3 照明控制設計

　　照明控制設計需要避免眩光，盡可能利用自然光作為光源，以人工照明為補充，滿足室內人員的照明需要。為了避免眩光，保護視力，需要確定百葉窗的最大旋轉角度。為了滿足室內人員對照明的需要，需要確定百葉窗的理想旋轉角度。通過對兩者進行比較，可以確定百葉窗旋轉角度。當理想旋轉角度《最大旋轉角度，則把百葉窗旋轉到理想角度，人工照明關閉，反之，如果理想旋轉角度》最大旋轉角度，則使百葉窗保持在最大旋轉角度，不足的照明通過人工照明進行補充。其整體思路流程圖如圖3所示。

　　圖3　照明控制流程圖

　　3. 1 最大旋轉角度子系統(tǒng)

　　最大旋轉角度子系統(tǒng)的任務是得到避免眩光基礎上百葉窗的最大旋轉角度。該子系統(tǒng)選用模糊控制器實現(xiàn)， 輸入為室外水平照度、窗戶參數(shù)、太陽高度角和太陽方位角，輸出為百葉窗的最大旋轉角度。

　　3. 1. 1 輸入量的獲取

　　室外水平照度可由傳感器獲得，窗戶參數(shù)由具體房間窗戶相關信息確定，式（1）和式（2）分別用來計算太陽高度角和太陽方位角。

　　其中：α為太陽高度角； Az 為太陽方位角； φ為房間的地理緯度；δ為赤緯； ω為時角。以上單位均為度。

　　在計算太陽高度角和太陽方位角所需的三個值中，房間的地理緯度（φ）可由房間的具體位置確定，赤緯（δ）和時角（ω）則需另外計算得到。

　　赤緯（δ）表示太陽光線與地球赤道面的夾角，可通過式（3）計算得到。

　　其中： n為一年中某日的日期序數(shù)。

　　時角（ω）以當?shù)卣嫣枙r正午為0 °，下午為正，上午為負，每小時15°，如表1所示。

　　表1 時角

　　

　　3.1.2 模糊控制規(guī)則。

　　對該系統(tǒng)而言，制定模糊控制規(guī)則的主要依據(jù)是避免眩光，即當太陽位置接近于水平其直射，光照影響人們的視力時應關閉百葉窗；當只有漫射光時， 對百葉窗的最大旋轉角度沒有要求。

　　3. 2 理想旋轉角度子系統(tǒng)

　　百葉窗理想旋轉角度子系統(tǒng)的任務是得到在自然光提供的室內水平照度滿足用戶需要時百葉窗的理想旋轉角度。由大量實際測量的經驗數(shù)據(jù)可以建立自然光在室外的垂直照度、自然光在室內提供的水平照度，以及百葉窗旋轉角度的- 百葉窗旋轉角度對應模型表。根據(jù)自然光在室外的垂直照度和用戶自定義設置的室內理想水平照度值，通過查詢照度- 百葉窗旋轉角度對應模型表可以得到百葉窗的理想旋轉角度。

　　在這里不直接應用室內實際水平照度值， 而是將其用來檢驗并修正模型表，這樣做既可避免閉環(huán)控制的產生，又能夠在傳感器暫時出錯的情況下保持較好的控制。

　　4 結 語

　　本文介紹了一種基于ZigBee無線傳感器網絡和模糊控制的新型室內照明控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合考慮了室內的遮陽系統(tǒng)與照明系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系， 整個系統(tǒng)最大限度地利用了天然光，通過對百葉窗旋轉角度的控制，引入自然光作為光源，并以人工照明為補充使室內照明滿足用戶的需要。該系統(tǒng)能夠有效地降低照明系統(tǒng)能耗，為人們構建節(jié)能、舒適的居住環(huán)境提供了一個有效方案。