【正文】 型節(jié)能方案。 國內(nèi)外智能照明發(fā)展概況“智能建筑”是綜合計算機、信息通信等方面最先進的技術(shù)，使建筑物內(nèi)的電力、空調(diào)、照明、防災、防盜、運輸設(shè)備等，實現(xiàn)建筑物綜合管理自動化、遠程通信和辦公自動化的有效運作，并使這三種功能結(jié)合起來的建筑。正如英國的Glasgow市報指出：“Glasgow正在成為一個研究和發(fā)展太空時代智能建筑的國際組織的神經(jīng)中樞?！泵鎸@一發(fā)展趨勢，開發(fā)了不少智能照明設(shè)計，如智能燈具、智能照明控制與管理系統(tǒng)，包括在照明方面的計算機硬件和軟件。澳大利亞邦奇開發(fā)的Dynalie智能照明控制系統(tǒng)，美國的智能照明建筑，特別是現(xiàn)代化辦公室的智能照明技術(shù)等都值得我們研究與借鑒。智能照明控制系統(tǒng)于手動照明控制系統(tǒng)相比有很多優(yōu)點，包括創(chuàng)造環(huán)境氣氛，改善工作環(huán)境、提高工作效率，良好的節(jié)能效果，延長光源壽命，管理維護方便等。輸入裝置可以不斷檢測周圍環(huán)境的照度水平，可以探測到某個區(qū)域是否有人移動，以及輸入人們的控制指令，并把相應的信號傳送給處理器。處理器接受輸入裝置的信號，經(jīng)過信息處理、判斷、分析，輸出控制信號。 現(xiàn)有智能照明控制系統(tǒng)的分析澳大利亞邦奇開發(fā)的Dynalite分布式智能照明控制系統(tǒng)的特點是模塊化結(jié)構(gòu)和分布式控制，各功能模塊之間通過網(wǎng)絡總線直接相互通信，當系統(tǒng)中某個模塊出現(xiàn)故障時不會影響其它模塊，可靠性高。D智能照明控制系統(tǒng)是一套由計算機微處理器控制的低壓繼電器配電盤組成，按照客戶對室內(nèi)外照明的具體要求，設(shè)定照明控制的時間、區(qū)域、方法來控制每一個獨立的回路，也有手動開關(guān)直接控制。但是，國內(nèi)外智能照明系統(tǒng)的研究存在著如下問題：（1）現(xiàn)有國外智能照明系統(tǒng)主要控制照度這個數(shù)量指標，國外的研究主要集中于辦公室照明，以節(jié)能為主要目的，但據(jù)照明科技最新研究成果表明，非定量指標（如舒適性和藝術(shù)性等）對室內(nèi)照明光環(huán)境質(zhì)量影響更大。（3）針對住宅照明光環(huán)境研制的智能照明控制系統(tǒng)產(chǎn)品很少，還有很大的開發(fā)前景。硬件設(shè)計部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進行調(diào)試、測試，以達到設(shè)計要求。硬件電路的設(shè)計最重要的選擇用于控制的單片機，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計的系統(tǒng)既經(jīng)濟又高性能。軟件設(shè)計部分，首先在總體設(shè)計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計，擬定詳細的工作計劃；然后進行具體設(shè)計，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進行代碼設(shè)計等；最后是對軟件進行調(diào)試、測試，達到所需功能要求。 系統(tǒng)設(shè)計思路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：（1）上位機系統(tǒng)；（2）下位機系統(tǒng)；（3）通信系統(tǒng)。 通信系統(tǒng)該多機通信系統(tǒng)采用RS485半雙工主從式通信系統(tǒng)，主機可以發(fā)送數(shù)據(jù)或命令到從機，從機主要負責對分布的照明燈具進行控制，用中斷的方式接收主機發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)并做出回應。主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖12所示。圖12 主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)框圖 下位機系統(tǒng)分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖13所示。這些程序是系統(tǒng)的靈魂，是負責完成硬件電路實現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維護系統(tǒng)正常工作的工具。做到光線暗時開燈，雨天陰天時開燈，無人時關(guān)燈，光線亮時關(guān)燈，晴天時關(guān)燈，休息時間關(guān)燈。根據(jù)上述要求，可以畫出控制系統(tǒng)邏輯功能表，如表11所示。則表11可以轉(zhuǎn)化為表12。B圖21 系統(tǒng)硬件總述圖 CPU性能介紹本系統(tǒng)采用了ATMEL公司MCS51系列單片機中的AT89C51芯片，它是低壓高性能CMOS 8位微處理器，帶有4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個I／O口線，兩個16位定時／計數(shù)器，—個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口。主控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由鍵盤、數(shù)碼顯示及驅(qū)動電路、晶振、看門狗電路、通信接口電路等幾部分組成。圖22 主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖 鍵盤的接口設(shè)計鍵盤的結(jié)構(gòu)形式有兩種，即獨立式按鍵和矩陣式鍵盤。該形式的鍵盤，每個按鍵開關(guān)位于行列的交叉處，采用逐行掃描的方法識別鍵碼。