智能照明控制系统论文

摘要

随着科学技术的不断发展，人类社会迎来了电子信息时代。而智能家居照明控制技术随着智能化住宅的蓬勃兴起而飞速发展，成为照明控制技术发展的一个重要方向。因此，针对现有的智能照明控制系统的优缺点，根据人们的行为模式和住宅的光环境决定照明的控制规律，研究智能家居照明控制系统对提高人们的生活质量、节约能源和提倡绿色照明等具有十分重要的现实意义。

本论文主要从智能照明的基本概念、照明质量、家居照度标准、照明方式和种类、电光源的选择、智能照明控制系统的控制方式、智能家居照明控制系统设计等方面研究了家居式照明系统的设计的常用的方法，并且给出了智能化住宅各房间的典型照明技术。同时指出在进行照明系统的设计时，不仅要根据场合的具体环境使照明系统能够实现视觉需求的光环境，同时要注意节约能源，实现绿色照明。

本论文分析了现有的智能照明控制方式的控制原理及其优缺点，设计了基于家居环境的智能照明系统，并介绍了该系统的功能及软、硬件的设计方法。系统中的控制装置采用AT89S51单片机作为控制器，用C语言编程，采用光敏二极管检测光照度和PWM方式进行调光，同时设计了正负12伏直流供电电源。在具体硬件设计中，本文主要设计了光照度检测、显示及补偿部分，经过调试，该部分完全能够实现设计系统的功能。此外，还设计了灯光调节部分，根据环境调光或进行手动调节，同时还预留了RS232串行接口，为今后采用数字网络化调节的应用预留了空间。

关键词：智能家居；照明控制技术；光环境；照明质量；照度检测；照度补偿

Abstract

With the development of science and technology，human come in the era of electronic information. So the technology of the electronic home lighting control make a great development with the rise of electronic home. So the research on electronic home lighting control system is of great practical significance to improve people’s life quality and to promote green lighting against with the Advantages and disadvantages of the existing Intelligent Lighting Control System and according to people's behavior patterns of residential and light environment.

This paper mainly does research in the commonly used method of the design of the home-lighting systems, according to the basic concept of smart lighting, lighting quality, home illumination standards, methods and types of lighting, the choice of light source, the control of the electronic home and gives the typical residential lighting technology of every room. At the same time this paper pointed out that in the design of lighting systems, not only need according to the specific occasion to achieve the demand lighting environment, but also should pay attention to energy conservation and green lighting.

This paper makes an analysis on the control theory and the advantages and disadvantages of the existing smart lighting. It designs the electronic home lighting systems and introduces the method of the software system and hardware system in designing. The controller of this system uses AT89S51 and makes program with C language. It uses the photodiode to detect light and make a dimming in the PWM way.At the same time it designs a plus and minus 12-volt DC power supply. In the specific design of hardware this paper mainly designs for lighting detection, display and some compensation. After commissioning, the design can completely realize the function of system. Furthermore, it reserves the RS232 interface，make the space for the using digital networks in future.

Key words: intelligent home; lighting control technology; light environment; lighting quality; lighting detection; light compensation

目录

引言 (1)

1 绪论 (2)

1.1 智能家居的概念 (2)

1.2 智能家居照明的发展概况 (1)

1.3 智能照明控制系统的优势 (1)

1.4 现有智能照明控制系统的分析 (4)

1.5 本课题的研究意义 (4)

1.6 本文的主要研究内容 (5)

2 智能家居的照明设计 (6)

2.1 智能照明的基本概念 (6)

2.1.1 人类的视觉特性 (6)

2.1.2光照度及其单位 (7)

2.2 照明质量 (8)

2.3 家居照度标准 (8)

2.4 照明方式和种类 (9)

2.4.1 照明方式 (9)

2.4.2照明方式的确定 (9)

2.4.3照明的种类 (10)

2.5 电光源的选择 (10)

2.6 智能照明控制系统的控制方式 (12)

2.6.1 开环控制 (12)

2.6.2闭环控制 (13)

2.6.3应急照明控制 (13)

2.7 智能家居照明控制系统设计 (14)

2.7.1系统的基本功能 (14)

2.7.2系统的基本结构 (14)

2.7.3 各个房间的照明设计及要求 (15)

3 智能家居照明控制系统硬件电路设计 (18)

3.1 主要元器件的选取 (18)

3.1.1控制器的选择 (18)

3.1.2显示器件的选择 (18)

3.1.3光照度检测元件的选择 (19)

3.2电源电路设计 (20)

3.3主控制电路设计 (20)

3.4数据采集及处理电路 (22)

3.4.1数据采集电路 (22)

3.4.2AD转换电路 (23)

3.5显示电路设计 (25)

