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1、. . . . 采用可见光通信技术的智能照明控制系统Mitsunori Miki日本东京同志社大学知识工程处Emi Asayama日本东京同志社大学工学研究处Tomoyuki Hiroyasu日本东京同志社大学知识工程处摘要-近些年来，各种各样的设备变得更加智能化。在此研究中，为了实现灯具和照度传感器质检的的直接通信，我们提出了一个使用可见光通信技术的智能照明系统，以便对到所需位置提供必要的照度。实际上，我们构造了一个模拟实验，并在此概念的基础上验证了新开发的控制方法的有效性。验证测试采用了专门用于照明的优化控制算法，结果表明，不同照度传感器在很短的时间就能达到到预设的目标照度。我们还证实，该
2、系统能适应地回应照度传感器的运动。 关键词-智能，照明系统，自主分配控制，节能，可见光通信，荧光灯，系数关联一 简介近年来，电器，汽车，飞机和各种其他系统变得越来越智能化，系统通过自主控制来适应用户和环境，这样减轻了对人的负荷。虽然在现实世界，系统通过这种方式变得更加智能，但是还没有被应用到照明系统，这是人类生活的必要和不可缺少的一部分。在许多非住宅楼建筑项目中人工照明是主要的电力消费之一，占总电负荷的20-30左右。例如，它是不可能实现的照明模式比其他强加于电拧在设计时，是不可能实现自动调节当地的照明度。最近，技术已经发展为通过连接网络单独控制各种灯光的亮度，并配有先进的的人机界面系统。还有
3、，有很多新的利用日光节约能源的技术，并且这几技术理论归功于对日光的深入研究。例如，时间，光电开关控制已经发展到改进和提高利用日光的效率，这样就会哟哟更好的节能效果。然而，许多问题仍然存在。例如，它不可能自动在适当的位置提供适当的照度，或允许其他照明，以补偿在应对照度照明设备故障上的不足。其他问题包括：当光线照度传感器被添加或在房间分区被更改无法迅速地响应。另一方面，我们已解决了这类问题，并提出了新的节约能源的智能照明系统，控制照度在适当的地点提供适当的照明度。作为一个智能照明系统的控制算法提出“利用相关系数的自适应邻域算法”。通过理解通过相关的照明装置与照度传感器的位置信息，这有助于控制算法在
4、一个目标照度和节能状况的两个因素短期收敛其实我们构建了基本实验系统也是基于这一理念去验证这种控制算法的有效性。然而，在ANA/ CC上依然有两个问题。一个问题是，相关性可能不会正确采纳归因于照度传感器分布位置。这个问题成为一个比较大的环境中不可避免的事实。第二个问题是当照明感应器被移动时瞬间反应不可能属于协同与相关稀疏的计算。在此研究中，我们解决了这些问题，并提出了一种新的智能照明系统，引入了可见光通信技术，加强了照明装置和照度传感器之间的直接信息传递确保应该允许的位置信息可以立即被识别。我们将检验在引入智能照明系统后可见光通讯时的有效性。此外，我们将开发新的算法来控制系统。二 什么是智能照明
5、系统2.1 智能照明系统概述：所谓“智能照明系统“是指在多个灯具连接到一个网络系统时，能满足各种照明灯具的照明的需求。下面介绍智能照明系统的功能。（1）自主分散控制在智能照明系统，没有对整个系统的控制元件。照度在每个位置为一个控制单元，使系统具有对故障的高鲁棒性，和高可靠性，所以系统有很显著的特征：它很容易添加照明装置与照度传感器，也没有必要在安装时设置号之类的东西。并为每个照明灯具或照度传感器布局信息。（2）实现自主照明控制现在的照明系统，唯一可实现的是开关模式通过拧方式实现的。然而，随着智能照明系统的提出，是有可能实现不依赖开关任意切换模式。此外，还可以切换使用任何所需的照明亮度的设备。因
6、此，该系统是以不使用开关来实现节能的。2.2 智能照明系统的结构该智能照明系统是通过连接多个智能照明装置与照度传感器和多个移动功率表到网络。所谓“智能照明灯具“是指有一个控制器称为学习设备的照明设备。这使得每个照明灯具可以独立工作。通过网络得到光照度的信息实现最佳照明模式。目前正在使用的照明控制算法被称为“利用相关系数自适应的邻域算法“。它包含在相关的照明与通用优化方法控制系数的基础上的机制被称为“随机爬坡“。事实上，相关系数表明，存在两个或更多的现象，改变成为一个集在一起。该算法计算出从“量改变发光强度”量照度传感器是有效的相关性迅速收敛履行目标照度和节约能源的良好条件。图1展示了照明装置之
7、间的距离与照度传感器相关系数的原始距离和现在距离的关系例子。横轴是步骤数。一灯和传感器之间的相关性很高，但2灯和3灯的很低。此信息用于下一时刻亮度的产生。并且照明装置在近距离照度传感器应适当改变亮度和发光强度，以满足亮度要求。图1 亮度和照度传感器的关系三 智能照明系统检验采用可见光光通信技术3.1 可见光通信技术近来，随着新的通信技术，可见光通讯技术，利用可见光进行通信已受到重视。与已经存在的红外通信的技术相比，可见光通信技术的特点如下所述：（1）因为照明用电可直接用于通信，可以构建简单的设备无线通信环境。（2）由于光不受任何无线电法例规管，它甚至可用在电波的禁区。（3）因为通信是通过可见光
8、，传输和接收可以通过目视检查进行确认，做好安全问题等。元素发出可见光是发光二极管的可见光，可见光激光器，有机EL，可见光通信安装技术会研究荧光灯。3.2 提出系统纲要我们提出了一个采用可见光通信技术的智能照明系统，以加速达到预设目标照度。一种转换成光的照明设备，在接收终端的照度传感器的电信号被添加到传统系统。该系统的配置图显示如图2。在这个系统中，ID是给每个照明灯具进行可见光调制。光照度传感器可以获取每个灯具的ID并且照度传感器可以通过灯光的ID信息是否被获得。与传统系统相比，由于掌握位置信息不需要时间，对目标照度的衔接变得更早。图2采用VLC的智能照明控制系统配置图3.3 可见光通信技术简
9、介三种类型对照明灯具和照度传感器的位置信息的理解方法，可考虑引入到可见光系统。第1类是其中唯一的可见光通信使用方法，第二是专门用于可见光通信和ANA/ CC的在不同的情况下而定的方法。而第三种方法是，结合可见光和ANA/ CC的。在本研究中，我们使用第三种方法，因为粗略的照度传感器可通过和可见光的信息传递，通过对ANA/ CC对它们的详细位置信息进行掌握。3.4 控制算法这个系统的控制算法是ANA/ CC的作为基于可见光通信技术进行的。这将被称为ANA/ CC与可见光光通信（ANA/ CC的+VLC）的结合。可视光通信用于理解的照明位置信息装置与照度传感器。该算法的流程如图3，解释如下。图3该
10、算法采用自适应与相关系数可见光通信1）初始参数如：初始亮度，目标设定照明度和每个灯具的初始亮度。2）照明用的ID采用可见光通信技术进行传播。3）对个人购买个人照明灯具需要传感器信息（照度传感器ID，电流照度，目标照度，并转交照明ID）和用电量，从功率计计算电量，并且计算照明度和发光性之间的关系。4）计算目标函数值。5）根据信息传感器来决定用电器临近的用户。6）下一个亮度是根据相邻的随机生成的，照明灯具适用于那个亮度。7）获取个人照明灯具传感器的信息和用电量，并计算相关的新的照度和亮度。8）由新的照度计算目标函数和用电量。9）如果目标函数值进行了改进，即亮度设置。返回到步骤2。10）如果从第6步
