代婷婷
陇南师范高等专科学校，甘肃 陇南 742500
照明设备作为人们日常生活中的重要组成部分，对照明电路的运行效率、功率消耗有严格要求[1]。在计算机技术与自动控制技术的协同发展下，照明设备及照明电路的种类逐渐增多，其功耗、运行效率与质量的管理难度逐渐升高[2]。科学合理的照明电路控制系统至关重要，能够直接控制照明电路的运行状况，并根据不同环境光源的需求，提供相应的照明电路控制方案，调节照明设备的照明模式，避免出现能源消耗过大的情况[3]。
现阶段，我国在照明电路控制系统方面的研究逐渐成熟。然而，受到部分自然因素与技术因素的影响，在电路控制系统终端节点照度远程控制方面仍然存在一定的不足，照明方式存在限制性，过于单一化，严重降低了照明电路控制的整体效果[4]。声光传感器作为传感器的一种，主要以超声波与光波作为传输介质，可以根据系统客户端发出的请求，接收并分析照明控制命令，并及时作出响应，从而改善传统照明电路控制系统的不足[5]。基于此，文章在传统照明电路控制系统的基础上引入声光传感器，对系统的硬件与软件进行优化设计，提出一种新的控制系统，为照明设备的高效运行提供保障。
为了提升照明电路控制系统硬件的运行效率与质量，文章在传统电路控制系统的基础上采用C/S硬件架构，对系统的硬件进行了优化设计。文章设计的基于声光传感器的照明电路控制系统采用AT 75C5型号的单片机，其具有较高的兼容性，能够节省照明电路的耗电量[6]。系统的电源模块采用交流220 V电压，设置其直流电压为24 V，能够为CPU进行可靠供电。系统CPU采用型号为236-2 TL/MD的集成CPU，与通信PN口之间建立连接，实现系统内的数据交换[7]。系统的传感器采用MTL-4165C5型号的声光传感器，其尺寸为35 mm×109 mm，由发送器、接收器、投光器、受光器与控制器组成，声波发射端的脉冲电信号为25～40 kHz，通过传感器振动发出相应的声波，生成电信号，经过滤波处理后，传送给系统单片机[8]。设置倾角传感器的比例电压输出与负载驱动能量测量范围，保证其运行的工作温度在-45～120 ℃。
根据照明电路控制系统的实际运行状况，不断调节传感器的检测亮度，将接收到的光信号转换为电信号，经过单片机的处理操作后，实现照明电路调光、节能的目标。系统的驱动器采用HT-5520T3型号的高效LED驱动器，成本较低，在系统运行中起到升降电压的控制作用。设置LED驱动器芯片的运行效率大于90%，输入电压在8～450 V范围内，驱动电流变化平稳。通过上述照明电路控制系统的硬件设计，可以为系统提供稳定的运行环境。
在照明电路控制系统硬件设计结束后，对系统的软件进行全方位设计，以弥补传统照明电路控制系统中的不足。
2.1 光照信号数据采集模块设计
光照信号数据对照明电路控制系统的运行有重要意义。首先，结合声光传感器的采集作用，设计光照信号数据采集模块。选取合适的光照强度与光照条件，设置采集模块的采集时间间隔，控制照明设备与声光传感器之间的距离。在此基础上，设置照明设备在开启与关闭状态下的光照度数据采集参数及设备照度平均值，如表1所示。
表1 照明设备光照度数据采集参数
先获取照明设备的照度值，制订对应的照明电路调试规划方案，安装PLC调试程序，再与中控室上位机及数据采集模块之间建立连接，通过中控室能够实时监控照明电路控制系统的运行状况。
2.2 照明设备管理模块设计
在光照信号数据采集模块设计结束后，对系统内的照明设备管理模块进行相应设计。将照明设备管理模块与系统的通信端口连接，通过串口接口接入通信网络下的局域网。对系统内整体的照明设备管理模块进行区域划分，结构如图1所示。