3.6照度补偿电路设计 (26)

3.7调光电路 (26)

3.8串行接口电路设计 (27)

4 智能家居照明控制系统软件设计 (29)

4.1 结构设计 (29)

4.2 流程图 (29)

4.2.1主程序 (29)

4.2.2显示子程序 (30)

5 实验与调试 (31)

5.1 实验模拟装置的制作 (31)

5.2实验模拟装置的调试 (31)

6 结论与展望 (32)

谢辞 (33)

参考文献 (34)

附录 (35)

引言

我国是一个人口众多的、资源相对不足的国家，发展节约型、创新型社会是我国的一项长期基本国策,在现续代化建设中必须实施可持发展战略。“智能家居照明工程”是可持续发展战略的一个内容，做好智能照明工程的工作一方面可以大幅度的节约照明用电，减少发电排污，保护环境；另一方面可以改善照明质量，形成一个优质高效、经济、舒适、安全可靠、有益人们工作和生活的照明环境。

智能照明工程的内涵是节能、高效、舒适、安全，有益于环保。家居照明设计应坚持“以人为本”的原则。按照现代绿色照明设计的原则，使照明系统产生综合的效益：既要降低能耗指标，满足环保的要求，又要创造良好的照明环境，保证人们的身心健康，促进国民经济的迅速发展。

本文具体对于家居环境的特点,提出了相应的节能措施，设计了相应的智能照明装置。先介绍了智能家居的的具体含义、存在的背景以及智能照明的现状与发展趋势，然后重点介绍设计的照明装置各个模块的原理与设计思路，最后叙述了硬件的设计调试过程和软件的编程。

1 绪论

1.1 智能家居的概念

智能家居，或称智能住宅，目前与此含义近似的词汇相当多，诸如:家居智能化电子家庭（Electronic Home）、数字家园（Digital Family）、家庭自动化（Home Automation）、家庭网络（Home Net）/网络家居（Network Home）、智能家居/建筑（Intelligent Home/Building）。实际上智能化住宅的发展分为三个层次，首先是家庭电子化（HE，Home Electronic），其次是住宅自动化（HA，Home Automation），最后是住宅智能化，美国又称智慧屋（WH，Wise Home），欧洲称为时髦屋（SH，Smart Home）。

尽管名称五花八门，但它们的含义和所要完成的功能大体是相同。曾经有文章这样描写一种智能家居：当早晨起床时间一到，卧室音响设备就会自动播放主人爱听的“起床曲”唤醒主人；卧房浴室的电灯也会在主人进入梳洗时自动亮起，这时，厨房的煮咖啡器也会自动煮水，等主人出来时，就有热腾腾的咖啡等着他；在客厅里，主人只需轻轻按动综合功能遥控器，就可以十分方便地通过家庭影院系统播放电视节目、CD点播、DVD播放、上网查询邮件和当天的新闻，以及多媒体游戏。当主人出门后，智能家居系统就会自动启动安全保卫系统，一旦有人非法进入住宅或发生意外事故（如火灾、煤气泄漏、老人疾病紧急救助），系统就会自动拨电话通知主人，或向有关部门报警。在外的主人接到报警后，也可以拨电话回家接上家庭智能化系统，开启家中的数码电话机上的特别对讲器，听听家里有没有奇怪的声音，甚至质问不速之客“你想干什么”。主人在下班回家前，可以通过电话遥控家里的空调并调节到舒适的温度上，以及其他的电器设备，当主人完成操作后，电话里会传来优美的应答声。

1.2 智能家居照明的发展概况

智能家居是综合计算机、信息通信等方面最先进的技术，使住宅内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等，实现住宅综合管理自动化、远程通信和办公事自动化的有效运作，并使这三种功能结合起来的家居环境。

随着智能建筑，特别是智能家居式建筑的出现，使建筑要求和设计方法跟传统的住宅比，大为不同。照明作为建筑不可缺少的部分，随着国际上智能家居的大量出现，与之配套的智能照明技术也迅速发展，并成为21世纪的照明技术发展的一个重要方向。

预计在本世纪，人工智能技术在建筑和照明中的应用趋势将会进一步扩大。面对这一发展趋势，开发了不少智能照明设计，如智能灯具、智能照明控制与管理系统，包括在照明方面的计算机硬件和软件。此外计算机在照明设计和测试方面也得到广泛地应用。澳大利亚邦奇公司开发的Dynalie智能照明控制系统，日本的智能照明建筑，特别是现代化办公室的智能照明技术等都值得我们研究与借鉴。

