【正文】 .............. 39 致 謝 ............................................................................................................................. 40 參考文獻 ............................................................................................................................. 41 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒論 選題背景 國內(nèi)用電緊缺與“節(jié)約型社會”的提出 進入二十一世紀能源與環(huán)境的問題越來越受到 各國家的重視。而電力 正因為其清潔、高效、方便傳輸?shù)葍?yōu)點越來越受到人們的青睞。 雖然近年來，我國的電力建設取得了很大發(fā)展，但是我國現(xiàn)在依然面臨著電力供應不足與能源短缺問題。拉閘限電、錯峰用電 的新聞比比皆 是，特別是經(jīng)濟發(fā)展比較迅速的長三角、珠三角地區(qū)缺電已經(jīng)常態(tài)化了。 當前高校教室 照明的主要控制方法與電力 的浪費 高校 教室 的 照明用電占到了整個用電量的 65%75%[1],其實這個比例完全可以降低，就看照明控制的效果。第二種，由專人負責照明的開關。第一種方法電力浪費最為嚴重 ，由于學生的節(jié)電意識 不同導致了自習室常常出現(xiàn)這種情況，人已經(jīng)都走完了但教室的燈都還亮著或者是一個教室中明明只有一兩個同學在學習但是卻把所有的燈都打開了，白天依然存在著嚴重的電力浪費現(xiàn)象，白天光照度充足但還是有相當一部分教室的燈是開著的。第三種方法在節(jié)能方面做出了表率但是還不夠只是在樓道和洗手間實現(xiàn) 了節(jié)能的功能應該最大化地發(fā)揮第三種方法。 采用 DyNet 網(wǎng)絡連接 ,DyNet 是一個分布式智能化網(wǎng)絡 ,使用 RS485 通訊協(xié)議 。 用戶利用 控制面板按鍵選擇一個預置場景是一種最簡單的控制方式 。利 用時鐘控制器也是一種常見的照明控制方式。 2. CBus 智能照明控制系統(tǒng) CBus 系統(tǒng)是 1994 年由澳大利亞奇勝電氣公司開發(fā)的 ,現(xiàn)已廣泛用于很多國家和地區(qū) 。 也可用于消防等系統(tǒng)中的聯(lián)動控制 ,系統(tǒng)所有的單元器件 (除電源外 )均內(nèi)置微處理器和存儲單元 ,由一對信號線 (雙絞線 )連接成網(wǎng)絡 。 輸入單元通過群組地址和輸出組件建立對應聯(lián)系 。 控制方式包括場景控制 、 定時控制 、 紅外線傳感器控制 、 就地控制 、 集中開關控制和集中調(diào)光控制 、 群組組合控制 、 系統(tǒng)聯(lián)動及廣域控制 。 它是典型的現(xiàn)場總線系統(tǒng) ,每個元件就是一個節(jié)點 ,這些節(jié)點連接在一根 2 芯雙絞線介質(zhì)的總線上 ,不分主從隸屬關系實現(xiàn)相互之間的通訊從而實現(xiàn)控制和被控制 [13]。教學樓的智能照明系統(tǒng)控制系統(tǒng)符合現(xiàn)今“建設節(jié)約型社會”的大形勢，能在一定程度上減輕用電緊張的問題，為我國經(jīng)濟發(fā)展 貢獻一份力量。 節(jié)約電力資源，降低成本：采用智能照明控制系統(tǒng)，能降低照明設備的電力消耗，節(jié)約電能，減少學校電費開支，降低運營成本。 