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外文翻譯(中文)---采用可見光通信技術的智能照明控制系統-其他專業.doc

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外文翻譯(中文)---采用可見光通信技術的智能照明控制系統-其他專業.doc

采用可見光通信技術的智能照明控制系統 Mitsunori Miki 日本東京同志社大學知識工程處 Emi Asayama 日本東京同志社大學工學研究處 Tomoyuki Hiroyasu 日本東京同志社大學知識工程處 摘要---近些年來,各種各樣的設備變得更加智能化。在此研究中,為了實現燈具和照度傳感器質檢的的直接通信,我們提出了一個使用可見光通信技術的智能照明系統,以便對到所需位置提供必要的照度。實際上,我們構造了一個模擬實驗,并在此概念的基礎上驗證了新開發的控制方法的有效性。驗證測試采用了專門用于照明的優化控制算法,結果表明,不同照度傳感器在很短的時間內就能達到到預設的目標照度。我們還證實,該系統能適應地回應照度傳感器的運動。 關鍵詞---智能,照明系統,自主分配控制,節能,可見光通信,熒光燈,系數關聯 一 簡介 近年來,電器,汽車,飛機和各種其他系統變得越來越智能化,系統通過自主控制來適應用戶和環境,這樣減輕了對人的負荷。 雖然在現實世界,系統通過這種方式變得更加智能,但是還沒有被應用到照明系統,這是人類生活的必要和不可缺少的一部分。在許多非住宅樓建筑項目中人工照明是主要的電力消費之一,占總電負荷的20-30%左右。例如,它是不可能實現的照明模式比其他強加于電擰在設計時,是不可能實現自動調節當地的照明度。最近,技術已經發展為通過連接網絡單獨控制各種燈光的亮度,并配有先進的的人機界面系統。還有,有很多新的利用日光節約能源的技術,并且這幾技術理論歸功于對日光的深入研究。例如,時間,光電開關控制已經發展到改進和提高利用日光的效率,這樣就會喲喲更好的節能效果。然而,許多問題仍然存在。例如,它不可能自動在適當的位置提供適當的照度,或允許其他照明,以補償在應對照度照明設備故障上的不足。其他問題包括當光線照度傳感器被添加或在房間分區被更改無法迅速地響應。 另一方面,我們已解決了這類問題,并提出了新的節約能源的智能照明系統,控制照度在適當的地點提供適當的照明度。作為一個智能照明系統的控制算法提出“利用相關系數的自適應鄰域算法”。通過理解通過相關的照明裝置及照度傳感器的位置信息,這有助于控制算法在一個目標照度和節能狀況的兩個因素短期內收斂其實我們構建了基本實驗系統也是基于這一理念去驗證這種控制算法的有效性。 然而,在ANA/ CC上依然有兩個問題。一個問題是,相關性可能不會正確采納歸因于照度傳感器分布位置。這個問題成為一個比較大的環境中不可避免的事實。第二個問題是當照明感應器被移動時瞬間反應不可能屬于協同與相關稀疏的計算。 在此研究中,我們解決了這些問題,并提出了一種新的智能照明系統,引入了可見光通信技術,加強了照明裝置和照度傳感器之間的直接信息傳遞確保應該允許的位置信息可以立即被識別。我們將檢驗在引入智能照明系統后可見光通訊時的有效性。此外,我們將開發新的算法來控制系統。 二 什么是智能照明系統 2.1 智能照明系統概述 所謂“智能照明系統“是指在多個燈具連接到一個網絡系統時,能滿足各種照明燈具的照明的需求。下面介紹智能照明系統的功能。 (1)自主分散控制 在智能照明系統,沒有對整個系統的控制元件。照度在每個位置為一個控制單元,使系統具有對故障的高魯棒性,和高可靠性,所以系統有很顯著的特征它很容易添加照明裝置及照度傳感器,也沒有必要在安裝時設置身份證號之類的東西。并為每個照明燈具或照度傳感器布局信息。 (2)實現自主照明控制 現在的照明系統,唯一可實現的是開關模式通過擰方式實現的。然而,隨著智能照明系統的提出,是有可能實現不依賴開關任意切換模式。此外,還可以切換使用任何所需的照明亮度的設備。因此,該系統是以不使用開關來實現節能的。 2.2 智能照明系統的結構 該智能照明系統是通過連接多個智能照明裝置及照度傳感器和多個移動功率表到網絡。所謂“智能照明燈具“是指有一個控制器稱為學習設備的照明設備。這使得每個照明燈具可以獨立工作。通過網絡得到光照度的信息實現最佳照明模式。 目前正在使用的照明控制算法被稱為“利用相關系數自適應的鄰域算法“。它包含在相關的照明與通用優化方法控制系數的基礎上的機制被稱為“隨機爬坡“。事實上,相關系數表明,存在兩個或更多的現象,改變成為一個集在一起。該算法計算出從“量改變發光強度”量照度傳感器是有效的相關性迅速收斂履行目標照度和節約能源的良好條件。 圖1展示了照明裝置之間的距離及照度傳感器相關系數的原始距離和現在距離的關系例子。橫軸是步驟數。一燈和傳感器之間的相關性很高,但2燈和3燈的很低。此信息用于下一時刻亮度的產生。并且照明裝置在近距離照度傳感器應適當改變亮度和發光強度,以滿足亮度要求。 圖1 亮度和照度傳感器的關系 三 智能照明系統檢驗采用可見光光通信技術 3.1 可見光通信技術 近來,隨著新的通信技術,可見光通訊技術,利用可見光進行通信已受到重視。與已經存在的紅外通信的技術相比,可見光通信技術的特點如下所述 (1)因為照明用電可直接用于通信,可以構建簡單的設備無線通信環境。 (2)由于光不受任何無線電法例規管,它甚至可用在電波的禁區。 (3)因為通信是通過可見光,傳輸和接收可以通過目視檢查進行確認,做好安全問題等。 元素發出可見光是發光二極管的可見光,可見光激光器,有機EL,可見光通信安裝技術會研究熒光燈。 3.2 提出系統綱要 我們提出了一個采用可見光通信技術的智能照明系統,以加速達到預設目標照度。一種轉換成光的照明設備,在接收終端的照度傳感器的電信號被添加到傳統系統。該系統的配置圖顯示如圖2。 在這個系統中,ID是給每個照明燈具進行可見光調制。光照度傳感器可以獲取每個燈具的ID并且照度傳感器可以通過燈光的ID信息是否被獲得。與傳統系統相比,由于掌握位置信息不需要時間,對目標照度的銜接變得更早。 圖2采用VLC的智能照明控制系統配置圖 3.3 可見光通信技術簡介 三種類型對照明燈具和照度傳感器的位置信息的理解方法,可考慮引入到可見光系統。第1類是其中唯一的可見光通信使用方法,第二是專門用于可見光通信和ANA/ CC的在不同的情況下而定的方法。而第三種方法是,結合可見光和ANA/ CC的。在本研究中,我們使用第三種方法,因為粗略的照度傳感器可通過和可見光的信息傳遞,通過對ANA/ CC對它們的詳細位置信息進行掌握。 3.4 控制算法 這個系統的控制算法是ANA/ CC的作為基于可見光通信技術進行的。這將被稱為ANA/ CC與可見光光通信(ANA/ CC的VLC)的結合。可視光通信用于理解的照明位置信息裝置及照度傳感器。該算法的流程如圖3,解釋如下。 圖3該算法采用自適應與相關系數可見光通信 1)初始參數如初始亮度,目標設定照明度和每個燈具的初始亮度。 2)照明用的ID采用可見光通信技術進行傳播。 3)對個人購買個人照明燈具需要傳感器信息(照度傳感器ID,電流照度,目標照度,并轉交照明ID)和用電量,從功率計計算電量,并且計算照明度和發光性之間的關系。 4)計算目標函數值。 5)根據信息傳感器來決定用電器臨近的用戶。 6)下一個亮度是根據相鄰的隨機生成的,照明燈具適用于那個亮度。 7)獲取個人照明燈具傳感器的信息和用電量,并計算相關的新的照度和亮度。8)由新的照度計算目標函數和用電量。 9)如果目標函數值進行了改進,即亮度設置。返回到步驟2。 10)如果從第6步的目標函數值退化亮度的變化是取消。