1.3 智能照明控制系统的优势

智能照明控制系统是指用计算机技术并辅助其他手段，对电力照明实行自动控制，提供合适照明环境的同时降低照明系统的电能消耗和其他使用费用。智能照明控制系统于手动照明控制系统相比有很多优点，包括创造环境气氛，改善工作环境、提高工作效率，良好的节能效果，延长光源寿命，管理维护方便等。

⑴创造环境气氛

使用智能照明系统，可以根据使用情况和住宅内的日光亮度来预设回路。可在回路中实现灯具的单独控制或成组控制，每个回路或灯具都可以设置为不同的亮度级别，这些级别存储为“场景”，可以理解为一个房间或某一区的完整面貌。设置场景后，即可方便地使用墙上的控制面板或遥控器手动调用。可以根据定时器、日光传感器和使用情况自动调用这些场景，使其达到丰富的艺术效果。

⑵改善工作环境，提高工作效率

智能照明控制系统以调光模块控制面板代替传统的平开关控制灯具，可以有效地控制各房间内整体的照度值，从而提高照度均匀性。同时，这种控制方式有效地解决了频闪效应，不会使人产生不舒适、头晕脑胀、眼睛疲劳的感觉。

⑶良好的节能效果

智能照明控制系统借助各种不同的“预设置”控制方式和控制组件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，实现节能。这种自动调节照度的方式，充分利用室外的自然光，只有当必需时才把灯点亮或点亮到要求的亮度，利用最少的能源保证所要求的照度水平，节电效果十分明显，一般可达30%以上。

⑷延长光源寿命

智能照明控制系统能成功地抑制电网的浪涌电压，同时还具备了电压限定和WE流滤波等功能，避免过电压和欠电压对光源的损害。智能调光器慢慢地把灯光调亮到一个设定的水平。刚打开灯时，这是相当重要的。在这一点上，白炽灯由于灯丝的热冲击易于失败。通过把灯慢慢地调亮到设定的水平，也被称为“软启动”，避免了冲击电流对光源的损害，可以相当多的延长灯泡的寿命。降低灯泡的亮度也可以延长灯泡的寿命。减低10%的亮度，灯泡可以延长一倍的寿命，而减少50%,可以延长到20倍以上。还可以实现“软关断”，灯光慢慢地熄灭。当切换场景时，灯光的变化是渐变的，使人们不会有突然变化的感觉，充分考虑到人眼对灯光的亮度的适应性。延长光源寿命不仅可以节省大量资金，而且大大减少更换灯管的工作量，可以降低照明控制系统的运行费用，管理维护也变得简单。

⑸管理维护方便

智能照明控制系统对照明的控制是以模块式的自动控制为主，手动控制为辅，照明预置场景的信息存储在内存中，这些信息的设置和更换十分方便，使建筑物的照明管理和设备维护变得更加简单。例如在客厅中，可根据时间设定晚上11点后，场景照明自动切换到睡前场景照明。睡觉前还可以从集中显示器中查看各房间的灯是否关闭。

1.4 现有智能照明控制系统的分析

澳大利亚奇胜场景照明控制系统，可以对同一个场所中最多 18个灯区 (照明回路)供电和调节亮度。用户可以调节和预设每个灯区的亮度以适应最多 5种场景，只需按一下按键就可以为你的活动选择满意的照明环境。

美国LC&D智能照明控制系统是一套由计算机微处理器控制的低压继电器配电盘组成，按照客户对室内外照明的具体要求，设定照明控制的时间、区域、方法来控制每一个独立的回路，也有手动开关直接控制。

国内生产的真善美智能照明系统具有集中控制、多点操作、集中显示、停电自锁、免打扰、遥控功能等智能功能，使家居生活更加方便与舒适。

但是，国内外智能照明系统的研究存在着一下几个问题：

⑴现有国外的智能照明系统主要控制照度这个指标，他们的研究主要集中于办公室照明，以节能为主要目的，但是根据最新研究成果表明，非定量指标如舒适性和艺术性等对室内照明光环境的影响更大。

⑵国内的一些智能照明控制系统能够实现集中控制和集中显示，具有一定的智能性，但只能控制房间中的一个或一组灯的开、关，不能实现场景控制，也不能实现对灯光的亮度调节，不能产生多种照明效果。

⑶针对家居照明光环境的智能照明控制系统的研究产品较少。

1.5 本课题的研究意义

智能家居照明控制系统的研究不仅可为目前国际上前沿研究课题——智能照明控制系统研究积累有益的经验，而且还提高了住宅照明光环境质量和住宅价值。再者随着社会和科技进步，人们居住条件，生活的自动化水平也在不断地提高，这对能源消耗提出了更高要求，发展节约型、创新型社会今后是我国的一项长期基本国策。照明系统是一个重要能源消耗对象，目前存在较严重的浪费现象，设计出高效节能的照明装置是当今迫切需要的，这也是实现家居环境可持续发展的关键技术之一，并且具有极为广阔的发展前景。

具体研究意义如下：

⑴提高住宅照明光环境质量。在住宅的照明光环境设计中除充分考虑到视觉作业、合适的照度、亮度分布、视觉舒适性、眩光控制、显色性、照明装置的外观以及使用者或参观者的主观感觉等八个因素外，还需要考虑到人体因受到季节光照减少而产生的“季节性情感紊乱”因素和根据含不同光谱成分光源对褪黑素分泌的抑制能力强弱不同，视具体情况采用不同的光源。

⑵体现以人为本的照明控制思想，根据人们的行为模式和住宅的光环境决定照明的控制规律，创造一个个性化、艺术化、舒适、高雅的家庭光环境。好的照明光环境使

人心情愉快，工作效率提高:而好的照明控制系统不仅能实现好的照明光环境，而且节能、维护管理方便，真正实现绿色照明。

⑶构成智能家居系统的一部分。智能照明控制系统可以独立运行，实现对光环境的合理控制:同时，其具有通信功能以及可扩展性，可把智能家居照明系统作为智能家居的子系统，并与家居自动化控制系统、电视、多媒体系统、探测、共同构成家居智能化网络系统。

1.6 本文的主要研究内容

第一章主要介绍了智能家居的概念以及智能家居照明的发展概况，并总结了智能照明控制系统的优点，同时对现有智能照明系统作了简要的分析，提出来发展智能照明的重要意义。

第二章主要从智能照明的基本概念、照明质量、家居照度标准、照明方式和种类、电光源的选择、智能照明控制系统的控制方式、智能家居照明控制系统设计等方面研究了家居式照明系统的设计的常用的方法，并且给出了智能化住宅各房间的典型照明技术。

第三章主要阐述了智能家居照明控制系统的硬件电路设计，从主要元器件的选取，到各个功能模块电路的设计都做了详细的分析与介绍。

第四章主要介绍了系统的软件设计，并给出了主程序和数码管显示子程序的流程图。

第五章主要阐述了系统的调试方法及在调试过程中出现的各种问题及相应的解决方案。

2 智能家居的照明设计

智能家居是由建设部在各大城市指导建设的面向21世纪的豪华住宅，其定位标准是 “科技先导、适度超前”，专家称这将是我国住宅产业未来发展的方向。而现代智能家居的电气照明设计与装饰工程有着非常密切的联系，只有相互结合，才能真正做到安全，实用，经济，美观，满意的视觉条件。下面将电气照明设计的一般原则与要求列表如下，见表2-1所示:

2.1 智能照明的基本概念

人类在长期的进化过程中，形成了特有的视觉特性。因此，有必要先介绍一下人类的一般视觉特性。

2.1.1 人类的视觉特性

⑴ 暗视觉、明视觉和中介视觉

视网膜是人眼感受光的部分，网膜上分布两种不同的细胞。边缘部位杆状细胞占多数，中央部位锥状细胞占多数。这两种细胞对光的感受性是不同的。杆状体对光的感受性很高，而锥状体对光的感受性很低。因此，在微弱的照度下（视觉亮度在610-～210- cd/2m ），只有杆状体工作，这种视觉状态成为暗视觉。当亮度达到10cd/2m 时锥状体的工作起主要作用，这种视觉状态称为明视觉。当视觉亮度在210-～10cd/2m 时，杆状体和锥状体同时起作用，这种视觉状态称为中介视觉。杆状体对光的感受性很高，但它却不能分辨颜色。只有锥状体在感受光刺激时，才有颜色感。因此，只有在照度较高显得明亮的条件下，才有良好的颜色感。

⑵视觉适应

在现在和过去呈现的各种亮度、光谱分布、视角的刺激下，视觉系统状态的变化过程称之为视觉适应（visual adaptation）。它可分为明适应和暗适应。

视觉系统适应高于几个坎德拉每平方米亮度的变化过程及终极状态称为明适应。视觉系统适应低于百分之几坎德拉每平方米亮度的变化过程及终极状态称为暗适应。

对眼睛来说适应过程是一个生理光学过程。开始是瞳孔大小的变化，继之是视网膜上的光化学反应过程。一般来说，暗适应所需要的过渡时间较长，而明适应是眼睛从暗到亮的适应过程，这一过程较短，约2-3分钟。

⑶后像

视觉不会瞬时产生，也不会瞬时消失，特别是在高亮度的闪光之后往往还可感到有一连串的影像，以不规则的强度和不断降低的频率正负交替出现，这种现象称为后像。强烈的后像对视力工作特别有害，例如偶然看到极亮的发光体后，在一定时间内，我们总被一个黑影（极亮发光体的负后像）所困扰。

