择电网供电系统供电；二，LED照明灯阵列具有模糊控制的特点，即系统可以根据室内的实际照度，控制LED照明灯阵列的LED灯亮的个数；本发明提供的照明系统的控制方法，根据用户选择档位对应的照度需求参数和实际照度参数的对比，由控制器对这些数据进行计算处理，并根据计算结果对LED照明灯阵列发出命令，利用对照明装置模糊控制规则，实现了照明装置的自适应调整。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于模糊控制的太阳能智能照明系统及其控制 方法，属于环保技术领域。

背景技术

为了实现室内照明系统的智能化与节能化，研究一种可行的室内 光照控制系统已经成为了这个时代的需要。目前的照明控制系统主要 有：根据人体发射的红外线，对灯组进行全开或者全闭操作，此方法 只能应对室内有人与无人的情况；或是根据室内光照的强度，对灯组 进行控制，满足的时候全关，不满足时全开，此方法缺少对室内光度 的可调性；或是根据房门的开闭监控，采取有人与无人两种情况下的 灯组控制，此方法缺少控制的适用性，当在学校或商场一类人流量较 多的公共场合，便无法使用。同时，现今存在的自适应照明控制系统 往往无法根据室内实时照度进行控制规则修正，该种控制方式缺乏与 实际情况相结合的灵活性，往往会出现系统判断结果与现实生活不匹 配的情况。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种 基于模糊控制的太阳能智能照明系统及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于模糊控制的太阳能智 能照明系统，包括供电装置、控制装置以及照明装置；

所述供电装置包括太阳能电池板、若干块铅蓄电池，所述太阳能 电池板与所述铅蓄电池电气连接，每块铅蓄电池的两侧均设有继电器 开关；

所述控制装置包括控制器，所述控制器与所述继电器开关电气连 接，所述控制器与所述供电装置之间设有信息反馈装置；

所述照明装置包括LED照明阵列灯、照度测量装置和辅助照度测 量装置，所述LED照明阵列灯、照度测量装置、辅助照度测量装置 与所述控制器电气连接，所述控制器根据照度测量装置检测到的室内 照度值，通过模糊控制的方法控制LED照明阵列灯的灯亮个数。

进一步，所述信息反馈装置包括与铅蓄电池并联的AD电压数据 采集模块以及串联在充电干路中在AD电流数据采集模块。

进一步，所述控制器为STC89C52单片机。

进一步，所述LED照明阵列灯还与电网供电系统相连，所述LED 阵列灯与所述电网供电系统之间设有继电器开关，所述继电器开关与 所述控制器电气连接。

进一步，所述照度测量装置和辅助照度测量装置均为安装在室内 的若干个照度测量传感器。

一种基于模糊控制的太阳能智能照明系统的控制方法，包括以下 步骤：

一，控制装置对供电装置的自适应控制，控制器对充电电路进行 电流反馈控制，同时控制器对铅蓄电池供电电路进行电压反馈控制；

二，控制装置对照明装置的模糊控制。

进一步，控制器接收AD电流数据采集模块发送的充电电路中的 电流数据，当电流数据大于铅蓄电池的额定充电电流时，控制器控制 继电器开关将另一块蓄电池并入充电电路；当电流数据小于铅蓄电池 额定充电电流的一半时，控制器控制继电器开关将另一块铅蓄电池从 充电电路中切除。

进一步，控制器接收AD电压数据采集模块发送的工作蓄电池的 电压数据，当工作蓄电池的电压低于工作电压时，控制器对另一块铅 蓄电池进行电压判断，若另一块铅蓄电池的电压高于工作电压时，控 制器控制继电器开关将具备工作电压的铅蓄电池切入供电电路中，并 将正在工作的铅蓄电池从供电电路中切除；若其余铅蓄电池的电压均 小于工作电压，控制器控制继电器开关将铅蓄电池从供电电路中切 除，并将电网供电系统接入供电电路中；当控制器检测到处于未工作 状态的铅蓄电池的电压大于工作电压时，控制器控制继电器开关将电 网供电系统从供电电路中切除，将铅蓄电池接入供电电路。

