[發明專利]基于ZigBee網絡的煙草卷接包車間照明控制方法

有效

• 申請號: 201710123875.4
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106900112B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 許海濤;許春香;孫建延;王繼東;陳良
• 申請（專利權）人: 中州大學
• 主分類號: H05B33/08
• 分類號: H05B33/08;H05B37/02
• 代理公司: 鄭州天陽專利事務所(普通合伙) 41113
• 代理人: 聶孟民

1.一種基于ZigBee網絡的煙草卷接包車間照明控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

一、安裝設備：

(1)、將卷接包車間內劃分為A、B、C、D、E、F、G、H八個區域，每個區域又分別劃分為六個子區域，在六個子區域吊頂對應車間地面投影六個區域，每個區域中間設置卷接包機組，卷接包機組周圍有工作臺，每個區域的6個子區域對應車間地面的6個區域；

(2)、控制主機CPU、ZigBee協調器安裝于控制中心，控制主機通過UART串口與ZigBee協調器相連；

(3)、ZigBee路由器安裝于每個分區的吊頂內，靠近走道一側；Zigbee無線調光控制器安裝在吊頂內緊挨著燈具，通過UART串口通信；

(4)、ZigBee無線通信器與照度傳感器安裝于卷接包機周圍工作臺內側邊緣，距地面0.75m，躲開卷接包機，通過UART串口通信；

(5)、ZigBee無線通信器和功率表安裝于每個分區的照明配電柜上，ZigBee無線通信器的UART口通過接口轉換器，485串口轉UART串口與功率表的485串口通信；

二、設置傳輸設備ID，方法是：

(1)、每個照度傳感器和ZigBee無線通信器分配一個ID，通過zigbee網絡，將照度值傳輸至控制主機CPU；

(2)、每個區域功率表和ZigBee無線通信器分配一個ID，通過zigbee網絡，將功率表的數值傳輸至控制主機CPU；

(3)、每個燈具、Zigbee無線調光控制器和ZigBee無線通信器分配一個ID，通過zigbee網絡能接收控制主機指令，自動調節燈具亮度；

三、構建ZigBee網絡平臺：

采用ZigBee2007/Pro協議找ZigBee網絡節點，包括協調器、路由器和ZigBee無線通信器，增強網絡自愈能力，協調器上電后實現自動組網、地址分配、節點管理和控制主機通信，路由器或ZigBee無線通信器自由申請入網或離網，借助路由節點的數據中轉站，無線傳感網絡中的數據信息實現動態路由的多跳傳輸；

四、燈具調光：

當基于CC2530的ZigBee無線通信器接收到控制主機的控制指令后，提供可靠的256級PWM信號，通過調節PWM信號的占空比，基于PT4115來控制Zigbee無線調光控制器達到調光，控制LED燈的亮度；

五、自適應控制方法：

設備安裝和燈具調光后，由ZigBee協調器、ZigBee路由器和ZigBee無線通信器組成ZigBee網絡，網絡拓撲結構選為樹狀網，在該網絡中終端節點上連接照度傳感器、功率表和Zigbee無線調光控制器，分別用于采集車間照度值、功率值和控制燈具亮度，控制主機通過zigbee網絡采集車間內照度傳感器數據和功率表數據，經過計算處理，再通過zigbee網絡發出控制命令至Zigbee無線調光控制器，實現對燈具的亮度、功率調節，當卷接包車間距離監控中心的距離較遠時，中間可接多個路由器作為節點，控制主機對數據進行處理與保存，具體步驟是：

(1)初始化：控制主機和協調器先開機，協調器初始化構建zigbee網絡，路由器節點和終端節點依次加入網絡，協調器依次為其分配ID，初始化構建zigbee網絡通信平臺，然后再依次打開分布于各區的路由器和ZigBee無線通信器的節點；