⑷眩光

若视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，则可引起不舒适或造成视觉降低的现象称为眩光。眩光按其评价的方法可分为失能眩光与不舒适眩光。不舒适眩光使人产生不舒适感或烦恼等心理感觉。不舒适眩光的产生主要与以下 4个因素相关[6]眩光源的，眩光源的表现立体角ω。眩光源离开视线的仰角θ和眩光源所处的背景亮度 L f。亮度L

s

不舒适眩光的程度只能通过主观评价来估计。失能眩光会导致视疲劳增加，工作效率降低，眩光严重时会造成观察者短暂致盲，此时称为失明眩光。

⑸光源的色温与显色性

①色温

光源的发光颜色是与温度有关的,当温度不同时,光源发出光的颜色是不同的.如白炽灯,当灯丝温度低时,发出的光以红色为主;当灯丝温度高时,灯丝发白,发出的光由红变白。

②显色性

当某种光源照射到物体上时,该物体的色彩与阳光照射时的色彩是不完全一样的,有一定的失真度.所谓光源的显色性,就是指不同光谱的光源分别照射在同一颜色的物体上时,所呈现出不同颜色的特性,通常用显色指数来表示光源的显色性.

2.1.2 光照度及其单位

⑴光通量

按人眼对光的感觉量为基准来衡量光源在单位时间内向周围空间辐射引起光感的能量大小，称为光通量。光通量用符号Φ表示，单位为流量（lm）。

⑵照度

通常把物体表面得到的光通量与这个物体表面积的比值叫做照度，由E表示。E=Φ（2-1）式中

/A

Φ—光通量（lm）；

A—面积（㎡）；

E—照度（lx）。

下面举几种常见的照度情况:

①在40W的白炽灯下1m远处的照度约为30lx，加搪瓷伞形后增加为73lx。

②晴朗的白天室内为100～500lx。

③照度为1lx，仅能辨别物体的轮廓，阅览室的照度要求不低于50lx。

2.2 照明质量

良好的照明质量，对提高学习和工作效率及减少视觉疲劳和创造一个舒适的生活环境等都具有重要的作用。此外，随着生活水平的提高，人们对照明质量的要求也越来越高。影响照明质量的因素主要有下面两点：

⑴照度的均匀性

在视野内，照度的不均匀很容易引起视力疲劳。为了使照明场所的照度比较均匀，要求房间由最大、最小照度分别与平均照度之差不大于或不小于平均照度的六分之一。可以从灯具的布置来解决。只要实际布灯的距离比（d/h），小于各种灯具最有利的距离比（d/h），照度的均匀度便能满足要求。

⑵照度稳定性

为了保证照度在使用过程中不低于标准值，即应考虑光源老化，灯具污染等不利因素，在设计时可适当增加光源的功率。

其次防止因电压下降而引起照度降低，以及电压变化而引起的照度波动。特别是每秒20次下的严重波动，对眼睛危害很大，更应该避免。这种电压波动是在网络内大功率设备频繁启动所致。解决方法是动力和照明电源分开，以及照明变压器增设调压器等。

2.3 家居照度标准

照度标准是关于照明质量和数量的规定。即工作面上的亮度或照度。因此在照度标准中主要是规定工作面的照度。在确定照度标准时，应根据建筑规模、空间大小、服务对象，设计标准等条件，在推荐照度范围内选择最适当的设计照度值。

对于各类建筑的一般照明推荐照度值，《建筑电气设计技术规程》有明确的规定，下面仅将家居住宅的照明推荐照度列于表2-2中，如下所示：

表

2-2 家居住宅的照明推荐照度表

2.4.1 照明方式

照明方式是照明设备按照其安装部位或使用功能而构成的基本制式。它分为一般照明、分区一般照明、局部照明和混合照明四种。

⑴一般照明

为照亮整个场地而设置的均匀照明称为一般照明。对于工作位置密度很大而对光照方向无特殊要求的场所，或受生产技术条件限制不适合装设局部照明或采用混合照明不合理时，则可单独装设一般照明。

⑵分区一般照明

对某一特定区域，如进行工作的地点，设计成不同的照度来照亮该区域的一般照明称为分区一般照明，可以有效地节约能源。

⑶局部照明

特定视觉工作用的、为照亮某个局部而设置的照明称为局部照明。局部照明只能照射有限面积，对于局部地点需要高度并对照射方向有要求时，可以装设局部照明。对于因一般照明受到遮挡或需要克服工作区及其附近的光幕反射时，也宜采用局部照明。当有气体放电光源所产生的频闪效应的影响时，使用白炽灯光源的局部照明是有益的。

