教室照明智能管理系统

2013第九届“博创杯”全国大学生嵌入式设计大赛

作品设计报告

教室照明智能管理系统

Classroom lighting intelligent management system

设

计

报

告

参赛学校：西安培华学院

作者：吴生旺罗奇

指导教师：蔡传波

摘要

当前，随着经济的飞速发展，能源短缺问题日益突出，成为一个国家经济发展的障碍。作为工业生产和人民生活不可或缺的电力能源更是如此。尤其现今越来越提倡低碳生活，节约能源已经成为一种全球共识，而作为培养社会精英的高校更应该起到榜样的作用。但是，在校园内，教室空无一人灯火通明现象屡见不鲜，这不仅造成了严重的资源浪费，也对高校的形象造成了很坏的影响。因此，开发简便、节能、实用的教室灯光智能控制系统具有重要的现实意义。

本文介绍的教室智能灯光控制系统主要是以RS485总线为基础，自定义的通信协议相结合的方式，搭建了一套了较为完善的集灯光智能控制与远程管理功能为一体的系统。

首先，本文结合灯光智能控制控制系统的特点，提出了四种组网方式，权衡这四种组网方式，提出了以RS485总线为教室控制网络，以基于FPGA综合实训平台的EP2C35芯片的开发箱为教室智能控制主机，采用集中管理、节点自动控制的方式对教室灯光进行控制。

其次，本文介绍了教室灯光智能控制系统中使用的电路模块及实现的功能、简单介绍了搭建的硬件框架及主要组成部分，以及由STC单片机组成的教室设备节点最小系统，同时简介了最小系统的统一接口外挂传感器模块、通信接收模块、控制模块等，与主机相组成为一套完整的控制系统。

再次，本文设计了一套采用热释电传感器检测人体信息和光照传感器采集外部环境的光照的系统，并通过微控制器及软件编程的技术实现灯光系统的控制。系统通过对人体的信号和环境光信号的识别和智能判断，作为教室合理开灯的条件，完成对教室照明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。

最后，通过主机上的显示器模块对每个教室节点的状态进行查询，通过通信协议对每个节点传输查询命令，教室节点便把该教室的灯光状态发送到主控制室，便于管理人员进行教室的管理。

本文设计的教室灯光智能管理系统解决了传统开关照明系统结构功能单一，只能人为化控制无法实现自动化等对象缺点。同时充分利用了自然光照，减少了能源过度的浪费。

关键字：智能控制系统、RS485总线、通信协议、灯光管理、传感器

Abstract

Nowadays, with the rapid economic development, energy shortages have become increasingly prominent, become a national economic development obstacles. As an integral part of industrial production and people's life energy to power even more so. Especially in today's increasingly promote low carbon living, energy conservation has become a global consensus, but as a culture of social elite universities should play a role model. However, in the campus, classrooms empty lights are common occurrences, which not only caused a serious waste of resources, but also on the university's image caused a very bad influence. Therefore, the development of simple, energy-saving, practical classroom lighting intelligent control system has important practical significance.

Firstly, combined with intelligent control lighting control system, this paper proposes four networking, networking weigh these four put forward by the RS485 bus control network for the classroom, based on comprehensive training platform EP2C35 FPGA chip development intelligent control box for the classroom host, centralized management, automatic node in a controlled manner to control the classroom lights.

Secondly, this paper introduces the classroom lighting intelligent control system used in the circuit module and achieve the function, a brief introduction to the framework and the main structures of the hardware components, as well as the composition of the classroom by the STC microcontroller minimum system device nodes, while the smallest system Introduction unified interface to external sensor module, the communication receiver module, control module, and the host phase consisting of a complete control system.

Again, the article has designed a pyroelectric sensor and light sensor detect human information collected in the external environment illumination system and programmed by the microcontroller and software technology to achieve lighting system control. System through the body's signals and ambient light signal recognition and intelligent judgment, as a classroom lights reasonable conditions, the completion of classroom lighting intelligent control loop to avoid wasting a lot of electricity in the classroom.

Finally, the display module on the host status of the nodes in each classroom query, via a communication protocol for each node transmits query command, put the classroom classroom node status is sent to the main control room lighting, ease of management personnel of the classroom management.

