书城家庭家居智能照明控制系统
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第14章 照明控制及调光(5)

(2)光精度高、范围大。这是表征数字调光技术的两个重要参量。一般调光精度达到1024级以上,调光范围1%~100%,可以满足演出如戏剧、话剧等需要很细腻的灯光变化效果的要求。

(3)场备份功能。在重要演出中,常常需要备份几场数据(如开幕、幕间、高潮、闭幕等)。对于一些流动演出,其灯光场景变化不多,这时也可以使用场备份功能。如HDLDDP6和HDL-DDP12数字硅箱可以预存储9场场景。演出前将所需要的灯光场景一一记录存储起来,演出时根据节目的进程重新调出使用。还有双备份的全数字控制单元,一般都采取同步工作的方式,即两控制单元的控制完全相同,当其中一个出现故障时,另一模块会自动投入工作,保证系统的可靠性。

(4)稳健性(robust)。稳健性是指系统在外来干扰冲击下恢复原有性能的能力。这是应用数字电路、计算机技术和智能化技术后带来的最明显的优势。

(5)现场调光功能。通过全数字硅箱上的按键和液晶显示器(LCD)显示屏输入有关指令,可以直接对输出回路设定输出亮度值。现场调光功能很重要,当调光台、备份台都失灵时,数字调光器可充当后备调光台,依靠现场调光功能可以直接对现场的灯具进行调光控制,有些调光器具有高达99场的预选功能,不但可以设置面光、背光、侧光等维持现场拍摄的需要,还可以进行一些效果变化操作。

(6)过流保护、短路保护和高压偏离保护。晶闸管调光器中的核心是晶闸管,当电路发生过流和短路时比较容易损坏,要采用快速熔断器或品质较好的空气开关来保护。6kW的调光器一般配用32A的空气开关。另外,所有控制单元与功率元件之间都有可靠地高压隔离和光电隔离保护。

(7)散热风机智能控制。硅柜一般都安装轴流风扇冷却,冷却风扇有的不予控制,电源一接通风扇就开始工作;有的设有手动开关,在需要时手动开启。高档设备则有自动检测的智能控制装置,当温度达到一定程度时,会自动开启风扇,有的在机柜内设有多个测试点,可根据需要开启1个或多个风扇,也可控制风扇运行速度和时间的长短,以减少对外界的噪声干扰。有的设备还有报警功能,当温度达到一定值时,会发出报警声响并在显示装置上显示。

(8)工作状态检测。高档数字调光器具有多项工作状态检测功能,可对调光器的工作电流、电压、三相平衡、负载的开路、短路、功率、控制信号、温度、风扇状态等多个参数进行检测,并将检测结果返回主控制台或其他监视设备。这就是所谓的Reporting功能。

(9)预热功能。天气寒冷时,灯泡突然通电,很容易损坏,如先将光源通上较低的电压进行预热,可以减少由温差引起的损坏。此外,舞台上常要制造一些闪电效果或其他需要快速变光的效果,但由于舞台光源功率大,有很大的热惯性,灯光不能即时反应,影响闪光效果,如果在闪光前先将灯泡预热,效果就会好得多。

(10)过零触发开关功能。硅柜除了调光功能外,还应当具备直接开关功率模块的功能(过零触发开关)。如气体放电光源以及电脑灯、烟机等无需调压只需开关控制的设备也可以纳入调光台来控制,可用晶闸管作为固态开关来控制其电源,在实际使用中采用过零触发技术,使晶闸管只在交流电过零时触发(其他时刻不能触发)。有的晶闸管调光器可以人为地设置成调光功能或开关功能两种模式,可以把电脑灯、烟机等随时接上任意一个灯位,只要将该灯位设为过零触发方式即可。但有些产品则是固定的,不能改变功能,只能在买方订货时就确定配置一定比例的开关型单元。

(11)调光曲线设置功能。可根据需要设置多种调光曲线,如平方(二次)曲线、立方(三次)曲线或直线型调光曲线。

2.4传感器

2.4.1传感器的分类

传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。

根据传感器的工作机理,可将传感器分为结构型与物件型两大类。

(1)结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的。物理学中的定律一般是以方程式给出的,对于传感器来说,这些方程式也就是许多传感器在工作时的数学模型。这类传感器的特点是传感器的性能与它的结构材料没有多大关系。以差动变压器为例,无论是使用坡莫合金或铁淦氧做铁心,还是使用铜线或其他导线做绕组,都是作为差动变压器而工作的。

(2)物性型传感器是利用物质法则构成的。物质法则是表示物质某种客观性质的法则,这种法则大多数是以物质本身的常数形式给出,这些常数的大小决定了传感器的主要性能。因此,物性型传感器的性能随材料的不同而异。例如,光电管就是物性型传感器,它利用物质法则中的外光电效应,显然,其物性与涂复在电极上的材料有着密切的关系。又如,所有半导体传感器以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金等性能变化的传感器,都属于物性型传感器。

根据传感器的能量转换情况,可分为能量控制型传感器和能量转换型传感器。

(1)能量控制型传感器在信息变换过程中其能量需要外电源供给。如电阻、电感、电容等电路参量传感器都用于这一类。基于应变电阻效应、磁阻效应、热阻效应、光电效应、霍尔效应等的传感器也属此类。

(2)能量转换型传感器同时又是能量变换元件,它不需要外电源。如基于压电效应、热电效应、光电动势效应浑的传感器都属此类。

目前在照明控制系统中主要采用以下一些传感器:时钟控制器、人员动静传感器、红外传感器、照度传感器和声控传感器等。

2.4.2时钟控制器

时钟控制器的实质是一个时间开关,通过预设置的时间表来开启、关闭照明系统或启动不同的灯光场景。

与早期采用电动机械的时钟不同,目前照明控制系统内的时钟控制器基本上都是电子式的。时钟控制器通常具有如下功能:

(1)可按照每一天的时间表来编制记忆场景.可设置周末、节假日时的特殊场景。

(2)具有天文时钟的修正,即根据时钟所在地区的经度、纬度来自动判断一年四季日出/日落时间的变化,从而自动调整和变更控制时间表来做补偿,大多用于室外照明系统的控制。

(3)时钟大多有内置驱动器,可采用弹簧机械或电池,保障时钟在供电系统断电时继续工作。

(4)时钟对于关闭状态具有倍乘功能,当有些区域被临时使用时,能保证可由局域开关开启照明设备,并能自动恢复到预制的时间表状态。

(5)具有复杂的场景顺序编排功能。

(6)有的时钟控制器甚至会在照明系统关闭前,通过控制灯具的闪烁来预告。

在室内照明中,时钟控制器通常用于人员使用时间段较固定的区域,如商店、工厂等。

对于办公室,则需要利用其关闭状态的倍乘功能,保证在有人加班时开启照明系统。

在室外照明中,时钟控制器广泛用于工厂、码头以及建筑物的立面照明、广场照明等领域的控制系统中。

2.4.3人员动静传感器

人员动静传感器通过探测人的运动而产生如下功能:当有人进入房间时,开启照明系统;当房间内有人时,保持照明系统;当人都离开时,关闭照明系统。

通常人员动静传感器主要采用以下几种技术:

(1)无源红外探测器(Passive Infrared,PIR):通常将1个或多个探头置于特殊的红外透镜的后面,其最大灵敏度为波长9.4μm处,即对应的人体能量的峰值处,通过探测运动的人发出的能量(热量)变化而产生信号。但该种探头在应用时需要保证人的动作信号进入探头时不被障碍物阻挡,以免产生误信号。

(2)超声波探测器(Ultrasonic,ULT):这种探头发射和接收由室内表面反射的超声波信号(频率范围为25~40kHz),当室内有物体移动时会导致反射频率的改变,由此来探测运动。这种探测器不需要无源红外探测器那样保证动作信号能进入探头,并且它可以探测微小的运动,但过高的敏感度有时出会产生误信号。

(3)采用双重技术传感器(Dual Technology,DT):大多数的人员动静传感器都采用PIR和ULT技术结合,只有两种测器都探测到有人进入房间才会开启照明系统,只要有一种探测器探测到运动就会保持照明系统,当两种探测器都探测不到运动才关闭照明系统,这样就减少了误操作的概率。

人员动静传感器在照明控制系统中大量使用的是被动红外探测器,故重点加以介绍。

1)被动式红外人员动静传感器基本工作原理

被动式红外人员动静传感器的基本工作原理是:人体的表面温度与周围环境温度存在着一定的差别,在人体移动时,人体的表面温度会引起周围的环境温度产生变化,这种温度差别产生的环境温度变化,可以通过红外敏感元件检测出来,从而触发控制信号的发生。

由于被动式红外人员动静传感器安装环境中的所有物体都会产生红外线和热辐射,但在正常情况下,它们产生的辐射一般比较稳定。空气的流动和温度的变化等也能产生红外线辐射的微小信号变化,一般情况下,较人体移动产生的红外线辐射变化要小。为了防止这些变化影响到被动式红外人员动静传感器的可靠性,现在的被动式红外人员动静传感器采用了多种抗干扰技术,从而提高了它们工作的可靠性。

在照明工程中使用的被动式红外人员动静传感器,普遍采用热释电传感器作为红外线控测器件。

热释电传感器通常由管壳、敏感元、场效应管和高阻值电阻等元件在氮气环境下封装而成。

(1)敏感元

敏感元一般用红外热释电材料钴钛酸铝(PZT)制成,这种材料具有在外加电场消失后保持极化状态的特性。在制造敏感元时,把热释电材料制成很小的薄片,薄片的两面镀上电极,构成有极性的小电容。再将2个小薄片极性相反的串联在一起,抵消温度引起的热释电信号的变化,构成一个敏感元。敏感元的特点是只在由于外界的红外线辐射引起它本身的温度变化时,才输出一个相应的电信号变化。当温度的变化趋于稳定后,没有电信号输出。

也就是说,敏感元只对运动产生的红外线辐射变化敏感。目前在被动式红外线探测器上常用的有2元被动红外敏感元和4元被动红外敏感元。

(2)场效应管

敏感元材料的阻值可达到1013Ω,因此敏感元在实际应用中常采用场效应管(FET)进行阻抗变换和对检测到的信号进行放大。在管壳内同时封装有场效应管和栅极对地电阻,场效应管通常构成源极跟随器的形式工作。源极电压为0.4~1.0V左右。

(3)滤光片

由于敏感元是一种广谱材料,它对各种波长的辐射均起作用,为了减少其他辐射对传感器的干扰,使敏感元只对人体产生的红外线辐射变化最敏感,在热释电传感器的探测窗口上,通常加有滤光片。滤光片是在SI基板上采用多层镀膜做成的。由物理学可知,每个物体发出的红外线辐射最强的波长满足维思位移定律,即:λmT=2898(μm·K),人体的体温在36益时.绝对温度为309K,因此,人体产生的红外线辐射为:λm=2898/309=9.38(μm),即人体辐射在9.38μm处最强。这样,红外线滤光片选择在7.5~14μm波段,能够最有效地探测人体产生的红外线辐射变化。

用以上元件封装在一起构成的热释电传感器,再加上相应的放大、比较和处理电路,就构成了被动式红外人员动静传感器。由于热释电传感器是对环境温度敏感的电子元件,当开始通电时,需要一个热稳定时间,因此,被动式红外人员动静传感器一般都有2min左右的预热时间。