⑷混合照明

由一般照明和局部照明组成的照明称为混合照明。对于工作位置视觉要求比较高，且对照射方向有特殊要求的场合，往往采用混合照明方式。

2.4.2照明方式的确定

要在满足照明舒适性的前提下节约能源，住宅中必须根据照明的功能目的采取合理的照明方式，一般照明结合局部照明便可获得良好的照明光环境。例如卧室，卧室主要是休息场所，当进行一般的活动 (整理床铺、折迭衣服、交谈)时，可只打开一般照明，照度为 50lx左右。但当坐在梳妆台前化妆时，如只打开卧室中央的吸顶灯，灯光可能从背后或侧面射来，脸上不能获得应有的照度，显得脸色晦暗。如果在梳妆台上方可设置局部照度 (300lx)，并控制眩光的角度，不让光线直射入眼，就可以达到很好的效果，

不用时可以关闭，灵活、方便。一般人睡觉前会有床上阅读的习惯，可在床两侧的床头柜上设置台灯，或在床的上方设置壁灯，并可单独控制。

总之，在需要高照度的场所，尽量采用局部照明。尤其住宅中是以环境照明为主，如果都以高照度的标准设置室内的平均照度，不仅浪费有限的资源，而且达不到应有的照明要求。

2.4.3照明的种类

一般包括正常照明、应急照明、值班照明、警卫照明和障碍照明这五种。在本设计中主要采用正常照明，各种照明的具体定义及适应范围这里不在详细的介绍。

2.5 电光源的选择

选择光源以优先选用光效高、寿命长、节约电能的光源为原则，结合环境特点及工艺要求综合考虑。下面介绍几个选择光源的角度：

⑴光源的发光效率角度

光源发出的光通量是以流量 (lm)来度量的，而每瓦电能所能发出的光通量就是光源的发光效率，简称光放。因为普通白炽灯、普通荧光灯的光效可以大大低子高效节能电光源 (节能白炽灯、紧凑型荧光灯、高效直管荧光灯)，为节约能源，应尽量采用节能电光源。

⑵光源的色温角度

光源的色温:与所研究的光源色品度相同或最接近完全辐射体的温度，用绝对温度K 表示，是将一标准黑体加热，温度升高至某一程度时颜色开始由红～浅红～橙黄～白～蓝白～蓝，逐渐改变，利用光色的这种变化特性，某光源的光色黑体在某一温度下呈现的光色相同时，将黑体的绝对温度称为该光源的色温。在照明中，不同的光源具有不同的色温，它们引起不同的外观效果。表 2-3给出不同色温的光源所具有的外观效果阁。在照明设计中，应考虑季节变化，夏季宜采用高色温光源，冬季宜采用低色温光源。

表2-3光源的颜色外观效果

不同色温不但给人们以不同的外观效果，而且要求的照度也不同。表2-4给出在不同照度下，对光的不同颜色外观效果的总印象。

表2-4 不同照度下不同光色的外观总效果

⑶光源的显色性角度

光源显现被照物体颜色的性能称为显色性，也就是颜色逼真的程度。光源的显色性是由光源的光谱功率分布所决定的，光谱连续的光源显色性好，物体在该光源下，所呈现的颜色就比较逼真。显色性用显色指数定量地表示。

CIE显色指数是指 14种特殊规定的颜色中的任一色样，在待测光源下的颜色与在参照光源下的颜色一致的程度的度量。用特殊显色指数 R;表示有关单个色样在被测光源下的显色程度，前8个色样的显色指数 (R1-R8)的平均值称为CIE的一般显色指数，用 Ra表示，是 0-100的数值。一般人工光源用Ra作为评价显色性的指针。光源的显色指数愈高，其显色性愈好。显色性与参照光源完全相同时Ra为 100。一般认为Ra=80-100显色性优良，Ra=50-79显色性一般，Ra<50显色性较差。实验结果表明:在相同的照度下，采用显色性好的光源，视亮度 (主观亮度)较高，采用显色差的光源，视亮度 (主观亮度)较低。若采用显色性差的光源，应相应地提高照度值，以提高色度。表2-5 说明人工光源对不同颜色所产生的影响。

表2-5人工光源对不同颜色所产生的影响

2.6 智能照明控制系统的控制方式

根据现有的智能照明控制系统的控制方式，分为开环控制、闭环控制和应急照明控制。

2.6.1 开环控制

（1）定时控制

定时控制是一种常用的控制方式，分为计时器和实时时钟两种。计时器由手动操作，一旦被驱动，打开灯光并保持一段时间，时间的长短是预设的。计数时间到就关闭灯光，如要打开灯光需重新驱动定时器。一般的计时器可定时5分钟到两个小时。人离开后可自动关闭灯光，可节约能源，但如人停留的时间超过定时时间，需再次驱动，可能会造成灯光频繁的开关。计时器大多用在人只作短暂停留的场合或者正常工作时间以外偶尔有人逗留的区域。

