[发明专利]基于ZigBee网络的烟草卷接包车间照明控制方法

权利要求书

1.一种基于ZigBee网络的烟草卷接包车间照明控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、安装设备：

(1)、将卷接包车间内划分为A、B、C、D、E、F、G、H八个区域，每个区域又分别划分为六个子区域，在六个子区域吊顶对应车间地面投影六个区域，每个区域中间设置卷接包机组，卷接包机组周围有工作台，每个区域的6个子区域对应车间地面的6个区域；

(2)、控制主机CPU、ZigBee协调器安装于控制中心，控制主机通过UART串口与ZigBee协调器相连；

(3)、ZigBee路由器安装于每个分区的吊顶内，靠近走道一侧；Zigbee无线调光控制器安装在吊顶内紧挨着灯具，通过UART串口通信；

(4)、ZigBee无线通信器与照度传感器安装于卷接包机周围工作台内侧边缘，距地面0.75m，躲开卷接包机，通过UART串口通信；

(5)、ZigBee无线通信器和功率表安装于每个分区的照明配电柜上，ZigBee无线通信器的UART口通过接口转换器，485串口转UART串口与功率表的485串口通信；

二、设置传输设备ID，方法是：

(1)、每个照度传感器和ZigBee无线通信器分配一个ID，通过zigbee网络，将照度值传输至控制主机CPU；

(2)、每个区域功率表和ZigBee无线通信器分配一个ID，通过zigbee网络，将功率表的数值传输至控制主机CPU；

(3)、每个灯具、Zigbee无线调光控制器和ZigBee无线通信器分配一个ID，通过zigbee网络能接收控制主机指令，自动调节灯具亮度；

三、构建ZigBee网络平台：

采用ZigBee2007/Pro协议找ZigBee网络节点，包括协调器、路由器和ZigBee无线通信器，增强网络自愈能力，协调器上电后实现自动组网、地址分配、节点管理和控制主机通信，路由器或ZigBee无线通信器自由申请入网或离网，借助路由节点的数据中转站，无线传感网络中的数据信息实现动态路由的多跳传输；

四、灯具调光：

当基于CC2530的ZigBee无线通信器接收到控制主机的控制指令后，提供可靠的256级PWM信号，通过调节PWM信号的占空比，基于PT4115来控制Zigbee无线调光控制器达到调光，控制LED灯的亮度；

五、自适应控制方法：

设备安装和灯具调光后，由ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee无线通信器组成ZigBee网络，网络拓扑结构选为树状网，在该网络中终端节点上连接照度传感器、功率表和Zigbee无线调光控制器，分别用于采集车间照度值、功率值和控制灯具亮度，控制主机通过zigbee网络采集车间内照度传感器数据和功率表数据，经过计算处理，再通过zigbee网络发出控制命令至Zigbee无线调光控制器，实现对灯具的亮度、功率调节，当卷接包车间距离监控中心的距离较远时，中间可接多个路由器作为节点，控制主机对数据进行处理与保存，具体步骤是：

(1)初始化：控制主机和协调器先开机，协调器初始化构建zigbee网络，路由器节点和终端节点依次加入网络，协调器依次为其分配ID，初始化构建zigbee网络通信平台，然后再依次打开分布于各区的路由器和ZigBee无线通信器的节点；

(2)照度调节：当第一次调节灯具照度时，每个灯具初始化亮度为50％全亮度，非第一次调节照度时，每个灯亮度为上次调节的数值；

(3)分区域调节每个区域的照度，方法是：

①先对每个区域的子区域调整，再对每个区域调整，实现整个卷接包车间的调整，并记录当前区域满足设计要求的平均照度和单位面积平均功率(LPD)；

②对每个子区域照度采集、调整：控制主机发出的采集照度指令，通过zigbee协调器、路由器到达连接Zigbee无线调光控制器的ZigBee无线通信器，ZigBee无线通信器开始采集照度传感器值，然后发送照度值至路由器、协调器，然后通过UART串口传至控制主机，控制主机分别采集每个区域的子区域照度传感器的值，根据式(1)：

ΔE_AV＝|E_i-E_obj|≤SET，i＝1，2…，m 式(1)

E_obj--《建筑照明设计规范》GB 50034-2013所规定的平均照度目标值；

E_i--某一子区域的当前照度；

m--是某分区子区域的数量；

SET--设定值，照度收敛范围；

ΔE_AV--当前照度与设定值的差值；

依次判断每个子区域的照度是否满足要求；当满足要求，记录该子区域的照度值，当不满足要求，继续调整，控制主机发出调整指令及PWM占空比信息，经过ZigBee网络传至Zigbee无线调光控制器，每次上调或下调PWM信号占空比的幅度为5％，当接近目标照度90％时，每次调整的幅度为1～3％；

(4)判断每个区域的平均照度和LPD是否满足要求，根据式(2)判断X区的照度是否满足要求；

E_t--是某一分区域的平均照度；

E_j--是某分区各子区域的照度；

m--是某分区子区域的数量；

根据公式(3)判断X区的单位面积平均功率(LPD)是否满足要求；

LPD_i＝P_i/S；i＝A，B，C，D，E，F，G，H 式(3)

LPD_i--卷接包车间内某分区的LPD，单位：W/m²；

P_i--是某分区的功率；

S--是某分区的面积，单位m²；

若这两项同时满足要求满足，则每个区域平均照度及LPD满足设计要求，记录该区域的功率和子区域的照度值，计算单位面积平均功率(LPD)和平均照度值，否则重新调整；

(5)判断烟草卷接包车间的平均照度和LPD是否满足要求：每个区域全部调整完毕，再判断整个烟草卷接包车间的照度和LPD是否满足要求，当这两项同时满足时，则卷接包车间照度及LPD满足要求，计算并记录单位面积平均功率(LPD)和平均照度值，进入休眠状态；否则重新调整，直到满足要求；

烟草卷接包车间的照度满足要求的计算公式是：

f₄--卷接包车间的平均照度；

E_j--是卷接包车间某分区的平均照度；

m--是某分区子区域的数量；

烟草卷接包车间的单位面积平均功率(LPD)满足要求的计算公式是：

P_i--卷接包车间某分区的功率；

LPD_obj--《建筑照明设计规范》GB 50034-2013所规定的LPD值；

n--车间内分区的数量；

S_t--车间整个面积，单位m²；

ΔLPD_av—当前LPD与《建筑照明设计规范》GB 50034-2013所规定的LPD值的差值；

(6)维持烟草卷接包车间照度和LPD，记录烟草卷接包车间内灯具的工作状态和LPD值，作为下次车间灯具启动的初始值；

(7)在调整照度完毕后，每个区域60分钟采样一次，判断每个区域内的平均照度和LPD值是否满足要求，当满足，则维持该区域的照度，进入休眠状态；当不满足要求，调整该区域照度值，直至达到要求；

(8)为便于调节照度，在满足LPD不超过《建筑照明设计规范》GB 50034-2013规定数值的情况下，整个车间平均照度宜高于规定照度的20％，这样既扩大照度调节范围，在有光衰和环境因素变化情况下，又能将照度调节至符合规定要求的照度，从而实现烟草卷接包车间照明的自适应控制。