摘要: 本文通过对照明区域内点照度的分析，在充分考虑实际需求的情况下，提出了一种基于 单片机 80C51 的智能调光方法，结合实际生活和工作环境中的 光源 分布给出了光 传感器 的分布方法，详细介绍了智能调光的原理和方法。该系统可依据不同人对照度的不同需求，均匀的调节环境内照度，实现室内照明的人性化、个性化。

　　1 引言

　　随着科学技术的发展，人们对自身生活水平以及生存环境也有了更高的要求。传统的照明系统因其机械单调的照明方式以及有差别区域亮度等缺陷，已无法满足人们的需求。现阶段出现的各种豪华灯饰，其突出的特点仅仅是为了满足装饰空间和环境的需要，而在均匀照明及保护视力方面考虑不足，更谈不上智能化。

　　针对传统照明存在的缺陷，本文提出一种智能化的照明系统。这种照明系统可通过模式选取，智能化的调节区域内照度，以满足人们对照明的各种不同需求，增加照明模式并可通过对系统程序的编程改变照明模式。具有无阶跃的光亮度调节方式，使照明区域内的光线更趋于人性化和个性化。

　　2 研究方法分析

　　传统的照明系统之所以有诸多缺点，是与照明系统本身设计有关。在传统的照明系统中，对于室内照度的调节多局限光源处，而对光源输出光通量和室内各点照度的关系分析不足，对光源输出光通量调节的方法研究不足。本文针对上诉不足，在对室内各点照度情况的分析基础上，得出光源光通量与各点照度的关系，结合上述关系给出智能调节的一种方案。

　　2. 1 智能化照明的实现

　　为了实现智能化照明，首先应当解决如下问题:

　　光源应如何分布问题， 光传感器 的分布如何真实反映室内平均照度问题，实现智能化控制的方案问题，光源光强度如何调整的问题等。

　　(1) 采 光模块 分布: 光敏材料在其周围的照度发生变化时，物理量会相应发生改变，故可将亮度转换为电信号。因此，采用光敏材料对该点照度信号进行采集，通过A /D 模块将模拟信号转换为数字信号，以此构成光电传感单元。光源和传感器的分布，须遵循以下原则:

　　①灯具布置需满足工作、生活需求;②传感单元的分布必须能够真实的反映室内照度;③光源与传感单元之间须无障碍，传感单元的分布位置在满足前一条件的基础上可适当调节。

　　在满足以上原则的条件下，本设计以 点光源 分布为例予以说明。光源采用多点均匀分布，传感单元则视室内面积和光源数目而定。如: 在厂房中，作业场所需实现无影作业，因此采用大量光源均匀分布于作业场所上方，为能够真实反映作业场所照度情况，将传感单元均匀分布于作业场所四周和上空; 在室内，为了满足人们各种需求，光源采用多点均匀分布方式，传感单元置于墙体四周。我们以室内光源分布为例予以进一步说明。光源采用3 × 3阵列分布，如图1 所示:

图1 光源与传感器分布图

　　图中M 代表传感器，A 代表光源，将传感器分布于墙体四周，据地面2m 以上同一水平面处。光源成阵列形式分布与顶上天*板，到传感器垂直距离为H，水平距离为D，空间距离为L，夹角为θ。

　　 照度计 算: 如图2 所示，设传感单元受光面为S，取其中一个微面元ds; 面元ds 对点光源A 所张的微立体角元为dω，则dω = ds / L2。而点光源A在微立体角元dω 范围内射向被照面N 的光通量dφ，由光强定义可知：

　　那么，由照度的定义可求得点光源A 在微面元ds 上产生的照度Ev：

　　由此可知，全部光源作用下传感器Mi 表面上某点的照度为:

　　则传感器Mi 感光表面上的照度为:

　　当传感单元与光源足够远时，可将传感单元视为一个点，故此时:

图2 点光源指向传感单元处照度

　　我们以图1 ( a) 所示分布为例，进行说明。其中i 表示的是传感器的阿拉伯数字标识，j 表示是光源的阿拉伯数字标识，则:

　　即:

　　P 为光通传递矩阵，其中Pij表示光源j 到传感器i处的光通传递函数。当我们将光源和传感器分布固定时，P 则为一个固定值。因此我们选择调节光源光强I，实现智能化调光。

　　2. 2 智能调控方案

　　由式(8) 我们可以看出，将灯具和传感器分布确定后，光通传递函数固定，要改变传感器各处照度时，需调节光源光强。我们仍以图1 ( a) 图为例进行说明。结合式( 5 ) ，从图上我们可以看出，光源对传感器的照度影响是以距离和夹角衡量的。

　　也就是说，距传感器最近的光源对传感器的影响最大，影响的比例是与距离的平方成反比的。以图1 ( a) 为例，传感器所测的数据为M，则:

　　其中Evi表示传感器i 处所测得照度数据，为了使行列式W 真实反映传感器分布，故在无传感器处以“0”表示。

　　预先设定照度数据为Wo，则: