پیمانکار رتبه یک تاسیسات

معرفی انواع سیم و کابل – آشنایی و معرفی انواع مختلف سیم و کابل
1397-06-18
پله برقی – آشنایی با انواع پله برقی و بررسی اجزای تشکیل دهنده آن
1397-06-22
Show all

سنسور نوری – سیستم های کنترل هوشمند روشنایی داخلی ساختمان با استفاده از حسگر نوری

سنسور نوری – سیستم های کنترل هوشمند روشنایی داخلی ساختمان با استفاده از حسگر نوری

گردآورنده: حسین حاجی زین العابدینی
شهریور ماه 97

 

سنسور نوری

 

سیستم های کنترل هوشمند روشنایی با سنسور نوری توسط این مقاله، برای کاربردهای نورپردازی یک دفتر اداری بررسی می شود. هر چراغ دارای سنسور حرکتی و سنسور نوری و سیستم سنجش اطلاعات است که برای تطبیق نور مصنوعی با حرکت و نور روز بکار گرفته می شود. هدف از طراحی سیستم کنترل روشنایی رسیدن به شرایط نوری مورد نیاز با توجه به حداقل مصرف انرژی است. ما دو ساختار اولیه را در نظر می گیریم – ساختار متمرکز و توزیعی که برای کنترل روشنایی بکار می رود. سپس روش های کنترل پیشرفته را بررسی و چند روش را مقایسه خواهیم کرد. در نهایت، چالش های فنی پیش رو در طراحی چنین سیستم های هوشمند روشنایی را مطرح خواهیم کرد.

 

سهم عمده ای از مصرف انرژی الکتریکی در جهان، صرف تامین نور مصنوعی می شود. بویژه در ساختمان های اداری، انرژی مورد نیاز جهت تامین نور مصنوعی می تواند تا 40 درصد کل مصرف انرژی باشد. کنترل نور مصنوعی، روشی موثر برای کاهش مصرف انرژی است، که در نتیجه هزینه های عملیاتی ساخت را کاهش می دهد. بهره گیری از روش های کنترل روشنایی با مصرف بهینه انرژی بر اساس تنظیم نور مصنوعی طبق حرکت و تغییر نور روز شکل گرفته است. در این مقاله، درباره جنبه های مختلف طراحی یک سیستم کنترل روشنایی داخلی ساختمان با بهره گیری از سنسور شدت نور، و روش های پیشرفته سیستم های کنترل روشنایی و چالش های فنی پیش رو بحث خواهیم کرد.

سنسور حرکتی و سنسور نوری

دو ساختار اولیه برای کنترل روشنایی شامل سنسور حرکتی و سنسور نوری را در نظر می گیریم، همانطور که در شکل اول نشان داده شده است. لامپ ها، سنسورها و کنترل کننده (ها) در سقف نصب شده اند. سنسورهای حرکتی و نوری به کنترل کننده (ها) به ترتیب وضعیت حرکت و روشنایی را بر اساس سنجش های محلی و میدان دید خود، بصورت دوره ای و یا طبق تغییر شرایط، اطلاع می دهند. پردازش سنسور جهت پشتیبانی از تحلیل داده ها بر روی سیستم های روشنایی مفید است. و برای بسیاری از کاربردهای کنترلی، کافی است تغییرات رویداد ها اعلام شود. در مورد سنسور حرکتی، تغییر رویداد شامل تغییر در وضعیت حرکت است. در مورد حسگر نوری، تغییر رویداد ممکن است مربوط به اختلاف مقدار روشنایی بین یک مبنا و مقدار اندازه گیری شده توسط حسگر نوری باشد که از یک حد آستانه خاص تجاوز کرده است. در نقشه های شماتیک ارتباط بین سنسورها، کنترل کننده، و لامپ ها توسط خطوط سیاه و سفید پررنگ نشان داده شده است؛ برای وضوح، همه ارتباط  ها نمایش داده می شود. ارتباط بین سنسورها و کنترل کننده، کنترل کننده و لامپ ها ممکن است به صورت سیمی یا بی سیم باشد.