This design of classroom lighting intelligent management system to solve the traditional function of a single switch lighting system structure can only be contrived control objects such shortcomings can not be automated. Taking full advantage of the natural light, reducing the excessive energy waste.

Keywords:Intelligent Control System, RS485 bus, Communication Protocol，Lighting Management,Sensor

目录

摘要----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 Abstract -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 目录 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3 第1章绪论 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 4

1.1 教室照明智能管理系统的概述 ------------------------------------------------------------------ 4

1.2 教室照明系统的现状与发展 --------------------------------------------------------------------- 5 第2章系统方案------------------------------------------------------------------------------------------------ 6

2.1 教室照明智能控制网络的选择 ------------------------------------------------------------------ 6

2.2 教室节点的控制方案 -------------------------------------------------------------------------------- 8

2.3 教室照明智能管理系统总体方案阐述--------------------------------------------------------- 8 第3章功能与控制模块 -------------------------------------------------------------------------------------- 9

3.1 教室灯光智能控制系统功能概述 ---------------------------------------------------------------- 9

3.2 单元模块的选择及原理图------------------------------------------------------------------------- 10 第4章硬件结构----------------------------------------------------------------------------------------------- 14

4.1 硬件结构概述 ---------------------------------------------------------------------------------------- 14

4.2通信网络架构 ----------------------------------------------------------------------------------------- 15

4.3节点单片机子系统 ----------------------------------------------------------------------------------- 17 第5章软件系统 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 18

5.1 软件系统设计--------------------------------------------------------------------------------------- 18

5.2 信号采集设计--------------------------------------------------------------------------------------- 20 第六章总结 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 21 参考文献： -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 22 程序 ---------------------------------------------------------------------------------------- 错误！未定义书签。

第1章绪论

随着社会经济和科学技术的发展，能源损耗的问题日益突出．我国教室甚至是公司企业等室内公共场所灯光的智能控制相对缺乏和不完善，大多数是传统式的人工管理，造成很多不必要电能浪费和经济损失，这种浪费与当今的节能理念相违背。此外，随着计算机技术的普及和自动化程度不断提高，自动控制灯光的措施还是非常有必要实施的。

为了尽最大的可能节约资源，减少不必要的资源浪费，本文设计了一套可以有效的实现教室灯光的智能控制。其输入参数主要是人体存在信号和环境光强度信号等外界因素。环境光的强度达到一定值时不开灯，环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，实验证明这种方案可以实现对教室灯光进行智能控制。

1.1 教室照明智能管理系统的概述

当今许多教室采用比较传统的照明系统：在主电源经过一个配电箱分出多个支路，这些支路再分别向灯具供电，然后再通过串接在照明中的单双极开关来通断供电线路，所以该控制系统只能通过开关来控制灯具，无法实现比较人性化、多功能化的系统管理。如在国内外有些灯光控制系统采用声控形式但是其没有经过单片机等芯片的处理使用仍是将采集信号处理后传递给逻辑电路来进行灯光控制，假使外界条件恶劣如有噪声等仍会造成电能的浪费，而且逻辑电路只能实现较少功能，综合而言，整个系统虽然简单但是功能不全，而且无法人性化控制。现代自动化程度不断提高，计算机技术不断普及应用，教室灯光系统也应朝着更人性化智能化得方向发展。

照明智能管理系统是一种可以自动对周围环境的信号进行采集和判断，然后经过微处理器进行对信号的分析和处理，从而使灯光的状态作出适应性的变化。与传统的普通开关照明相比，智能灯光照明系统将有助于提高照明控制的智能化程度，使整个照明系统呈现全自动状态；减轻电能消耗，具有良好的节电效果；改善室内工作环境，提高室内人员工作效率；提高照明系统管理水平，大大减少大楼运行、维护和管理费用。这将使得照明智能管理系统更加适用于楼宇的照明。

教室照明智能控制可以分为信号采集部分、信号处理部分、串口通信三大部分：信号采集部分，通过传感器元件对周围光照、人员等信号进行采集，是控制教室内灯光状态的条件因素；信号处理部分，是对传感器采集到的信息进行辨别和处理，将收集到的环境信号转化为电信号；串口通信，由于教室节点之间不能相互进行通信，只能与主控制室进行通信，因此选择一种可靠的通信方式至关重要。

