[发明专利]基于ZigBee网络的烟草卷接包车间照明控制方法

摘要

本发明涉及基于ZigBee网络的烟草卷接包车间照明控制方法，可有效解决实现烟草卷接包大空间车间的自适应照明调节，以满足烟草卷接包车间照明的自适应调节问题，方法是，将卷接包车间内划分为八个区域，每个区域又划分为六个子区域，子区域对应车间地面的6个区域，安装控制主机CPU、ZigBee协调器、Zigbee无线调光控制器、ZigBee无线通信器、照度传感器，设置传输设备ID，构建ZigBee网络平台，采集车间照度值、功率值和控制灯具亮度，控制主机通过zigbee网络采集车间内照度传感器数据和功率表数据计算处理，再通过zigbee网络发出控制命令至Zigbee无线调光控制器，对灯具的亮度、功率调节，本发明易安装操作使用，可使车间内平均照度和LPD快速收敛，节能、环保，自动调节照度。

主权项

1.一种基于ZigBee网络的烟草卷接包车间照明控制方法，其特征在于，包括以下步骤：一、安装设备：(1)、将卷接包车间内划分为A、B、C、D、E、F、G、H八个区域，每个区域又分别划分为六个子区域，在六个子区域吊顶对应车间地面投影六个区域，每个区域中间设置卷接包机组，卷接包机组周围有工作台，每个区域的6个子区域对应车间地面的6个区域；(2)、控制主机CPU、ZigBee协调器安装于控制中心，控制主机通过UART串口与ZigBee协调器相连；(3)、ZigBee路由器安装于每个分区的吊顶内，靠近走道一侧；Zigbee无线调光控制器安装在吊顶内紧挨着灯具，通过UART串口通信；(4)、ZigBee无线通信器与照度传感器安装于卷接包机周围工作台内侧边缘，距地面0.75m，躲开卷接包机，通过UART串口通信；(5)、ZigBee无线通信器和功率表安装于每个分区的照明配电柜上，ZigBee无线通信器的UART口通过接口转换器，485串口转UART串口与功率表的485串口通信；二、设置传输设备ID，方法是：(1)、每个照度传感器和ZigBee无线通信器分配一个ID，通过zigbee网络，将照度值传输至控制主机CPU；(2)、每个区域功率表和ZigBee无线通信器分配一个ID，通过zigbee网络，将功率表的数值传输至控制主机CPU；(3)、每个灯具、Zigbee无线调光控制器和ZigBee无线通信器分配一个ID，通过zigbee网络能接收控制主机指令，自动调节灯具亮度；三、构建ZigBee网络平台：采用ZigBee2007/Pro协议找ZigBee网络节点，包括协调器、路由器和ZigBee无线通信器，增强网络自愈能力，协调器上电后实现自动组网、地址分配、节点管理和控制主机通信，路由器或ZigBee无线通信器自由申请入网或离网，借助路由节点的数据中转站，无线传感网络中的数据信息实现动态路由的多跳传输；四、灯具调光：当基于CC2530的ZigBee无线通信器接收到控制主机的控制指令后，提供可靠的256级PWM信号，通过调节PWM信号的占空比，基于PT4115来控制Zigbee无线调光控制器达到调光，控制LED灯的亮度；五、自适应控制方法：设备安装和灯具调光后，由ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee无线通信器组成ZigBee网络，网络拓扑结构选为树状网，在该网络中终端节点上连接照度传感器、功率表和Zigbee无线调光控制器，分别用于采集车间照度值、功率值和控制灯具亮度，控制主机通过zigbee网络采集车间内照度传感器数据和功率表数据，经过计算处理，再通过zigbee网络发出控制命令至Zigbee无线调光控制器，实现对灯具的亮度、功率调节，当卷接包车间距离监控中心的距离较远时，中间可接多个路由器作为节点，控制主机对数据进行处理与保存，具体步骤是：(1)初始化：控制主机和协调器先开机，协调器初始化