返回到步驟2。通過執行上述操作,可以收斂到目標照度和電源節能狀態。究其原因重返從步驟7步驟2和8是回應在環境變化如內外光等。 通過執行上述操作,可以收斂到目標照度和電源節能狀態。究其原因重返步驟7步驟2和8是反映外界環境變化等。 3.5 該算法在目標函數中使用 把智能的自主照明控制系統是把照度接近每個目標照度照度傳感器的目的是盡量減少電力使用量。目標函數中所使用該算法主要體現在(1)。這個目標函數是給每一個控制裝置。對整個系統的優化促進了最大限度地減少每個照明燈具功能的目標。 fp P n 照度傳感器的數量; m照明裝置的數量; w質量;vID 采集狀態; r相關系數;p用電量; Lc 當前照度;Lt 目標照度;Cd 亮度; 該計算法則設置的設計變量作為照明度 亮度,旨在為/在最小化(1)。 /是從gi 獲得克,它體現了目前照明度Lc,目標照明度Lt和用電量總和P之間的差異,如果照明度之間的差異為負數或者是50[lx]或者更多。這可以說,如果目前的照度低于或高于目標 照度,光就會立即增加。每個照明燈具的照明度總和Cd 作為用電 數額。這是由于電源電壓特性之間的線性關系熒光燈亮度和電力使用量決定的。重量W乘以與功率P. 照度的優先目標優化或選項電力使用最小化的基礎上確定 價值瓦特v表示光亮ID的出現和獲得, r表示相關系數。這 促進了VLC和 ANA/CC之間的相互利用。 3.6相關的測定方法 在 ANA/CCVLC里面,每個燈的亮度變化都是在一個給定的范圍內隨意變化,在ANA/CCVLC里這范圍叫做相關范圍。正如你在圖4看到的,有三種類型的相關范圍是用來產生下一個亮度。圖4里測試值顯示了每個鄰近尺寸之間的亮度的相對速度。上下測量值的相關關系是通過實驗測量出來的,相關范圍A主要把照明度從目前的照明度降低到到目標的照明度。相關范圍B產生等同于上下之間的下一個照明度,并且用來調節照明度。相關范圍C主要增強照明度強度,到目前為止只有相關范圍B被用作傳統控制法則。I 代表照明感應器的數字。 圖4 三個相鄰范圍 選擇一個其中一個適應性的鄰里范圍,不管獲得的照明ID是否被利用到,然后下一個照明度就會隨著鄰里范圍相應的產生。 A Ri 初始值 B Ri 初始值 并且 Lti Lei C Ri 初始值 并且 Lti Lci I 代表照明感應器的數字,Lt 代表目標照明度, Lc代表現在的照明度。 最優解決方案是通過提議中的優化算法以達到偶然獲得一個局部的優化解決方案而不是一個全局的,因為這種運算法則是基于SHC.然而,鄰里范圍在這個運算法則運用的如此廣泛以至于遠離局部優化方案的可能性非常高。因此,最終結果基本不會運用局部優化方案。即使能運用局部優化方案達到結果,目標函數值的局部最優的解決方案不是很不同的全局最佳的解決方案之一。 四 運用ANA/CCVL C的確認試驗 4.1 試驗大綱 我們可以在實驗室里運用傳統運算法則ANA/CC進行智能光系統測試。然而,至今為止,可視光通信科技還沒有真正被引進到實驗室里。然而在這個研究中,真正的空間將被復制到計算機里。另外,模擬出來的結果和真正實驗室里的結果相差不大。 被推薦的運算法則將被運用,運用ANA/CCVLC的數值試驗將被實施到以下兩個試驗里。我們證實了自主分配試驗系統能滿足目標照明度并且通過運用ANA/CCVLC降低用電量。并且,為了證實推薦的原算法則的有效性,和傳統的運算法則ANA/CC進行了比較。可以通過試驗5來證明,ANA/CCVLC和ANA/CC中運用的參數在表1中,此外,這每個照明度傳感器,用于發現的目標函數值的計算采用點方法對直線的光源。 試驗一外界條件不變 把已安裝好的照度傳感器1目標照度設置為750 [勒克斯],傳感器2設置為650[勒克斯]傳感器3設置為550[勒克斯]。 實驗2移動照度傳感器 照度傳感器3在實驗1已從平穩狀態至照明燈具1下方。 