系统网络结构一般采用集中式和分散式两种控制方式：集中式控制管理网络主要是星型拓扑结构，系统中由一个位于网络中心的中央总控制器实现对照明系统的检测与控制策略的实施，各照明节点的控制和数据处理都要由总控制器来完成；分散式网络，所有的子系统都挂接在总线上，各子系统通过通信协议进行信

息通讯。各子系统可以独立完成照明控制。如果子系统发生故障，其影响性只局限在局部范围，不会扩散到整个系统。

在教室照明智能管理系统的设计中，我们要考虑到以下几个特点：

（1）低成本：大量的灯具和传感器终端节点是教室控制网络中控制的主要对象，这种较大规模的网络需要一个低成本的节点组网技术。

（2）最低能耗：教室照明智能管理系统是一种能够根据环境的变化进行自我的调节的系统，确定一个最低能耗的工作点显得非常重要。

（3）可维护性：能够在系统主框架不做改动的情况下进行维护和更新，加入新的电子设备。

（4）简单实用：教室照明智能控制系统的的电路一般都比较繁琐，怎么才能使之简单、实用是个重点，分散式网络系统解决了这一难题。

1.2 教室照明系统的现状与发展

据国家建设部的统计，全国照明用电量大约占发电总量的10％～12％。对照明场所较多、照明时间较长的如高等学校这样的单位，据测算，其照明用电占学校用电总量的40％左右。然而，目前我国大部分高校都依赖人工进行教室灯光的管理，常出现教室空无一人却灯火辉煌，只有两三个人却开几十盏灯，或者白天光线足够强却依然开灯。管理员因教室数量巨大而无法及时对所有的教室都实施有效的控制，经常出现无人时教室开灯，光线充足时也开灯，这就造成了不必要的电能浪费和经济损失。

现代照明除了要满足人的基本生活、学习要求之外，将更注重能量的节省和使用上的便利，以及满足人类工程学的个性方面的要求。特别是近年来大厦内利用计算机工作的人员比例上升，不同视觉要求的工作的数量和复杂程度大大增加。所以，要做到合理、经济、节能，首先应采用先进成熟的技术和产品，如电光源、灯具、照明控制设备等，另外，还要选择合适的照明方式和照明控制系统。因此，适应不同个人和工作需要，结合自动调节与手动调节的的智能化照明系统已经成为必不可少了。

而目前常见的智能照明系统也只是主要应用于办公领域、家居领域、公共设施领域。而在这些领域内，照明控制系统采用声控形式，其控制形式是将采集到的声音信号处理后传递给逻辑电路来进行灯光控制，假使外界条件恶劣，如有噪声等仍会造成电能的浪费，逻辑电路只能实现较少功能，一般仅适应走廊或门厅使用，比较成熟点的照明智能控制系统主要是运用在比较大型的酒店。为了体现酒店的高品位及自身形象，传统的硬线控制不能满足节能性、智能性、便捷性、可扩展性的需求，目前酒店的智能照明控制系统已经具备了多样化、组合化、数字化等特点。

目前，比较流行的智能照明控制方式按照技术可划分为三类。

（1）基于多线型的控制方式

多线型智能照明控制系统由两级网络组成，上级网是基于以太网的内部局域网，主要包括系统主机、区域智能控制器及相应工作站，子网是由上位机(楼层通讯工作站)和下位机(区域智能控制器)组成的RS一485总线网络。区域智能控制网络通常可以由调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、编程插口、时钟管理器、手持式编程器和中央控制单元组成，将上述各种具备独

立功能的模块用独立的通讯线与中央控制单元点到点的连接，组成一个区域型的控制网络。

（2）基于总线型的控制方式

总线型智能照明控制系统与多线型在控制原理上十分相似，但是由统一的网络组成，结构简单，主要包括系统主机、智能控制器及智能终端模块，智能控制器及智能终端模块分布于现场，在网络中都对应着唯一的地址，通过一根总线电缆可以与系统内的任一设备进行通讯。

（3）基于IP技术的控制方式

IP技术智能照明控制系统是目前市场上技术最先进的控制方式，其控制原理与总线型系统相似，但它已经突破了智能控制网络的界限，直接将照明系统纳入到以太网络或是Internet网络中去，利用TCMP协议为系统中的每一个控制节点甚至是网络灯具都分配了全球唯一的IP地址，由于有了双向高速的传输特性，可以实时远程监控、设置系统所有设备的安全工作情况，系统可在网内多个信息终端实时预警系统故障。

