Studentská grantová soutěž - předchozí roky

Přenos řídících signálů v osvětlovacích soustavách

SP2015/182

Novák Tomáš doc. Ing., Ph.D.

prof. Ing. Karel Sokanský, CSc.
prof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.
doc. Ing. Vítězslav Stýskala, Ph.D.

01. 01. 2015 - 31. 12. 2015

Ověření predikčního modelu na úsporu elektrické energie u stmívatelných osvětlovacích soustav řízených na konstantní hladinu osvětlenosti - Návrh a aplikace metodiky pro dlouhodobé vyhodnocování příspěvků denního osvětlení ve vnitřních prostorech - Návrh a aplikace metodiky pro dlouhodobé vyhodnocování chování osvětlovacích soustav stmívaných na konstantní hladinu osvětlenosti o V minulých letech byl vyvíjen predikční model na odhad možností úspor osvětlovacích soustav stmívaných na konstantní hladinu osvětlenosti. Tento model a samozřejmě i reálné osvětlovací soustavy je třeba ověřovat. Vzhledem k tomu, že díky proměnným vlastnostem oblohy dochází ke změnám osvětlení v interiérech jak v prostoru, tak v čase, je nutné ověřovat řídicí systémy, které ovládají stmívání osvětlovacích soustav. K tomu bude sloužit systém nezávislých luxmetrů, které budou ukládat dlouhodobě měřená data. Na základě naměřených průběhů osvětleností pak bude možné upravovat řídící algoritmy pro nastavení úrovně stmívání jednotlivých svítidel. Jasové poměry ve stmívatelných osvětlovacích soustavách - Měření a vyhodnocení jasových poměrů stmívatelných osvětlovacích soustav při různých situacích denního osvětlení o Stmíváním osvětlovacích soustav dochází k výrazným změnám jasových poměrů. Tyto změny nastávají zejména v směrech pohledů, kdy se do zrakového pole pracovníka dostává i okno. Vzhledem k tomu, že lidské oko vnímá kontrasty jasů, je nutné ověřovat, zda při stmívání nedochází k takovým rozdílům jasů v místech zrakových úkolů, které by mohli vyvolat oslnění vlivem vysokých jasů okenních otvorů. - Možnosti regulace osvětlení v rámci sdruženého osvětlení o V rámci České republiky je platná norma na sdružené osvětlení ČSN 360020, která stanovuje požadavky na součinnost umělého a denního světla. Tato norma, ale neobsahuje informace o možnosti stmívání umělých osvětlovacích soustav pracujících v režimu sdruženého osvětlení. Z výše provedených měření jasových poměrů, které budou provedeny i v interiérech s nevyhovujícím denním osvětlením (sdružené osvětlení) vyplyne doporučení na případnou možnost regulace takovýchto osvětlovacích soustav a odhad energetického přínosu takto řízených osvětlovacích soustav. Testování pokročilých modulátorů pro řízení LED - Ověřování světelně-technických parametrů svítidel v bifunkčním provozu o Měření chování přenosu signálu LED svítidel v osvětlovacích soustavách  Výzkum v oblasti modulátorů určených pro nasazení pokročilejších modulačních formátů. Specifikace segmentu LED s ohledem na parametry LED (bílá LED složená z čipu vyzařujícího optické záření v modré viditelné oblasti a luminoforu, RGB LED s kombinací s Y LED). Z těchto navržených LED zdrojů bude jejich výsledné záření vztaženo k parametru SNR a normám pro osvětlování vnitřních pracovních prostorů.  Výzkum v oblasti simulace a měření rozložení optického záření v daném prostoru z hlediska modelování optické bezvláknové komunikační mikrobuňky. Simulace bude prováděna pomocí sofistikovaného programu LightTools. Výsledky tohoto výzkumu budou sloužit pro návrh požadavků na osvětlování tak, aby splňovaly normy na osvětlování vnitřních pracovních prostorů a na vytvoření optického komunikačního spoje (SNR). o Měření chování přenosu signálu LED svítidel v kombinaci s denním světlem  U vnitřních osvětlovacích soustav je nutné brát v potaz i jejich společnou funkci s denním světlem. Modulátory je tedy nutné testovat nejen v samostatných svítidlech, či osvětlovacích soustavách, ale také v osvětlovacích soustavách pracujících v kombinaci s denním světlem. Výsledky budou sloužit ke stanovení limitů použití bifunkčních svítidel pro osvětlovací soustavy svítící i přes den v kombinaci s denním světlem. - Zjištění přenosových limitů LED svítidel v bifunkčním provozu o Měření chování přenosu signálu LED svítidel v reálných atmosférických podmínkách  Simulování vlivu atmosférických jevů na optické bezvláknové komunikační systémy pomocí speciálního simulačního boxu tvořeného plexisklem. Cílem bude provést analýzu vlivu různých typů atmosférických jevů (kouř, déšť, turbulence) na optický svazek, který bude vysílán na různé vlnové délce.  