基于一致性的照明控制系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

智能办公室与智能家居，是基于物联网发展逐渐兴起的新的建筑形式。智能照明控制系统作为智能家居系统的一个重要子系统，是自动化技术在照明控制领域的应用和推广，它不仅是实现照明艺术性和舒适性的有效手段，而且迎合绿色照明的发展方向，是节约能源、缓解未来能源危机的有效措施，其发展前景广阔。开放式办公已成为一种趋势，要求照明控制系统能根据办公特点、个人喜好等实时调节各个办公区间的照度水平。现有照明控制可以分为两类，集中式控制和分布式控制。集中式控制采用多个传感器采集照度信息，由一个集中的中央控制器进行led灯照度的调节；分布式控制则通过布置多个传感器节点和控制节点，由控制节点分布式控制部分led灯的照度，更适合于开放式办公系统照明控制。

传统的家居照明系统采用本地式一开一关的控制方式，没有简单的方法实现全开全关操作，离家之前还得检查一遍是否所有灯已经关闭，比较麻烦；没有场景操作，不能对成组的灯进行控制，双控开关布线复杂，更难以实现多控；不能改变开关和灯具之间的对应关系，在装修好的房子里修改控制关系就必须破坏装修；没有软启功能，开关灯时亮度骤然变化，不仅对人眼刺激大而且影响灯具使用寿命；没有调光功能，照明亮度不合适时不能调节，只有更换灯具才能解决问题；没有智能控制功能，灯具控制只能依靠手动操作。智能照明控制系统可以对整个工程进行集中管理和灵活控制，不需对现场重新布线，便可改变对灯具的控制方式，比如对灯具软开关、调光或场景设置等不同要求的控制，或者修改开关和灯具之间对应关系；在包含人机交互接口的智能照明系统中，用户不用更改程序，只需对人机交互接口进行操作，便能方便地监控、改变以上系统参数；有了智能控制功能，便能根据需要选择合适的传感设备主动获取室内信息从而自动控制灯具的状态或亮度。这不仅大大丰富了系统功能，减少了人工参与，还降低了系统的管理费用和运行费用。目前智能开放办公室中工作台的光源亮度虽然可以通过控制装置进行控制，但这种控制形式只是简单的开通和关闭控制，且由人工控制，无法根据实际照度需求对光源亮度进行智能化自动调整。

本课题从实际应用出发，设计基于无线通信技术的分布式照明控制系统，采用一致性技术获得不同工作区间平均期望照度，通过灯光控制器与智能传感设备间的配合，自动按照周围环境状况调节灯具状态，且通过控制中心的监控、参数修改功能，在照度满足要求的情况下最小化照明系统能量消耗，实现智能家居照明控制系统的功能。

2. 研究内容和预期目标

设计一个基于一致性的智能家居分布式照明控制系统。

研究内容一：基于一致性原理分布式获取多个区间照度需求的平均值，作为整个开放式办公室的照度需求值。

研究内容二：基于dialux完成照明系统数学模型的建立，进行天花板日光照度到工作台日光照度的映射。

3. 研究的方法与步骤

步骤一：运用dialux平台软件设计一个模拟开放办公室，开放办公室的布置如下：n个布置在天花板上的亮度可调节的led灯；分别布置在m个工作台上用以设定工作台期望照度的智能设备，每个工作台设定的期望照度由智能设备以无线形式广播出去；n个传感器-执行器节点，用以一一对应检测led灯照度和控制调节led灯亮度，且每个led灯基于占空比机制进行0％—100％亮度的控制调节。然后基于平均一致性理论计算获取开放办公室期望照度。

二：基于期望照度和实际照度见的偏差进行led灯亮度的分布式调整。记日光在传感器-执行器i、工作台1处的照度贡献为di和p1， d和p分别是日光在传感器-执行器和工作台处的照度贡献向量，在系统训练阶段，关闭所有led灯具，在m个工作台上布置m个照度传感器用来检测日光在工作台的照度贡献p，测n组数据以得到样本矩阵p，基于最小二乘法进行日光矩阵的估计。

三：工作台1实时照度计算。估计某一工作台的实际照度，记录led灯j分别在传感器-执行器i和工作台1的照度增益为aij、bij，di(k)和p1(k)为他们的照度贡献，以及各传感器之间的信息处理。

4. 参考文献

[1] 彭琴. 智能家居照明控制系统研究[d]. 重庆大学, 2011.

[2] 韩宗亭. 多智能体系统一致性问题研究[d].西安电子科技大学,2018.

[3] 柳卫林. 基于zigbee技术的智能家居控制系统的设计与实现[d]. 东华大学, 2010.

5. 计划与进度安排

（1）2022-02-24～2022-03-08 查阅技术资料，确定研究内容和系统架构，撰写开题报告；

（2）2022-03-09～2022-03-22 结合总体架构，完成传感器选型、系统硬件功能分析和设计；

（3）2022-03-23～2022-04-19 设计系统硬件电路，编写系统软件程序；

（4）2022-04-20～2022-05-17 系统功能软硬件调试及改进；