第2章系统方案

2.1 教室照明智能控制网络的选择

在照明智能控制系统中，教学楼子网的构建是重中之重。教室网络的选择一般有以下两个基本原则：一是教室节点的性能要求，如数据传输速率、可靠性、接入速度等；另一个就是能否满足设计的功能需求。一般系统网络结构采用集中式和分散式两种控制方式，集中式系统是把所有的功能都集成到主服务器上,这样对服务器要求很高,性能也不好,优点是便于维护,操作简单。然而这类网络不利的一面是来自所有终端的模块都由主机完成，这类网络处理速度可能有些慢。分布式系统是把各地不同地理位置的模块集中起来形成一个系统，这种性质使得分布式系统可以减轻服务器的负担，同时系统设计上具有更大的灵活性，可为独立的模块提供特殊的功能。

2.11 几种教室组网模型

组网模型有许多种，但是大致可分为两种模型：无线组网和有线组网。在针对实际生活中，各有各的优缺点。无线网络虽然解决了教学楼布线麻烦的缺点，但是由于无线网络的传输速率慢且不稳定，一直是无线网络无法普及的一大缺点。有线组网继承了智能家居布线麻烦等传统性的缺点，另外可扩展性也比较差。但是有线网络的传输速率快，使之成为灯光智能控制系统的主流选择。我们结合了一下三种教室组网的优缺点，提出了以下三套方案。

（1）基于zigbee域网协议的无线组网

Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗，以

接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。

Zigbee的缺点是传输距离短，只介于10～100m之间，对于中长距离的节点难以控制。

（2）基于以太网的局域组网

以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间的传输信息的速度高（速率为10~100Mbps），同时又具有低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势,由于它支持几乎所有流行的网络协议,所以在大多数系统中被广泛采用。近些年来,随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。

以太网的连接方式有总线型和星型两大类：

总线型连接所需的电缆较少、价格便宜、管理成本高，不易隔离故障点、采用共享的访问机制，易造成网络拥塞。早期以太网多使用总线型的拓扑结构，采用同轴缆作为传输介质，连接简单，通常在小规模的网络中不需要专用的网络设备，但由于它存在的固有缺陷，已经逐渐被以集线器和交换机为核心的星型网络所代替。

星型连接的以太网管理方便、容易扩展、需要专用的网络设备作为网络的核心节点、需要更多的网线、对核心设备的可靠性要求高。采用专用的网络设备（如集线器）作为核心节点，通过双绞线将局域网中的各台主机连接到核心节点上，这就形成了星型结构。星型网络虽然需要的线缆比总线型多，但布线和连接器比总线型的要便宜。此外，星型拓扑可以通过级联的方式很方便的将网络扩展到很大的规模，因此得到了广泛的应用，被绝大部分的以太网所采用。

（3）基于RS-485总线的有线组网

RS-485总线通信模式由于具有结构简单、价格低廉、通信距离和数据传输速率适当等特点而被广泛应用于仪器仪表、智能化传感器集散控制、楼宇控制、监控报警等领域。RS485传输数据以差分通信，用极性定义了信号的逻辑状态。传输数据高达一千米以上，最高速率达10Mbps，并且总线上可挂载的设备可达32以上，满足一般工业及智能家居通信的需求。但RS485总线存在自适应、自保护功能脆弱等缺点，如不注意一些细节的处理，常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障，因此提高RS-485总线的运行可靠性至关重要。

2.12基于RS-485总线的有线组网用于教室照明智能管理系统的可行性

教室组网是整个教室灯光智能控制系统的神经与核心，对于教室组网来说必须满足以下几个特点：

（1）可靠性

教室组网要求数据传输的可靠性不能因为干扰或者信道阻塞而下降，要保证主控室主机与教室节点之间安全、无差错的数据传输。在RS485总线系统中，由于存在自适应、自保护功能脆弱等缺点，如果不注意这些细节的处理，就会出现通信失败甚至系统瘫痪等故障，为了解决这个缺点，主机在发送数据时，特别在分节点加入了反馈功能，主机得到其反馈信息在作出相应的措施，就避免了其缺