Modelování vlivu simulovaných atmosférických jevů na optické bezvláknové komunikační systémy pomocí softwarové aplikace Ansys Fluent z důvodu využitelnosti přenosu modulovaného informačního signálu v oblasti viditelného spektra i ve venkovních osvětlovacích soustavách (veřejné osvětlení).  Využití USRP N210 pro zhotovení pokročilých modulačních formátů a odolnosti vůči simulovaným atmosférickým jevům. Vliv LED svítidel ve veřejném osvětlení na zvýšení bezpečnosti v dopravě - Inteligentní osvětlení přechodů o V dnešní době je nutné zajistit maximální bezpečnost lidí pomocí různých systémů či materiálů. Jedním z cílů, jak snížit nehodovost na přechodech pro chodce může být zhotovení unikátního principu výzbroje svítidel veřejného osvětlení, které bude plnit osvětlovací funkci a zároveň komunikaci s přibližujícími se vozidly. Tato „bifunkční svítidla“ budou spojovat světelné a komunikační vlastnosti, které umožňují LED zdroje záření. Nedílnou součástí pak bude i umožnění snižování spotřeby elektrické energie bifunkčních svítidel ve veřejném osvětlení s ohledem na hustotu provozu. - Vyhodnocování kvality veřejného osvětlení o Součástí aplikování řízení do veřejného osvětlení, které bude osazeno LED, musí být i vyhodnocení kvalitativních a kvantitativních světelně-technických parametrů osvětlovacích soustav. Vzhledem k nutnosti vyhodnocování prostorově značně rozsáhlých osvětlovacích soustav budou započaty práce na návrhu rychlého zjišťování těchto parametrů z jedoucího automobilu. K vyhodnocování osvětlovacích soustav bude docházet na základě znalosti GPS souřadnic, světelně-technických návrhů a naměřených osvětleností, respektive jasů přímo na komunikacích. - Možnosti vlivu bifunkčních svítidel na snižování spotřeby elektrické energie osvětlovacích soustav veřejného osvětlení o Bezdrátová komunikace mezi svítidly  Světelně-technické výpočty se zaměřením na stanovení integrálních charakteristik světelného pole s cílem posuzování velikosti namodulovaného informačního signálu v různých místech světelného pole.  Výzkum v oblasti nasazení pokročilejších modulačních formátů v rámci optických bezvláknových komunikací určených pro vnitřní i venkovní prostory. Cílem této oblasti je reagovat na nové progresivní trendy ve světě a na normu IEEE 802.15.7, která definuje pouze modulační formáty VPPM a OOK. Cílem nasazení pokročilejších modulačních formátů je zlepšení kvalitativních parametrů optického komunikačního spoje (SNR, propustnost, zpoždění, jitter).  Cílem práce bude vyvinout unikátní typ vláknového vysílače, který bude sloužit jako zdroj světelného záření k pokrytí definované plochy. Zároveň bude skrze něj možno šířit modulovaný světelný signál na fotodetektor umístěný v prostoru. Tento vláknový vysílač bude modelován pomocí softwarové aplikace LighTools. Následně proběhne reálné měření ve světelně-technické laboratoři na goniofotometru za účelem posouzení návrhu daného vláknového vysílače vůči simulovaným datům. o Pravidla pro regulaci svítidel na základě vyhodnocování hustoty provozu  Budou provedena doporučení na úroveň stmívání osvětlovacích soustav veřejného osvětlení osazeného LED na základě současné míry poznatků na světové úrovni (CIE). Toto časově a prostorově závislé stmívání závislé na úrovni provozu se předpokládá k využití zejména v soustavách veřejného osvětlení v obcích s malým provozem. Cílem této regulace je, zejména snížení energetické náročnosti těchto soustav veřejného osvětlení. Dílčí výsledky budou publikovány na mezinárodních konferencích EPE 2015, SVĚTLO 2015, CIE 2015, TSP 2015, SPIE 2015 a v časopisech Světlo, Przeglad Elektrotechniczny, Advances in Electrical and Electronic Engineering atd.