进一步，系统分为0-4共5个档位，用户选择所需照明档位后， 照度测量装置对室内照度进行测量，并将测量数据发送给控制器，控 制器将接收到的照度数据与用户选定档位对应的需求参数进行比对 计算，若比对计算的结果满足用户照明需求时，照明系统返回判断起 点；

若比对计算结果不满足用户照明需求时，系统进行滞后时延后， 再次进行数据比对计算，若再次比对计算的结果扔不满足用户需求 时，控制器读取辅助照度测量装置的测量数据，并将辅助照度测量装 置的测量数据与用户选定档位对应的需求参数进行比对计算，若比对 计算结果满足用户照明需求时，系统返回判断起点；若比对计算结果 不满足用户照明需求时，系统以照度测量装置检测到的室内照度与用 户选定档位对应的需求参数的偏差为单输入参数进行单输入单输出 模糊控制，同时在单输入单输出模糊控制中写入“根据用户选取的参 数值不断修正控制规则”，使得系统根据用户选取的档位不断修正自 身控制规则对LED照明阵列灯中LED灯的开启状态进行控制；其中， 模糊控制计算公式如下：

$E=\frac{Lux-REF}{C}$

其中，C为模糊基准值，E为偏差的模糊量，Lux为室内实际照 度值，REF为当前用户所需的室内照度值。

进一步，若偏差的模糊量E∈[-0.1,+0.1]时，表明室内实际照度满 足用户所需照度；若偏差的模糊量E＜-0.1时，表明室内实际照度不 能满足用户所需照度，则控制器控制LED照明灯阵列，增加LED灯 亮的个数；若偏差的模糊量E＞0.1时，控制器控制LED照明灯阵列， 减少LED灯亮的个数。

本发明所达到的有益技术效果：

本发明提供的一种基于模糊控制的太阳能智能照明系统及其控 制方法，其中，照明系统具有：一，供电系统具有自适应投切控制的 特点，即系统可以根据供电电路中铅蓄电池的电压或电流情况选择对 LED照明灯阵列进行供电的铅蓄电池，当没有铅蓄电池满足供电电 压时，则自动选择电网供电系统供电；二，LED照明灯阵列具有模 糊控制的特点，即系统可以根据室内的实际照度，控制LED照明灯 阵列的LED灯亮的个数，从而使室内光照强度适应于人眼的舒适度， 提升用户的体验效果；本发明提供的照明系统的控制方法，根据用户 选择档位对应的照度需求参数和实际照度参数的对比，由控制器对这 些数据进行计算处理，并根据计算结果对LED照明灯阵列发出命令， 利用对照明装置模糊控制规则，实现了照明装置的自适应调整。

附图说明

图1本发明之基于模糊控制的太阳能智能照明系统具体实施例 组成框图；

图2本发明之控制装置对供电装置的自适应控制流程示意图；

图3本发明之控制装置对照明装置的模糊控制流程示意图；

图4本发明之模糊控制规则流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清 楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供一种基于模糊控制的太阳能智能照明系统，包括供电 装置、控制装置以及照明装置；

所述供电装置包括太阳能电池板、若干块铅蓄电池，所述太阳能 电池板与所述铅蓄电池电气连接，若干块铅蓄电池并联后与所述太阳 能电池板串联，每块铅蓄电池的两侧均设有继电器开关；

所述控制装置包括控制器，所述控制器与所述继电器开关电气连 接，所述控制器与所述供电装置之间设有信息反馈装置；

所述照明装置包括LED照明阵列灯、照度测量装置和辅助照度测 量装置，所述LED照明阵列灯、照度测量装置、辅助照度测量装置 与所述控制器电气连接，所述控制器根据照度测量装置检测到的室内 亮度，通过模糊控制的方法控制LED照明阵列灯的亮度。照明系统 采用了双照度测量装置：即照度测量装置和辅助照度测量装置，与一 般的单照度测量装置或没有照度测量装置的系统相比，提高了光照数 据的准确性，增强了系统控制状态的稳定性。