本論文的主要研究內(nèi)容 本論文在分析智能照明控制系統(tǒng) 的發(fā)展背景和 目前國內(nèi)幾種常見的照明控制系統(tǒng) 基礎之上，提出了應用于大學教學樓的智能照明控制系統(tǒng)設計方案，并且設計了上位機控制系統(tǒng)方便管理，和現(xiàn)場控制的無線模塊并且將無線模塊 事先進行場景化 。論文共分為五個章節(jié)來闡述智能照明控制系統(tǒng)的詳細設計方案，具體內(nèi)容如下： 第 1 章 主要研究了智能照明 的發(fā)展背景，和現(xiàn)在主要的幾種照明控制系統(tǒng)。 第 2 章 首先，簡述一下整個智能照明控制系統(tǒng)的結構框架和總體的設計思路，然后，再具體地分析上課教室、自習教室、走廊與洗手間的設計框架與設計思路。 第 3 章 圍繞第二章所需要實現(xiàn)的功能 對照明控制系統(tǒng)進行硬件的設計與布局，包括聲控模塊、無線模塊、現(xiàn)場調(diào)光模塊，重點是研究光照度傳感器和人體感應器的西南科技大學本科生畢業(yè)論文 4 設計與布局。包括上位機各個按鈕所要實現(xiàn)功能的程序編寫、 光照度傳 感器和人體感應傳感器相互配合的使用的程序編寫、無線場景化接受模塊與發(fā)射模塊的程序編寫，還有遠程 集成控制的實現(xiàn)。并總結全文的研究工作和在系統(tǒng)設計中的經(jīng)驗，指出系統(tǒng)還需要完善的部分。充分地利用自然光找到自然光與燈具開啟的最佳平衡狀態(tài)能夠減少能源的損耗并且也保證了采光質(zhì)量不會受到影響。因此要設計一種兼顧了個別燈具的單獨調(diào)光功能也要實現(xiàn)集中的調(diào)光與場景化。智能照明控制系統(tǒng)整體系統(tǒng)結構圖如圖 21。以太網(wǎng)絡使用 CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測）技術，并以 10M/S 的速率運行在多種西南科技大學本科生畢業(yè)論文 6 類型的電纜上 。 所以很難得到在其他大領域的應用。10GE 只在光纖上工作，并只能在全雙工模式下操作，這意味著不必使用沖突探測協(xié)議，因此它本身沒有距離限制 ,使局域網(wǎng)的傳輸距離最大達到 了 40KM，使得以太網(wǎng)的更大的應用空間。 從教學樓的整體出發(fā) ,同時也可以依據(jù)教室用途及教學樓的整體環(huán)境 ,比如 :可以根據(jù)教學樓里正常上課 、 自習 、 集中考試和假期等不同階段 ,對所有的照明燈具采取綜合調(diào)控 ,實現(xiàn)較好的照明控制和節(jié)能效果 。 利用 CAN 總線將各個智能照明控制模塊連接 各個樓層的控制模塊如： 電源模塊、 CPU 模塊、調(diào)光驅(qū)動模塊、和信號檢測模塊 都 采用 CAN 總線方式連接， CAN 總線是 ISO 國際標準化的串行通信協(xié)議。 CAN 總線能夠以較低的成本、較高的實時處理能力在強電磁干擾環(huán)境下工作，已成為工業(yè)數(shù)據(jù)通信的主流技術之一 [11]。 （ 2）將 CAN 總線上的節(jié)點信息，按對實時性要求的緊急程度，分成不同的優(yōu)先級，最高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)可在最多 134181。 （ 3）采用載波監(jiān)聽多路訪問、逐位仲裁的非破壞性總線仲裁技術。 （ 5）設有出錯檢測、標定和自檢的強力措施，數(shù)據(jù)出錯率低。 電源模塊主要給 CPU模塊和 CAN總線功能模塊供電，該模塊的輸 入電源是市電AC220V，輸 出電源為 DC24V。與上位機連 接通過 10M/100Mbps以太網(wǎng)。本模塊可以跟其他不 同廠商采用 CANopen協(xié)議的 I/O模塊通訊。它還可以直接通過面板上的按鍵來控制繼電器的輸出狀態(tài)和模擬量的輸 出 ,需軟件支持。 