点的产生，大大提高了其稳定性、可靠性。

（2）低成本性

教室灯光智能控制系统在教学楼的应用中，会有几十个乃至上百个节点，对于这些节点的开支是相当可观的，我们采用的大多数是市场上主流的芯片和模块，但是价钱却很实惠，可尽可能小为学校节省不必要的开支。实现真正的低成本，高性能。

（3）可维护性

在教室中设备不会一成不变，而在实际应用中经常需要添加或者减少一些设备节点，当设备节点数目发生变动时，系统应该具备一定的机制扩充网络节点，而不需要改变网络的结构。在本系统中，我们针对传统照明智能管理可扩展性差的缺点，特意多加了许多没有接灯具或者设备的节点，这些多出来的节点正好补充了节点变动带来的无法扩展的缺点。

2.2 教室节点的控制方案

2.21 教室节点具有独立控制灯光能力

室节点布置有可以自主控制控制其节点的控制按钮，可以使灯具摆脱周围环境的束缚，显得更具有人性化。我们为了实现这种功能特意在教室里安装了可人工控制的开关，这样使得可以根据人的的特定需求而使得教室灯光状态作出改变。

我们为教室的照明系统设计了三个开关：开、关、自动。当开关调到开时，灯具强制打开，不管教室内有没人和光照强度如何。开关调到关时，灯具熄灭，而且传感器也处于关闭状态。当调到自动挡时，灯光状态由周围的光照强度和人员有无的状况决定。

2.22教师节点受主机控制

作为主控制端的主机，应具有能够管理其子系统的功能，起着心脏的作用，故主机上必须能够同时控制所有的教室的功能。教师的主机安放于主控制室内，主机上具有开关电源控制，可以由一个主控制室控制所有教室的灯光状况，而且主控制器的开关具有优先级，它是整个系统的正常工作的主控制按钮。这样做的好处就是能够一个地方对多个不同的地方集中式的管理。

2.3 教室照明智能管理系统总体方案阐述

本文完成的教室灯光智能控制系统是以RS485为基础，综合了一套自主改编的通信协议建立起来的一套比较完善的灯光控制系统。设计目的是将教室中的灯具设备组建成一个有线网络，使灯具设备具有网络化、自动化、智能化的特征。在此基础上运用传感器的元件对教室内光照和人员信号进行采集，通过处理电路对信号进行处理，转换为电信号，传入微处理器。微处理器具有将电信号识别的功能，同时控制灯具的输出状态。

从功能层次来看，本文的教室照明智能控制系统由教室设备节点、教学楼主机两部分组成。从网络层次上看，为教室智能控制系统内部网络。图2-1即为本

文总的设计结构图：

图2-1 教室灯光智能控制系统总结构图

教室设备节点包括以下三个部分：收发模块、运算和控制单元、传感模块。收发模块作为系统中各网络节点的通信接口，进行网络中各节电设备的网络数据或指令的收发。节点的传感模块，主要进行对周围环境的光照强度和人员的探测，然后检测和控制是否开灯，这种控制或者检测功能需要通过运算和控制单元操作完成。在本系统中教室设备节点的硬件设备是基于STC 52系列单片机，其他传感器模块等设备为辅。

本文介绍的教室照明智能管理系统主机是采用Nios II嵌入式处理器，主机与教室的通讯采用FPGAEP2C35开发平台，其作用是实现主机与教室节点快速通讯。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块、输出输入模块和内部连线三个部分。现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列相比，FPGA具有不同的结构。FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D 触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能。

第3章功能与控制模块

3.1 教室灯光智能控制系统功能概述

（1）自然光亮度采集功能

要实现室内照明的节能，最根本的问题是要充分的利用自然光，从而减少电能的消耗。本系统是在教室内安装光敏电阻，实现对教室内光照信号的采集。光照信息作为判断是否亮灯的优先级，如果外界光照强的话，那么即使是教室内有

人员存在都不亮灯。

（2）人体数量采集功能

由于经常出现人走了，教室灯还亮着的情况，这种现象给学校和国家都造成了很大的经济损失。为了智能的控制教室灯光在人走后灯灭，故在教室内安装热释电人体传感器，用于判断教室内是否有人活动。当识别出有人进入教室时，就能够发送出信号给控制电路，同时能够计算出教室内的人数。

热释电传感器（PIR）是利用了人体向外不断辐射的热红外光波（中心波长约为9.65μm）在钛酸钡类晶体上产生的热电效应达到感知人体目的的，RE200B 热释电传感器为该单元的核心器件。其原理图如下图3-1所示。