每當按下一個鍵時，對應的行線與列線就會連通，這樣單片機就能檢測出信號，并通過鍵盤掃描程序?qū)︽I盤進行掃描，以識別被按鍵的行、列位置?！?，經(jīng)7447芯片后，翻譯成7段數(shù)碼管a、b、c、d、e、f、g相應的段，并輸出點亮數(shù)碼管相應的段。4個7段數(shù)碼管都被接成共陽極方式。MR與WDO經(jīng)過一個二極管連接起來，RESET接單片機的復位輸入腳RESET，MR經(jīng)過一個復位按鈕接地。 （2）對+5V電源進行監(jiān)視：當+5V電源正常時，RESET為低電平，單片機正常工作；當+5V電源電壓降至+，RESET輸出高電平，對單片機進行復位。（4）手動復位：如果需要對系統(tǒng)進行手動復位，只要按下手動復位按鈕，就能對系統(tǒng)進行有效的復位。圖23 分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖 RS485通信電路的設(shè)計在各種分布式集散控制系統(tǒng)中，往往采用一臺單片機作為主機，多個單片機作為從機，主機控制整個系統(tǒng)的運行；從機采集信號，實現(xiàn)現(xiàn)場控制；主機和從機之間通過總線相連，如圖24所示。主機RXD TXDRXD TXD從機1RXD TXDRXD TXD從機n……圖24 單片機多機通信連線圖本系統(tǒng)的有線通信方式采用RS485總線進行通信，RS485標準支持半雙工通信，只需三根線就可以進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，同時具有抑制共模干擾的能力，接收靈敏度可達177。在這里使用的是主從式通信方式，主機由主控制器充當，從機為分控制器。主機與從機的通信電路圖分別如圖25與圖26所示。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平的功能。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的RXD和TXD相連即可；RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當RE端為邏輯0時，器件處于接收狀態(tài)；當DE端為邏輯1時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為MAX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可，；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號端,當A引腳的電平高于B時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當A的電平低于B端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。同時將A和B端之間加匹配電阻，這里選用120Ω的電阻。使從機串行口處于偵聽狀態(tài)。 光信號取樣電路光信號取樣電路如圖27所示，圖中主要由光信號采集電路和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換是電路的核心。A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)應根據(jù)信號的測量范圍和精度來選擇，使其有足夠的數(shù)據(jù)長度，保證最大量化誤差在設(shè)計要求的精度范圍內(nèi)。在本次設(shè)計中選用了帶串行控制的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC1549，它是由德州儀器（Texas Instruments簡寫為TI）公司生產(chǎn)的，它采用CMOS工藝，具有自動采樣和保持，采用差分基準電壓高阻抗輸入，抗干擾性能好，可按比例量程校準轉(zhuǎn)換范圍，總不可調(diào)整誤差達到(177。同時它采用了Microwire串行接口方式，故引腳少，接口方便靈活。圖27 光信號取樣電路 Microwire串行總線性能介紹Microwire總線是美國國家半導體（NS）公司推出的三線同步串行總線。原始的Microwire總線上只能連接一片單片機作為主機，總線上的其它設(shè)備都是從機。為了區(qū)別于原有的Microwire總線，稱這種新產(chǎn)品為增強型的Microwire／PLUS總線。要改變一個系統(tǒng)，只需改變連接到總線上的單片機及外圍器件的數(shù)量和型號。圖 28 Microwire總線系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu) TLC1549的接口設(shè)計29 TLC1549引腳及與A/D接口電路TLC1549采用了Microwire串行接口方式，其接口時序如圖29所示，在芯片選擇（CS）無效情況下，I/O CLOCK最初被禁止且DATA OUT處于高阻狀態(tài)。串行接口然后把I/O CLOCK序列提供給I/O CLOCK并從DATA OUT接收前次轉(zhuǎn)換結(jié)果。開始10個I/O 時鐘提供采樣模擬輸入的控制時序。10位數(shù)據(jù)通過DATA OUT 被發(fā)送到主機串行接口。如果I/O CLOCK 傳送大于10個時鐘長度，那么在的10個時鐘的下降沿，內(nèi)部邏輯把DATA OUT拉至低電平以確保其余位的值為零。由于可能破壞輸出數(shù)據(jù)，所以在接近轉(zhuǎn)換完成時要小心防止CS被拉至低電平。圖210 TLC1549方式1時序圖 TCL1549的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計/* AetAD()TLC1549數(shù)據(jù)采集*/sbit ADCLK=P1^0。sbit ADCS=P1^2。uint vol。w=PickCount。vol=0。//開啟控制電路，使能DATA OUT和I/O CLOCKfor(i=1。i++)//采集10位串行數(shù)據(jù){//給一個脈沖ADCLK=1。if(ADOUT)vol|=0x01。}ADCS=1。