XI308為建筑照明控 制系統(tǒng)中的綜合檢測模塊，作為控制 系統(tǒng)的組成單元。 可聯(lián)動消防火災 報警系統(tǒng)，通過消防報警系統(tǒng)所提供的無源干接點區(qū)域信號，切換照明系統(tǒng)。但是上課教室還是有要進行改進與設計的地方。當上課人數(shù)比較多時就要求教室中的燈具全部打開并根據(jù)實際自然光的光照度增加或降低燈具的亮度。當上完課后需要最簡便地將所有燈都熄滅。 手持遙控器 發(fā)射 315MHz頻段 的無線信號與無線接收模塊通信，在不同的按鍵下編寫不同的功能， 可以通過遙控器按鍵實現(xiàn)照明控制系統(tǒng)的開關、調(diào)光及情景控制。 下圖 22是無線控制面板和 教室中燈 的 排放情況 。 針對上述問題，作出了如下的分析與方案設計： 1. 為了盡最大的可能性利用自然光的照明時間，減少開燈的時間和杜絕白天開燈的情況，采用光照度傳感器來確定什么時候開燈，并且同時確定使之達到什么樣的亮度。 2. 為了杜絕 高校中出現(xiàn)的 “長明燈”和“無人亮燈”等現(xiàn)象，減少因未能及時關燈所帶來的電能損耗，采用人體感應來確定教室中有沒有人。實現(xiàn)“人來燈開，人走燈滅”的智能控制方式。當光照度不足時并不會立即打開燈，只有人體感應器檢測到了對應的燈下有人了之后才打開相應的燈，并根據(jù)光照度傳感器的具體數(shù)據(jù)來最終確定所打開燈的亮度是多少。自習室智能照明控制系統(tǒng)流程圖西南科技大學本科生畢業(yè)論文 9 如下圖 23所示 。 走廊與洗手間系統(tǒng)設計方案 走廊和洗手間具有人員出現(xiàn)時間的不確定性和所需要提供的照明時間短等特點不適合將燈一直打開，在光照度不足的情況之下并且有人經(jīng)過或者進入才將燈打開并且 在人員離開后自動再將燈關閉。工作流程圖如圖 24所示： 開 始數(shù) 據(jù) 采 集是 否 有 人是 否 低 光 照 度打 開 燈 并 進 行 程 序延 時NNYY 圖 24 走廊與洗手間 智能照明控制系統(tǒng)流程圖 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 10 上位機監(jiān)控面板 設計 上位機采用 PC機 ,利用 PC機的 10/100M通訊接口， Modbus/TCP協(xié)議 ,實現(xiàn)與教室照明控制器的通訊 。其系統(tǒng)軟件由 VisualBasic語言開發(fā) ,后臺連接 Access數(shù)據(jù)庫來存儲和管理數(shù)據(jù) 。 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 11 第 3 章 智能照明控制系統(tǒng)的硬件設計 數(shù)據(jù)采集模塊的設計 為了對教室中的燈進行智能照明控制， 必須借助傳感器來檢測使用環(huán)境中的光照強度和室內(nèi)占用情況等參數(shù) ,來確定燈具的開關時刻及開關位置 ,以便在節(jié)能的同時 ,為使用者提供較好的視覺舒適度 。 室內(nèi)光照度采集 1. 光照度探測研究 （ 1） 光源在單位時間內(nèi)向周圍空間輻射出去的，并能使人眼產(chǎn)生光感的能量，稱為光通量，以符號 φ表示，單位為 lm（流明）。人們比較幾種波長不同而輻射能量相同的光時，會感到黃綠光最亮，而波長較長的紅光與波長較短的紫光都暗的多，因此不能直接以光源的輻射功率來衡量光能量，而要采用以人眼 對光的感覺量為基準的基本量 — 光通量來衡量。 