doc. Ing. Roman Hrbáč, Ph.D.
Ing. Petr Koudelka, Ph.D.
Ing. Jan Vitásek, Ph.D.
Ing. Jan Látal, Ph.D.
doc. Ing. Tomáš Novák, Ph.D.
Ing. Barbara Helštýnová
Ing. Petr Bos
Ing. Richard Baleja
Ing. Jan Lazecký
Ing. Jiří Kummer
Ing. Peter Hajduk
Ing. Lukáš Bartůněk
Ing. Zdeněk Wilček
Bc. Ing. Tomáš Socha
Ing. Tomáš Kryštof
Bc. Michael Žolcer
Bc. Vojtěch Bula
Bc. Josef Sedláček
Bc. Andrzej Macura
Bc. Ilona Mušálková
Bc. Martin Chrenšč
Bc. Jan Navrátil
Bc. Hana Kašinská
Bc. Dominik Peroutka
prof. Ing. Karel Sokanský, CSc.
prof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.
doc. Ing. Vítězslav Stýskala, Ph.D.

Ověření predikčního modelu na úsporu elektrické energie u stmívatelných osvětlovacích soustav řízených na konstantní hladinu osvětlenosti
- Návrh a aplikace metodiky pro dlouhodobé vyhodnocování příspěvků denního osvětlení ve vnitřních prostorech
- Návrh a aplikace metodiky pro dlouhodobé vyhodnocování chování osvětlovacích soustav stmívaných na konstantní hladinu osvětlenosti

Jasové poměry ve stmívatelných osvětlovacích soustavách
- Měření a vyhodnocení jasových poměrů stmívatelných osvětlovacích soustav při různých situacích denního osvětlení
- Možnosti regulace osvětlení v rámci sdruženého osvětlení

Testování pokročilých modulátorů pro řízení LED
- Ověřování světelně-technických parametrů svítidel v bifunkčním provozu
o Měření chování přenosu signálu LED svítidel v osvětlovacích soustavách
o Měření chování přenosu signálu LED svítidel v kombinaci s denním světlem
- Zjištění přenosových limitů LED svítidel v bifunkčním provozu
o Měření chování přenosu signálu LED svítidel v reálných atmosférických podmínkách

Vliv LED svítidel ve veřejném osvětlení na zvýšení bezpečnosti v dopravě
- Inteligentní osvětlení přechodů
- Vyhodnocování kvality veřejného osvětlení
- Možnosti vlivu bifunkčních svítidel na snižování spotřeby elektrické energie osvětlovacích soustav veřejného osvětlení
o Bezdrátová komunikace mezi svítidly
o Pravidla pro regulaci svítidel na základě vyhodnocování hustoty provozu