11、的目标函数值退化亮度的变化是取消。返回到步骤2。通过执行上述操作，可以收敛到目标照度和电源节能状态。究其原因重返从步骤7步骤2和8是回应在环境变化如外光等。通过执行上述操作，可以收敛到目标照度和电源节能状态。究其原因重返步骤7步骤2和8是反映外界环境变化等。3.5 该算法在目标函数中使用把智能的自主照明控制系统是把照度接近每个目标照度照度传感器的目的是尽量减少电力使用量。目标函数中所使用该算法主要体现在（1）。这个目标函数是给每一个控制装置。对整个系统的优化促进了最大限度地减少每个照明灯具功能的目标。f=p+P=n: 照度传感器的数量；m：照明装置的数量；w：质量；v：ID 采集状态；r：相关
12、系数；p：用电量；Lc: 当前照度；Lt: 目标照度；Cd： 亮度；该计算法则设置的设计变量作为照明度 亮度，旨在为/在最小化（1）。 /是从g(i)获得克，它体现了目前照明度Lc，目标照明度Lt和用电量总和P之间的差异，如果照明度之间的差异为负数或者是50lx或者更多。这可以说，如果目前的照度低于或高于目标 照度，光就会立即增加。每个照明灯具的照明度总和Cd 作为用电 数额。这是由于电源电压特性之间的线性关系荧光灯亮度和电力使用量决定的。重量W乘以与功率P. 照度的优先目标优化或选项电力使用最小化的基础上确定 价值瓦特v表示光亮ID的出现和获得， r表示相关系数。这 促进了VLC和 ANA/
13、CC之间的相互利用。3.6相关的测定方法在ANA/CC+VLC里面，每个灯的亮度变化都是在一个给定的围随意变化，在ANA/CC+VLC里这围叫做相关围。正如你在图4看到的，有三种类型的相关围是用来产生下一个亮度。图4里测试值显示了每个邻近尺寸之间的亮度的相对速度。上下测量值的相关关系是通过实验测量出来的，相关围A主要把照明度从目前的照明度降低到到目标的照明度。相关围B产生等同于上下之间的下一个照明度，并且用来调节照明度。相关围C主要增强照明度强度，到目前为止只有相关围B被用作传统控制法则。I 代表照明感应器的数字。图4 三个相邻围选择一个其中一个适应性的邻里围，不管获得的照明ID是否被利用到，
14、然后下一个照明度就会随着邻里围相应的产生。ARi 初始值 并且 Lti 初始值 并且 Lti LciI 代表照明感应器的数字，Lt 代表目标照明度， Lc代表现在的照明度。最优解决方案是通过提议中的优化算法以达到偶然获得一个局部的优化解决方案而不是一个全局的，因为这种运算法则是基于SHC.然而，邻里围在这个运算法则运用的如此广泛以至于远离局部优化方案的可能性非常高。因此，最终结果基本不会运用局部优化方案。即使能运用局部优化方案达到结果，目标函数值的局部最优的解决方案不是很不同的全局最佳的解决方案之一。四 运用ANA/CC+VL C的确认试验4.1 试验大纲我们可以在实验室里运用传统运算法则AN
15、A/CC进行智能光系统测试。然而，至今为止，可视光通信科技还没有真正被引进到实验室里。然而在这个研究中，真正的空间将被复制到计算机里。另外，模拟出来的结果和真正实验室里的结果相差不大。被推荐的运算法则将被运用，运用ANA/CC+VLC的数值试验将被实施到以下两个试验里。我们证实了自主分配试验系统能满足目标照明度并且通过运用ANA/CC+VLC降低用电量。并且，为了证实推荐的原算法则的有效性，和传统的运算法则ANA/CC进行了比较。可以通过试验5来证明，ANA/CC+VLC和ANA/CC中运用的参数在表1中，此外，这每个照明度传感器,用于发现的目标函数值的计算采用点方法对直线的光源。试验一：外界条件不变把已安装好的照度传感器1目标照度设置为750 勒克斯，传感器2设置为650勒克斯传感器3设置为550勒克斯。实验2：移动照度传感器照度传感器3在实验1已从平稳状态至照明灯具1下方。4.2 可见光围光通信围可见光围的通信围可能在亮度的基础上发生急剧变化，因为可见光通信只能传递信息围的光照。因此，2模式设置为如图6所示，荧光灯泡亮度信息和可视光通信到达围要进行验证。图5 实验环境图6可见光通信可到达的围 在模式大，