//兩次轉(zhuǎn)換間隔大于21usP0=0xff。 人體紅外探頭熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。實際使用時,在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡,這樣可大大提高接收靈敏度,增加檢測距離及范圍。而配上菲涅爾透鏡后,其檢測距離可增加到10 m 以上 熱釋紅外傳感器熱釋電人體紅外線傳感器是上世紀80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件，現(xiàn)在已得到越來越廣泛的應用，從原理上分析，它主要有主動式和被動式兩類。熱釋電紅外傳感器（以下簡稱：傳感器）由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。 （1）敏感單元當傳感器沒有檢測到人體輻射出的紅外線信號時，由于PP2自身產(chǎn)生極化，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反、電量相等的正、負電荷，而這兩個電容的極性是相反串聯(lián)的，所以，正、負電荷相互抵消，回路中無電流，傳感器無輸出。傳感器仍然沒有信號輸出。從原理上講，任何發(fā)熱體都會產(chǎn)生紅外線，熱釋電人體紅外線傳感器對紅外線的敏感程度主要表現(xiàn)在傳感器敏感單元的溫度所發(fā)生的變化，而溫度的變化導致電信號的產(chǎn)生。所以，傳感器對人體的移動或運動敏感，對靜止或移動很緩慢的人體不敏感；它可以抗可見光和大部分紅外線的干擾。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，通常在傳感器上加裝了一塊干涉濾光窗。例如，SCA021對 ~14um波長的紅外線的穿透量為70%，%，%；P2288的響應波長為 6~14um，中心波長為10um。人體的正常體溫為 36~℃，即309~，其輻射的最強的紅外線的波長為λm=2989/（309~）=~。所以，濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過，而最大限度地阻止陽 光、燈光等可見光中的紅外線的通過，以免引起干擾。 當人進入感應范圍，人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠距離A區(qū)或中距離B區(qū)或近距離C區(qū)的某個段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個適當?shù)慕咕?，紅外光正好被探頭接收，探頭將光信號變成電信號送入電子電路驅(qū)動負載工作。鏡片主要有三種顏色，一、聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易變形。三、黑色用于防強光干擾。每一種鏡片有一型號（以年號+系列號命名），鏡片主要參數(shù)：一、外觀描述——外觀形狀（長、方、圓）、尺寸（直徑）。二、探測范圍——指鏡片能探測的有效距離（米）和角度。長形和方形鏡片要呈弧形以焦距為單位對準探頭窗口。圖214 信號產(chǎn)生輸出示意圖靜態(tài)情況下空間存在紅外光線，由于雙源式探頭采用互補技術(shù)，不會產(chǎn)生電信號輸出。當人對著探頭呈垂直狀態(tài)運動，Sa=Sb不產(chǎn)生差值，雙源很難產(chǎn)生信號輸出。由于熱釋電傳感器輸出的信號變化緩慢、幅值小(小于1 mV) ,不能直接作為照明系統(tǒng)的控制信號,因此傳感器的輸出信號必須經(jīng)過一個專門的信號處理電路,使得傳感器輸出信號的不規(guī)則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機處理的數(shù)字信號。215 熱釋電檢測電路組成框圖 信號處理電路本設(shè)計采用BIS0001 來完成對熱釋電傳感器輸出信號的處理。由BIS0001 構(gòu)成的信號處理電路如圖4所示。實驗所得,當傳感器檢測室內(nèi)有人時,Vo 4 V 。BIS0001 的1 腳接高電平,使芯片處于可重復觸發(fā)工作方式。觸發(fā)封鎖時間Ti 由外部R9 和C6 的大小調(diào)整。比較電路中的基準電壓分別由兩個獨立的分壓電路得到，供電路比較所用。當被動紅外探頭在有效范圍內(nèi)感應到人體信號后，運算放大器的“2腳”或“5腳”；當被動紅外探頭在有效范圍內(nèi)沒有感應人體紅外信號時，“2腳”或“5腳”。 “1腳”，“2腳”，“6腳”，“5腳”的電壓與“2腳”的電壓保持一致。（由于故障或沒有安裝探頭）“1腳”，“2腳”的電壓為0V，“6腳”，“5腳”的電壓為0V。具體的比較結(jié)果如下表21所示。 DS12887時鐘芯片接口電路設(shè)計本次系統(tǒng)設(shè)計中，燈光設(shè)計有以時間作為基準信號，故采用了DALLAS公司的DS12887芯片。采用DS12887芯片設(shè)計的時鐘電路無需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機接口。圖218 DS12887芯片管腳圖 DS12887的原理及管腳說明圖218 顯示了DS12887管腳排列圖，并分別說明管腳功能：VCC：直流電源+5V電壓。MOT(模式選擇)：MOT管腳接到VCC時，選擇MOTOROLA時序，當接到AFND時，選擇INTEL時序。AD0～AD7(雙向地址/數(shù)據(jù)復用線)：總線接口，可與MOTOROLA微機系列和INTEL微機系列接口。DS(數(shù)據(jù)選通或讀輸入)：DS/RD客腳有兩種操作模式，取決于MOT管腳的電平，當使用MOTOROLA時序時，DS是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數(shù)據(jù)選通；在讀周期，DS指示DS12887驅(qū)動雙向總的時刻，在寫周期，DS的后沿使DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。R/W(讀/寫輸入)：R/W管腳也有兩種操作模式。在此模式下，R/W管腳與通用R