所述信息反馈装置包括与铅蓄电池并联的AD电压数据采集模块 以及串联在充电干路中在AD电流数据采集模块。

所述控制器为STC89C52单片机。

所述LED照明阵列灯还与电网供电系统相连，所述LED阵列灯 与所述电网供电系统之间设有继电器开关，所述继电器开关与所述控 制器电气连接。

所述照度测量装置和辅助照度测量装置均为安装在室内的若干 个照度测量传感器。

一种基于模糊控制的太阳能智能照明系统的控制方法，包括：

一，控制装置对供电装置的自适应控制，控制器对充电电路进行 电流反馈控制，同时控制器对铅蓄电池供电电路进行电压反馈控制；

控制器接收AD电流数据采集模块发送的充电电路中的电流数 据，当电流数据大于铅蓄电池的额定充电电流时，控制器控制继电器 开关将另一块蓄电池并入充电电路；当电流数据小于铅蓄电池额定充 电电流的一半时，控制器控制继电器开关将另一块铅蓄电池从充电电 路中切除。

控制器接收AD电压数据采集模块发送的工作蓄电池的电压数 据，当工作蓄电池的电压低于工作电压时，控制器对另一块铅蓄电池 进行电压判断，若干另一块铅蓄电池的电压高于工作电压时，控制器 控制继电器开关将具备工作电压的铅蓄电池切入供电电路中，并将正 在工作的铅蓄电池从供电电路中切除；若其余铅蓄电池的电压均小于 工作电压，控制器控制继电器开关将铅蓄电池从供电电路中切除，并 将电网供电系统接入供电电路中；当控制器检测到处于未工作状态的 铅蓄电池的电压大于工作电压时，控制器控制继电器开关将电网供电 系统从供电电路中切除，将铅蓄电池接入供电电路。

二，控制装置对照明装置的模糊控制；

系统分为0-4共5个档位，用户选择所需照明档位后，照度测量 装置对室内照度进行测量，并将测量数据发送给控制器，控制器将接 收到的照度数据与用户选定档位对应的需求参数进行比对计算，若比 对计算的结果满足用户照明需求时，照明系统返回判断起点；

若比对计算结果不满足用户照明需求时，系统进行滞后时延后， 再次进行数据比对计算，若再次比对计算的结果扔不满足用户需求 时，控制器读取辅助照度测量装置的测量数据，并将辅助照度测量装 置的测量数据与用户选定档位对应的需求参数进行比对计算，若比对 计算结果满足用户照明需求时，系统返回判断起点；若比对计算结果 不满足用户照明需求时，系统以照度测量装置检测到的室内照度与用 户选定档位对应的需求参数的偏差为单输入参数进行单输入单输出 模糊控制，同时在单输入单输出模糊控制中写入“根据用户选取的参 数值不断修正控制规则”，使得系统根据用户选取的档位不断修正自 身控制规则对LED照明阵列灯中LED灯的开启状态进行控制；其中， 模糊控制计算公式如下：

$E=\frac{Lux-REF}{C}---\left(1\right)$

其中，C为模糊基准值，E为偏差的模糊量，Lux为室内实际照 度值，REF为当前用户所需的室内照度值，室内LED照明灯阵列模 糊控制表如表1所示。

表1室内LED照明灯阵列模糊控制表

其中，U为LED灯亮的个数，U＝1表示LED灯亮的个数加一个， U＝0表示LED灯亮的个数不变，U＝-1表示LED灯亮的个数减少一 个。

若偏差的模糊量E∈[-0.1,+0.1]时，表明室内实际照度满足用户 所需照度；若偏差的模糊量E＜-0.1时，表明室内实际照度不能满足 用户所需照度，则控制器控制LED照明灯阵列，增加LED灯亮的个 数；若偏差的模糊量E＞0.1时，控制器控制LED照明灯阵列，减少 LED灯亮的个数。

综上，本发明之模糊控制规则如图4所示，用户选择档位后，获 得当前用户所需的室内照度值REF，控制器接收到照度测量装置发送 的实际照度值Lux后，通过计算处理得到偏差的精确量e，再由模糊 控制公式进行模糊化处理得到偏差的模糊量后根据表1的模糊控制 规则，由控制器控制LED灯阵列的LED灯亮的个数。