表 31 常用燈源的光通量 光源種類 光通量 /lm 光源種類 光通量 /lm 太陽 1028 熒光燈 20W 1200 月亮 81016 熒光燈 40W 3300 蠟燭 熒光燈 100W 9000 鹵鎢燈 500 10500 汞燈 250 10500 鈉燈 60W 5000 汞燈 400W 21500 白熾燈 100W 15700 汞燈 700W 39500 白熾燈 1000W 21000 熒光汞燈 400W 21000 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 12 （ 2） 光照度是指物體表面被照明的程度 。 光通量的數(shù)量越大 ,即表示該發(fā)光體所發(fā)出的可見光就越強 。 照度為照射到表面一點處的面元上的光通量除以該面元的面積 。單位為勒克斯 (流明 /單位面積 ),符號為lx,1lx=1lm/m2 。 1lx相當于 1m2被照面上接收到的光通量為 1lm照度。在冬季的晴天，地面照度約為 2020lx。對于不同的工作場所，根據(jù)工作特點和保護 視力的要求，國家規(guī)定了相應的照度值。 表 32 學校建筑照明的照度標準 房間或場所 參考平面及其高度 照度標準值（ Lx） UGR Ra 教室 課桌面 300 19 80 實驗室 實驗桌面 300 19 80 美術室 桌面 500 19 80 多媒體教室 水平面 300 19 80 教室黑板 黑板面 500 80 照度標準值表中的 UGR為統(tǒng)一眩光值評價， Ra為顯色指數(shù)。 2 .光照度傳感器的選擇 為了探測 室外的光照度來確定天是否黑暗要用到光照度傳感器。光照度傳感器按其工作原理通常分為三類： 一是外光電效應元件 , 此類光電轉(zhuǎn)換元件有光電管、光電倍增管等。三是光生伏特效應元件 , 此類光電轉(zhuǎn)換元件有光電池、光電晶體管等 。 因為 本課題 是要探測 室外的光照度所以選用室外型的光照度傳感器。室外型 LC1112傳感器外形如圖 31所示： 圖 31 室外型 LC1112光照度傳感器 室外型 LC1112傳感器 的技術指標如表 33所示 。020,000Lux?？蛇x 6 測量精度 177。 這種布局方法雖然可以近距離的探測到室內(nèi)照度的變化 ,但 因為光照度傳感器接收的不僅是自然光照 ,也包括室內(nèi)照明燈具自身的光線 ,所以探測到的是自然光和人工光的混合光 。 如此反復 ,造成室內(nèi)的燈具的忽亮忽暗 ,不僅影響室內(nèi)人員的正?；顒?,而且降低了合理利用自然光實現(xiàn)節(jié)能的效果 。根據(jù)教學樓的實際情況可知，每個自習教室只有一邊有窗口，所以自然采光都是通過此面的窗戶采光。因此，將室外光照度傳感器安裝在窗戶的上邊沿并且無遮擋物，這樣就避免了上面室內(nèi)傳感器所遇到的問題。比如，通過實驗得知在窗外的傳感器光照度為 200Lux時，測得室內(nèi)的實際光照度為 170Lux,這樣我們就大致的了解到了室外與室內(nèi)的差距，這樣在室外采得 200Lux時軟件上控制燈亮度時按 170Lux來處理 [910]。 光 照 度 傳 感 器光 照 度 傳 感 器光 照 度 傳 感 器光 照 度 傳 感 器 圖 32 室外型光照度傳感器的安裝布局 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 15 室內(nèi)人體感應 室內(nèi) 占用情況是決定 照明燈具的開關及位置的重要依據(jù) ，即需要檢測一個房間內(nèi)的被占用情況 。所以需要用人體感應器來確定室內(nèi)的占用情況。m 的紅外線通過菲涅爾濾光片增強后聚集在紅外感應源上，紅外感應元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電平衡，向外釋放電荷，并經(jīng)由后續(xù)電路檢測處理后產(chǎn)生探測信號 。根據(jù) 普朗克定律，黑色的單色輻射強度 W? 隨波長 λ 和熱力學溫度 T而變化的關系式為： 2 /51= CTW C e ?? ? ? （ ） 1（ 1 ） (31) 其中：