实时时钟控制是根据预先的时间设定来进行控制，根据时间打开、关闭灯光或调节灯光到某一设定的水平。有机械实时时钟和电子可编程实时时钟两类。机械实时时钟简单易用，价格相对便宜，但只可设定一个时间。电子可编程实时时钟则可设定很多不同的灯光区域和时间。采用实时时钟管理灯光方便，可节约能源，但有时需要设置手动开关。

（2）手动遥控器控制

通过遥控器，实现在正常状态下对各区域内用于正常工作状态的照明灯具的手动控制和区域场景控制。

开关控制是灯具最简单、最根本的控制方式。采用这种方式可以根据灯具的使用情况以及不同的功能需求，方便地开灯或关灯。这是目前最为常见、使用最普遍的照明控制方式。开关控制可分为跷板开关控制、断路器控制、红外传感器控制等。其中，红外传感器与调光技术的并用，不仅可以控制灯的开关状态，而且还可以控制空间的照度水平，这将使一个人走人完全黑暗空间时的不舒适感大为减少。目前又发展了定时控制、光电感应开关控制、声控开关控制等。

就目前现有技术而言，遥控开关大多采用可控硅或继电器作为开关器件。可控硅的抗干扰和抗过载能力很差，不适宜控制感性和容性负载，可靠性差，长时间工作容易损坏。而继电器工作时线圈有一定功耗，易发热不适宜长时间工作，继电器的触点也不能长期工作在过载状态。同时这些采用可控硅或继电器的电子开关，一旦出现故障将使受控电器不再受。电器处于长期通电或断电状态很不安全。安全性、可靠性、稳定性这些问题成为各种电子化开关成为各厂家努力寻找解决的目标。

大约 80%的家庭拥有三个以上遥控器，过多的遥控器使人产生不方便感，而多种功能合一的遥控开关集多种遥控功能于一身。首先它是无线遥控开关，可以控制家中的照

明，窗帘，空调等系统;同时它也是红外遥控开关，内置了许多品牌的电视，音响，VCD 等红外控制指令集。还可以学习两种红外线遥控器的控制功能，用于客厅或高级家庭影院。将计算机、电话、视听设备、安全监控设备、厨房设备、电灯、窗帘等受控设备的红外遥控码进行学习和对所有设备模拟控制，然后集中在一个无线液晶屏上，通过液晶屏上的中文菜单选择点击，只要拿着这只全能遥控器，就可以遥控家里的任何一个角落的设备。

（3）区域场景控制

智能照明系统中，回路级别是根据使用要求和其它因素预先编程好的。照明设备可以独立控制，或者在回路中成组控制。每个回路或者设备可设置成不同的亮度水平。这些亮度水平可以储存为一个“场景”，其可以看作为一个房间或区域的一个完美外观。场景一旦设计完成，场景可以很容易地通过操作墙上的控制面板或遥控器实现，也可以通过定时器，光传感器或者根据活动区域探测器自动地实现场景照明。一旦新的场景被选中，照明设备将以预先设定的速率转换到新的设置水平。区域场景控制可以实现多种照明效果，创造视觉上的美感。但其也有不足，就是在修改场景时必须通过编程。

2.6.2闭环控制

⑴照度检测控制

为了充分利用日光，节约能源，通过照度检测器检测窗户外边的自然光照度，根据日光系数计算出室内某一点的水平照度，由计算得出的水平照度开启相应的灯光并调节到相应的亮度，使该区域内的照度不会随日照等外界因素的变化而改变，始终维持在照度预设值左右。这种控制方式是照度检测控制。但是这种控制方式利用昼间照明，故存在两个方面的问题：1)建筑设计者需要确定一年中哪些时期日光在室内产生的照度超过日常工作所需的照度；2)工程师安装由日光控制的人工照明系统时需要有一个准确的控制参数以保证有一个舒适的视觉环境。

⑵照明与窗帘的联动控制

电动窗帘控制系统是整个居室照明系统的一个重要功能部分，它把家中的窗帘系统纳入整个智能照明中。而电动窗帘控制系统的核心就是窗帘电机控制器，利用它就可以对窗帘进行控制。

2.6.3应急照明控制

应急照明控制是指智能照明控制系统对特殊区域内的应急照明所执行的控制。在正常状态下，它能够自动调节照度和区域场景控制同调节正常工作照明灯具的控制方式相同。在应急状态下，它能够对各区域内用于应急工作状态的照明灯具放弃调光，实现自动解除调光控制，使处于事故状态的应急照明达到100％。