实施例

作为本发明的一个具体实施例，如图1所示，铅蓄电池为两个， 分别为铅蓄电池一和铅蓄电池二，铅蓄电池一两侧分别串联继电器开 关K1和K3，铅蓄电池二的两侧分别串联继电器开关K2和K4，AD 电压数据采集模块一并联在铅蓄电池一的两侧，AD电压数据采集模 块二并联在铅蓄电池二的两侧，太阳能电池板与AD电流数据采集模 块之间设有继电器开关Ka，用于控制对铅蓄电池一和铅蓄电池二的 充电；LED照明灯阵列与电网供电系统之间设置继电器K5，电网供 电系统与家庭用电之间设有继电器开关Kb。

如图2所示，控制装置对供电装置的自适应控制过程为：

控制器接收AD电流数据采集模块发送的充电电路中的电流数 据，当电流数据大于铅蓄电池一的额定充电电流时，控制器控制继电 器开关K1、K3断开，K2、K4闭合，从而将铅蓄电池二并入充电电 路，对铅蓄电池二实施充电；当电流数据小于铅蓄电池一额定充电电 流的一半时，控制器控制继电器开关K2、K4断开，K1、K3闭合， 从而将铅蓄电池二从充电电路中切除，对铅蓄电池一实施充电。

控制器接收AD电压数据采集模块一发送的工作蓄电池的电压 数据，当工作蓄电池一的电压低于工作电压时，控制器对铅蓄电池二 两端的AD电压数据采集模块二发送的电压数据进行电压判断，若干 铅蓄电池二的电压高于工作电压时，控制器控制继电器开关K1、K3 断开，K2、K4闭合，从而将铅蓄电池二切入供电电路中，将铅蓄电 池一从供电电路中切除；若铅蓄电池二的电压也小于工作电压，控制 器控制继电器开关K3、K4断开，K5、Kb闭合，从而将铅蓄电池一 和铅蓄电池二从供电电路中切除，并将电网供电系统接入供电电路 中；当控制器检测到铅蓄电池一或铅蓄电池二的电压大于工作电压 时，控制器控制继电器开关K5、Kb断开，K1、K3闭合或K2、K4 闭合，从而将电网供电系统从供电电路中切除，将铅蓄电池一或铅蓄 电池二接入供电电路。

当控制器检测到铅蓄电池一和铅蓄电池二均充电完毕后，控制器 控制继电器开关Ka断开。

如图3、图4所示，控制装置对照明装置的模糊控制过程为：

用户选择所需照明档位后，照度测量装置一对室内照度进行测 量，并将测量数据发送给控制器，控制器将接收到的照度数据与用户 选定档位对应的需求参数进行比对计算，若比对计算的结果满足用户 照明需求时，照明系统返回判断起点；

若比对计算结果不满足用户照明需求时，系统进行滞后时延后， 再次进行数据比对计算，若再次比对计算的结果扔不满足用户需求 时，控制器读取照度测量装置二的测量数据，并将照度测量装置二的 测量数据与用户选定档位对应的需求参数进行比对计算，若比对计算 结果满足用户照明需求时，系统返回判断起点；若比对计算结果不满 足用户照明需求时，系统以照度测量装置检测到的室内照度与用户选 定档位对应的需求参数的偏差为单输入参数进行单输入单输出模糊 控制，同时在单输入单输出模糊控制中写入“根据用户选取的参数值 不断修正控制规则”，并根据模糊控制公式(1)计算出偏差的模糊量 E，再根据表1控制灯亮个数。

若偏差的模糊量E∈[-0.1,+0.1]时，表明室内实际照度满足用户 所需照度；若偏差的模糊量E＜-0.1时，表明室内实际照度不能满足 用户所需照度，则控制器控制LED照明灯阵列，增加LED灯亮的个 数；若偏差的模糊量E＞0.1时，控制器控制LED照明灯阵列，减少 LED灯亮的个数。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以 做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。