如图1所示，照明设备管理模块主要分为照明分区管理子模块、灯具信息管理子模块、通信状态跟踪子模块、自动调光子模块、照明场景设置子模块及远程控制子模块6个模块。其中，照明分区管理子模块为设备管理模块的主要入口分区，通过设计该模块，可以使系统内各个照明控制区域实现独立操作的目标，通过快速切换按钮，可以根据照明任务实时切换设备照明区域；
灯具信息管理子模块主要负责照明设备关联节点的信息存储、照明使用场景信息存储、灯具节点管理等，通过系统PC端，将灯具信息发送到通信模块，进行照明灯具模组的控制管理；
通信状态跟踪子模块负责跟踪处理照明设备运行状态，并及时反馈给系统终端；
自动调光子模块负责调控照明设备的照度状态，基于传感器的数据采集，实现自动调光与照明的目标；
照明场景设置子模块负责调节设备照明时间、照明亮度与设置照明场景，针对不同的照明需求，选取舒适度较高的照明场景；
远程控制子模块作为配置调控模块，能够初始化系统时间，对照明设备与照明目标进行批量控制，远程控制系统照明设备的开关，全方位实现照明电路控制系统的自动化与智能化管理目标。
图1 照明设备管理模块结构示意图
2.3 照明控制程序设计
照明控制程序作为照明电路控制系统中的重要组成部分，直接决定照明设备的照明运行模式。首先，选取适用于照明电路控制系统的通信协议，实时采集并反馈照明设备的运行状况，发送与接收系统的各项信息数据；
在选取通信协议的基础上，设计系统照明控制程序的运行流程，如图2所示。
如图2所示，首先，利用声光传感器，采集照明设备的初始化运行数据，将运行数据转换为电信号，利用数据读取器，读取照明电路信号；
通过系统的主控模块，定期发送照明电路命令请求信号，主控子模块在接收到请求信号后，根据请求信号的位置反馈定位信号；
照明电路控制系统接收定位信号后执行对应的客户端命令，完成照明电路的控制。
图2 照明电路控制程序流程图
为了客观分析文章设计的基于声光传感器的照明电路控制系统的可行性，进行了系统测试。搭建系统测试环境，服务器硬件采用Windows Server 2008操作系统，CPU为Intel(R)Xeon(R) Silver 4214，硬件内存为64 G，服务器代理为Tomcat；
客户端硬件采用Windows 10专业版操作系统，浏览器为Google Chrome，CPU为Inter Core i5-12640KF，硬件内存为16 G；
系统运行的网络带宽为1 000 M。将文章设计的照明电路控制系统应用到测试环境中，先采用白盒测试的方法，测试系统中各个功能模块的运行状况是否符合预期，结果如表2所示。
表2 照明电路控制系统功能模块测试结果
如表2所示，通过白盒测试可以得知，文章设计的照明电路控制系统的各个功能模块的测试结果均符合预期目标，表明系统功能模块运行状况良好，满足照明电路的照明需求。然后，采用MATLAB分析软件，全方位地对系统的运行性能进行多次分析测试。为了使测试结果更加具有对比性，将文章设计的基于声光传感器的照明电路控制系统与传统的照明电路控制系统进行对比，对比两种系统运行中产生的能耗及响应时间，结果如表3所示。
表3 两种系统的能耗及响应时间对比
根据表3的测试结果可知，在两种照明电路控制系统中，文章设计的基于声光传感器的控制系统产生的电路能耗低于传统控制系统，且系统响应时间更短，能够快速对照明电路控制作出响应，系统的整体运行效果更加具有优势。
综上所述，为了改善传统照明电路控制系统运行效率较低、能耗较大的问题，文章在传统控制系统的基础上引入声光传感器，对系统的硬件与软件进行了全方位的改进设计。通过应用新系统，可以降低照明设备使用中产生的能耗，且系统整体的响应速度较快，根据不同用户的照明需求，可以提供对应的照明电路控制方案，显著提升了用户的整体体验。
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