以上分析了智能照明控制系统中通常采取的几种照明控制方式，并不是一个照明控

制系统必须包含上述所有控制方式，而是根据需要，以及可行性，确定采用其中的一种或几种的组合控制方式。

2.7 智能家居照明控制系统设计

2.7.1系统的基本功能

（1）调光功能，即可对荧光灯、白炽灯等光源进行调光，可记忆多个场景以满足会客，家庭聚会、休闲娱乐、文化学习等多种场景的光环境的需求。

（2）编程功能，能够方便的修改灯光的场景。

（3）软启动和软关断功能，避免冲击电流对光源的损害，延长光源的寿命。

（4）显示功能，包括时间显示、场景显示、季节显示等。

（5）手动调光功能，当手动调光器在最大或最小值输出时，处于自动调光状态；当其处于最大和最小值之间时，可根据需要进行手动调光。

（6）休假模式功能，当主人外出休假时，按下休假模式按键，系统即可进入休假模式，根据程序设定，就可模拟主人在家时最常用的灯光模式。

（7）不仅可以独立运行，实现对光环境的合理控制，而且具有通信和可扩展性功能。

2.7.2系统的基本结构

根据系统功能，系统主要由控制面板的输入电路、光照度检测电路、输出电路、调光电路和显示电路组成。

光照度检测模块由光敏二极管和运算放大器组成，当把光敏二极管的两端连接起来的时候，就会产生与光照度成正比的电流，这就是短路电流，由于电流很小，所以经过运算放大器的放大作用同时转换成电压送入A/D转换输入单片机去处理。模数转换芯片采用ADC0831，接收经过运算放大器处理后的光照度的检测值，经过ADC0831处理后送单片机进行数据处理。处理后的信息将通过单片机控制，在LED显示管上显示出光照度所对应的电压，并且控制八个发光二极管的亮灭。输入回路由控制面板组成，输入人们的控制指令，比如场景切换，进入休假模式等。电源电路主要把交流电源转换为控制器、各芯片的工作电源及参考电压。显示电路完成时间显示、场景显示、季节显示等功能。输出电路由固态继电器或调光器、灯光回路组成，完成对荧光灯、白炽灯的调光。目前，采用可调光电子镇流器((PWM调光技术)的方式来实现荧光灯的调光。近年来，出现了一种先进的电脑调光控制技术—智能调光系统(系统中采用微处理器，可据不同要求对光环境进行智能地调节)。整个系统的原理框图如下图2－1所示。

图 2-1 系统框图

2.7.3 各个房间的照明设计及要求

客厅、厨房、餐厅、卧室、书房、卫生间，为现代家居照明设计的六个节点，构成了智能家居生活的六面魔方。别小看空间中的灯光，这些看不见摸不到的设计元素的确影响着你精心布置的家居。热烈或宁静，沉稳或活波，浪漫或温馨，同样的结构形式，装饰风格，不同的灯光却塑造出截然不同的气质。

⑴客厅形式大于功能

客厅，家居空间中使用频率最高的区域，也是最能体现家居气质的中心地带。这里的照明其装饰性往往大于功能性的要求。所以，我们尽可以挑选自己喜欢的灯具造型，让灯具的外观也成为空间中独特的装饰品。值得注意的是，客厅通常属于公共空间，这里需要相对柔和均匀的光线环境。所以，要记得将灯具的光源向上安装，并利用顶面对整个空间进行漫反射照明。不同于直射照明，经过反射的光线总能触及到空间的每一个角落，不至于让空间有明显的黑暗死角。同时，根据需要可以适当在角落布置一些筒灯，这样既能够弥补艺术灯具照度不足的尴尬，又能让光线更均匀，增加空间的视觉通透感。见图2-2所示。

⑵书房功能至上主义

书房空间有明显的功能倾向，一般以雅致、宁静的气氛为佳。于是，在这种功能至上的环境中，灯具的形式一定不能成为空间的主角，也就是说，书房的照明布置的原则是以满足照度要求为准。需要注意是不要在书房里装射灯，由于其光线的刺激、突兀，有可能会造成眩光。其次为了满足不同的使用需求，除了在顶部安装整体照明的吊灯之外，还需要在空间的局部位置安装点光源。如书架的顶部层板、沙发的背后、书桌上分别布置筒灯、落地灯、和台灯，这样既能照亮整个空间，又可以让点光源将空间的焦点集中落在需要照亮的地方。于是，一个没有任何外界干扰的读书空间就因灯光而形成了。见图2-3所示。

图 2-2 客厅空间设计

图 2-3 书房空间设计

⑶卧室温情的漫反射

几乎每个人都希望自己的卧室能够尽可能得温馨、雅致。那么，除了改变墙面的色