(2)照度調節：當第一次調節燈具照度時，每個燈具初始化亮度為50％全亮度，非第一次調節照度時，每個燈亮度為上次調節的數值；

(3)分區域調節每個區域的照度，方法是：

①先對每個區域的子區域調整，再對每個區域調整，實現整個卷接包車間的調整，并記錄當前區域滿足設計要求的平均照度和單位面積平均功率(LPD)；

②對每個子區域照度采集、調整：控制主機發出的采集照度指令，通過zigbee協調器、路由器到達連接Zigbee無線調光控制器的ZigBee無線通信器，ZigBee無線通信器開始采集照度傳感器值，然后發送照度值至路由器、協調器，然后通過UART串口傳至控制主機，控制主機分別采集每個區域的子區域照度傳感器的值，根據式(1)：

ΔE_AV＝|E_i-E_obj|≤SET，i＝1，2…，m 式(1)

E_obj--《建筑照明設計規范》GB 50034-2013所規定的平均照度目標值；

E_i--某一子區域的當前照度；

m--是某分區子區域的數量；

SET--設定值，照度收斂范圍；

ΔE_AV--當前照度與設定值的差值；

依次判斷每個子區域的照度是否滿足要求；當滿足要求，記錄該子區域的照度值，當不滿足要求，繼續調整，控制主機發出調整指令及PWM占空比信息，經過ZigBee網絡傳至Zigbee無線調光控制器，每次上調或下調PWM信號占空比的幅度為5％，當接近目標照度90％時，每次調整的幅度為1～3％；

(4)判斷每個區域的平均照度和LPD是否滿足要求，根據式(2)判斷X區的照度是否滿足要求；

E_t--是某一分區域的平均照度；

E_j--是某分區各子區域的照度；

m--是某分區子區域的數量；

根據公式(3)判斷X區的單位面積平均功率(LPD)是否滿足要求；

LPD_i＝P_i/S；i＝A，B，C，D，E，F，G，H 式(3)

LPD_i--卷接包車間內某分區的LPD，單位：W/m²；

P_i--是某分區的功率；

S--是某分區的面積，單位m²；

若這兩項同時滿足要求滿足，則每個區域平均照度及LPD滿足設計要求，記錄該區域的功率和子區域的照度值，計算單位面積平均功率(LPD)和平均照度值，否則重新調整；

(5)判斷煙草卷接包車間的平均照度和LPD是否滿足要求：每個區域全部調整完畢，再判斷整個煙草卷接包車間的照度和LPD是否滿足要求，當這兩項同時滿足時，則卷接包車間照度及LPD滿足要求，計算并記錄單位面積平均功率(LPD)和平均照度值，進入休眠狀態；否則重新調整，直到滿足要求；

煙草卷接包車間的照度滿足要求的計算公式是：

f₄--卷接包車間的平均照度；

E_j--是卷接包車間某分區的平均照度；

m--是某分區子區域的數量；

煙草卷接包車間的單位面積平均功率(LPD)滿足要求的計算公式是：

P_i--卷接包車間某分區的功率；

LPD_obj--《建筑照明設計規范》GB 50034-2013所規定的LPD值；

n--車間內分區的數量；

S_t--車間整個面積，單位m²；

ΔLPD_av—當前LPD與《建筑照明設計規范》GB 50034-2013所規定的LPD值的差值；

(6)維持煙草卷接包車間照度和LPD，記錄煙草卷接包車間內燈具的工作狀態和LPD值，作為下次車間燈具啟動的初始值；

(7)在調整照度完畢后，每個區域60分鐘采樣一次，判斷每個區域內的平均照度和LPD值是否滿足要求，當滿足，則維持該區域的照度，進入休眠狀態；當不滿足要求，調整該區域照度值，直至達到要求；

(8)為便于調節照度，在滿足LPD不超過《建筑照明設計規范》GB 50034-2013規定數值的情況下，整個車間平均照度宜高于規定照度的20％，這樣既擴大照度調節范圍，在有光衰和環境因素變化情況下，又能將照度調節至符合規定要求的照度，從而實現煙草卷接包車間照明的自適應控制。