构建zigbee网络，路由器节点和终端节点依次加入网络，协调器依次为其分配ID，初始化构建zigbee网络通信平台，然后再依次打开分布于各区的路由器和ZigBee无线通信器的节点；(2)照度调节：当第一次调节灯具照度时，每个灯具初始化亮度为50％全亮度，非第一次调节照度时，每个灯亮度为上次调节的数值；(3)分区域调节每个区域的照度，方法是：①先对每个区域的子区域调整，再对每个区域调整，实现整个卷接包车间的调整，并记录当前区域满足设计要求的平均照度和单位面积平均功率(LPD)；②对每个子区域照度采集、调整：控制主机发出的采集照度指令，通过zigbee协调器、路由器到达连接Zigbee无线调光控制器的ZigBee无线通信器，ZigBee无线通信器开始采集照度传感器值，然后发送照度值至路由器、协调器，然后通过UART串口传至控制主机，控制主机分别采集每个区域的子区域照度传感器的值，根据式(1)：ΔEAV＝|Ei‑Eobj|≤SET，i＝1，2…，m   式(1)Eobj‑‑《建筑照明设计规范》GB 50034‑2013所规定的平均照度目标值；Ei‑‑某一子区域的当前照度；m‑‑是某分区子区域的数量；SET‑‑设定值，照度收敛范围；ΔEAV‑‑当前照度与设定值的差值；依次判断每个子区域的照度是否满足要求；当满足要求，记录该子区域的照度值，当不满足要求，继续调整，控制主机发出调整指令及PWM占空比信息，经过ZigBee网络传至Zigbee无线调光控制器，每次上调或下调PWM信号占空比的幅度为5％，当接近目标照度90％时，每次调整的幅度为1～3％；(4)判断每个区域的平均照度和LPD是否满足要求，根据式(2)判断X区的照度是否满足要求；Et‑‑是某一分区域的平均照度；Ej‑‑是某分区各子区域的照度；m‑‑是某分区子区域的数量；根据公式(3)判断X区的单位面积平均功率(LPD)是否满足要求；LPDi＝Pi/S；i＝A，B，C，D，E，F，G，H   式(3)LPDi‑‑卷接包车间内某分区的LPD，单位：W/m2；Pi‑‑是某分区的功率；S‑‑是某分区的面积，单位m2；若这两项同时满足要求满足，则每个区域平均照度及LPD满足设计要求，记录该区域的功率和子区域的照度值，计算单位面积平均功率(LPD)和平均照度值，否则重新调整；(5)判断烟草卷接包车间的平均照度和LPD是否满足要求：每个区域全部调整完毕，再判断整个烟草卷接包车间的照度和LPD是否满足要求，当这两项同时满足时，则卷接包车间照度及LPD满足要求，计算并记录单位面积平均功率(LPD)和平均照度值，进入休眠状态；否则重新调整，直到满足要求；烟草卷接包车间的照度满足要求的计算公式是：f4‑‑卷接包车间的平均照度；Ej‑‑是卷接包车间某分区的平均照度；m‑‑是某分区子区域的数量；烟草卷接包车间的单位面积平均功率(LPD)满足要求的计算公式是：Pi‑‑卷接包车间某分区的功率；LPDobj‑‑《建筑照明设计规范》GB 50034‑2013所规定的LPD值；n‑‑车间内分区的数量；St‑‑车间整个面积，单位m2；ΔLPDav—当前LPD与《建筑照明设计规范》GB 50034‑2013所规定的LPD值的差值；(6)维持烟草卷接包车间照度和LPD，记录烟草卷接包车间内灯具的工作状态和LPD值，作为下次车间灯具启动的初始值；(7)在调整照度完毕后，每个区域60分钟采样一次，判断每个区域内的平均照度和LPD值是否满足要求，当满足，则维持该区域的照度，进入休眠状态；当不满足要求，调整该区域照度值，直至达到要求；(8)为便于调节照度，在满足LPD不超过《建筑照明设计规范》GB 50034‑2013规定数值的情况下，整个车间平均照度宜高于规定照度的20％，这样既扩大照度调节范围，在有光衰和环境因素变化情况下，又能将照度调节至符合规定要求的照度，从而实现烟草卷接包车间照明的自适应控制。