 

در شکل زیر، سیستم کنترل روشنایی متمرکز نشان داده شده است. در اینجا، سنسورهای حرکتی و نوری مقادیر حرکت و روشنایی را به کنترل کننده مرکزی مربوطه ارسال می کنند. کنترل کننده مرکزی میزان شدت روشنایی را برای لامپ های مختلف طبق ورودی ها تعیین می کند، و مقادیر کاهش شدت روشنایی را به لامپ های مربوطه ارسال می کند. در این ساختار، یک ” نرم افزار هوشمند ” در کنترل کننده مرکزی قرار گرفته است. با این حال، محدودیت یک کنترل کننده مرکزی بر اساس پورتهای ورودی / خروجی آن است که ممکن است تبدیل به یک گلوگاه ارتباطی برای سیستم های روشنایی در مقیاس بزرگ شود.

سنسور نوری

 

در شکل زیر، سیستم کنترل روشنایی توزیعی نشان داده شده است. در اینجا کنترل کننده محلی برای هر  لامپ به همراه سنسورهای حرکتی و نوری قرار داده شده است. سنسورهای حرکتی و نوری شدت روشنایی و حرکت را به کنترل کننده محلی ارسال می کنند، که در این حالت میزان شدت نور لازم برای لامپ مربوطه تعیین می شود. هر یک از کنترل کننده ها در سیستم توزیعی نیاز به پردازش کمتری دارند زیرا تعداد ورودی / خروجی کنترل کننده  در آنها محدود است. در مقایسه با سیستم های کنترل روشنایی متمرکز، سیستم های کنترل توزیعی از مقیاس پذیری بهتری  برخوردارند.

سنسور نوری

روش های کنترل نورپردازی:

در مورد نورپردازی دفاتر اداری، شدت روشنایی بیشتر بر سطح افقی و در ارتفاع میز مورد نظر است، که شامل سطح فضای کاری است. هر سطح فضای کاری به حوزه های منطقی تقسیمبندی می شود، برای مثال حوزه مربوط به بخش های عمومی. هدف مطلوب از داشتن یک سیستم روشنایی هوشمند، بهره گیری از بازخورد سنسورهای حرکتی و نوری است. سطح روشنایی بهینه لامپ باید در محدودیت های فیزیکی مشخصی تعیین شود به طوری که محدودیت روشنایی مشخصی بر بیشتر مناطق در سطح فضای کاری بر اساس مصرف انرژی کارآمد در نظر گرفته شود. شدت نور اندازه گیری شده توسط سنسورهای نوری نصب شده در سقف به سیستم کنترل کننده ارسال می شود. سنسورهای نور، شدت روشنایی لامپ ها و شدت روشنایی روزانه را که از اشیاء در میدان دید سنسور منعکس می شوند دریافت می کند. بنابراین  سوال کلیدی، چگونگی کالیبره کردن شدت روشنایی اندازه گیری شده توسط سنسورهای نوری است.

سنسور نوری

سیستم های هوشمند روشنایی شامل سنسورهای نوری مبتنی بر حرکت و تغییر نور است. انتخاب بین ساختار کنترل روشنایی متمرکز و توزیعی باید طبق نیازهای فنی و مدل کسب و کار باشد. در ساختار کنترل کننده مرکزی، بیشتر تصمیمات کنترلی در کنترل کننده مرکزی گرفته می شود، در حالی که در ساختار کنترل توزیعی، تصمیمات کنترلی در لامپ هوشمند گرفته می شود. به این ترتیب، هر دو ساختار در صنعت روشنایی بکار گرفته می شوند و هر روز پیشرفته تر و کاراتر می شوند. سیستم های روشنایی شامل لامپ هوشمند و مجهز به سنسورها برای تحقق بخشیدن کاربردهای جذاب نورپردازی آینده مورد توجه بسیاری است. داده های جمع آوری شده توسط حسگر ممکن است برای بهبود کنترل ساختمان، مدیریت بهتر انرژی و افزایش ظرفیت بهره وری ساختمان بکار گرفته شود. در آینده سیستم های روشنایی با هر سنسور / لامپ  و با یک آدرس منحصر به فرد به اینترنت متصل شده و در هر نقطه از جهان وضعیتش قابل پیگیری است.

منبع:

1-A.W. Levy, Lighting controls, patterns of lighting consumption, and energy conservation, IEEE Trans. Ind. Appl. IA-16 (May (3)) (1980) 419–427.

2-L.-W. Yeh, C.-Y. Lu, C.-W. Kou, Y.-C. Tseng, C.-W. Yi, Autonomous light control by wireless sensor and actuator networks, IEEE Sens. J. (June) (2010) 1029–1041.

یک دیدگاه