4.2 可見光范圍內光通信范圍 可見光范圍的通信范圍可能在亮度的基礎上發生急劇變化,因為可見光通信只能傳遞信息范圍內的光照。因此,2模式設置為如圖6所示,熒光燈泡亮度信息和可視光通信到達范圍要進行驗證。 圖5 實驗環境 圖6可見光通信可到達的范圍 在模式[大],可見光通信范圍范圍很大,當最低亮度為30%這種方式方便獲取這六個照明燈具的ID。相反,在模式[小] 當最大亮度為100%可見光通信范圍范圍設置在距離允許接收了4個照明燈具附近的ID,并假設在當最低亮度為30%一定距離內允許附近接收照明燈具的2的ID。此外,如圖6所示數值是通過計算熒光燈的發射角,發射角和亮度呈比例關系。實驗一采用了對于實現了最佳的照明模式2可見光范圍內的通信范圍每種模式算法,很顯然,如果每個照度傳感器收斂于目標照度,該算法能夠適應無論可見光通訊范圍的范圍。 4.3實驗結果使用ANA/ CC VLC 1 實驗一可見光范圍內采用通信模式[大]照度和用電量的歷史記錄在可見光范圍設置通訊范圍模式[大]會顯示在圖7。此外,為比較實驗結果使用ANA/ CC如圖8所示 圖7實驗結果模式[大] 從圖7(a)很明顯可以看出實驗開始后,照度傳感器的1,2和3在大約是每100步771,652和568[lx]光照度與目標照度相符合此外,圖7(b)表明通過進一步的研究,最低用電量正在改變。此外,有關目標算法和ANA/ CC之間的比較,很顯然,該算法基本達到了結果。 2)實驗1 -可見光范圍內的通信模式[小]照度和電力使用量歷史記錄在可見光范圍設置通訊范圍模式[小]會顯示在圖9,在相同的環境如圖5。使用的參數是相同的,如表一很顯然,采用改進的算法照度傳感器1和3是融合,他們在近一個狀態實現目標的照度傳感器通過后大約120步,此外,在圖9(二),最小用電量與ANA/ CC幾乎發生在相同的狀態。 圖8實驗結果ANA/ CC 圖9實驗結果模式[小] 3)實驗2使用ANA/ CCVLC,實驗2對在環境變化時的有效性和反應能力進行了驗證。每個圖。10(a)表明個人照度傳感器的照度和電力使用量的歷史。同時,為了進行比較,實驗結果使用ANA/ CC在圖10(b)上標明。 圖10實驗結果(照度傳感器) 從圖10(a)很明顯可以看出,當照度傳感器5被移動時(以1000步數),照度傳感器3,的照度比目標低很多,但之后就直線上升,并在大約15個步能夠達到目標照度。另外,從圖10(b)可以看出通過ANA/ CC照度傳感器3達到目標照度約為55步。 照度狀態需要照度傳感器3直接前后移動約2000步,從圖11(a)和圖11(b)分別可以看出。最后每人照度感測器照度值為755,650和562[lx],接近目標照度吻合。比較圖11(a)和圖11(b),照明燈具1照度增加后照度傳感器3被移動到接近照明燈具1的位置,由于照明燈具13和14對有照度傳感器不再有影響,他們的亮度減少。這些實驗結果的基礎上很顯然可以看出該系統能夠反映照度傳感器運動。 五.結論 智能照明系統,可有助于節約能源,而且基于可以運動的照度傳感器上獲得的信息,能夠提供理想的照度到理想的位置。在本研究中,我們提出采用可見光通信和新的控制方法的智能照明系統,稱為ANA/ CCVLC。 圖11照度 該算法使收斂到預設目標照度的速度加快,并對擬設系統的有效性進行了檢查,并通過數字的有效性驗證實驗中使用模擬器。據證實照度傳感器附近光照增強,這算法能快速切換到節能模式,而且沒有照明燈具照度傳感器光澤弱。此外,相對于傳統的算法,該該算法可以對環境變化在瞬間作出反應。在此基礎上,該算法可認為是非常有效的智能照明系統的控制算法。 參考文獻 [1] T.Kawaoka M .Miki. 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