图3-1热释电传感器原理图

（3）具有自动控制功能

系统根据传感器采集的现场数据为判断依据，并结合人数预测模型，综合判断后，给出控制命令控制灯光状态。本系统利用电压比较器对传感器收集的信号进行处理，再经过微处理器的控制使得该系统具有自动控制功能。

（4）具有通讯功能

每个教室的控制器都是通讯网络中的一个节点，都有独立的地址，能实现与上位机系统的通讯，发送数据并接收命令。系统的通讯网络设计实现远程控制和整体控制的基础。本课题利用FPGA EP2C35的RS232串行通讯功能和单片机机的UART串口，并考虑到系统的传输距离和稳定性的要求，设计了利用RS485总线的通讯网络。

3.2 单元模块的选择及原理图

3.21光敏传感器的采用

作为教室灯具开关的判断依据，光敏传感器对环境光照的判断起着重要的

作用。我们为光敏传感器的设计作出了两种方案：

（1）方案一：采用光敏电阻对光照强度的判断

由于室内灯光亮度会对光敏电阻对环境光信号的判断产生干扰，所以需要在教室的内外同时安装光敏传感器。

①教室内部

②教室外部

教室外部光敏传感器由光敏电阻、电压比较器（LM393）、LM3914构成，由单片机进行控制。当教室灯光亮时，室内传感器无法对环境光照强度进行判断，失去其功能，于是在教室外也安装光敏传感器。该传感器同时还具有对教室外部光强度显示的功能。

LM3914是10位发光二极管驱动器，它可以把输入模拟量转换为数字量输出驱动10位发光二极管来进行点显示或柱显示。4脚和6脚之间连接有10个精密分压电阻，7脚和8脚之间是一个参考电压源，9脚为点/柱模式选择，5脚为信号输入端。其内部结构如图3-2所示。

图3-2 LM3914结构电路图

（2）方案二：基于BH1750芯片对光照的采集

主控器通过IIC（Inter －Integrated Circuit）通讯接口读取BH1750采集到的数据，然后按照用户要求的形式通过界面将数据呈现. 从系统的框架图可以看出，使用BH1750 搭建测光系统相对比较简单. 因此，开发人员可以很容易地将此IC 嵌入到其他需要测光功能的系统中，从而降低系统的复杂度.

BH1750只需占用主控器的3 个I/O 端口就可以正常工作。如果系统需要是采用多片此IC，则每两片BH1750 可以共用这3 个I/O 端口，只需将其中一片的地址脚ADDR 接高电平，另一片接低电平就可以互不干扰。主控器将通过不同地址访问不同IC。BH1750接线图如图3-3所示。

图3-3 BH1750接线图

3.22热释电传感器人体检测单元

热释电红外传感器是一种新型敏感元件，制造热释电红外传感器的高热材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0．2～209m。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。此滤波片只允许某些波长范围的红外光通过，而阻止灯光、阳光和其它红外光通过。采用热释电传感器的优势是成本低，不需要用红外线或电磁波等发射源，隐蔽性好，可流动安装，灵敏度高、控制范围大。热释电红外传感器利用热释电效应，能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号同时，它还能鉴别出运动的生物与其他非生物。RE200B的D、C、S端分别为电源端、地端和目标输出电压端输出信号VO接单片机，如图3-4为热释电传感器外接电路图。

图3-4 热释电传感器电路图

3.2.3继电器驱动接口电路

继电器驱动接口电路如图3-5所示，这里继电器由相应的PNP型号的59012三极管来驱动，开机时，单片机初始化后的P3. 5/P3. 6为高电平，三极管截止，所以开机后继电器始终处于释放状态，如果P3. 5/P3. 6为低电平，三极管的基

极就会被拉低而产生足够的基极电流，使三极管导通，继电器就会得电吸合，从而驱动负载，点亮相应电灯。继电器的输出端并联100欧的电阻和6800皮法电容，目的是避免继电器吸合与释放期间产生火花。每个继电器都有一对常开常闭的触点，便于在其他电路中使用，继电器线圈两端反相并联的二极管是起到吸收反向电动势的功能，保护相应的驱动三极管，这种继电器驱动方式硬件结构比较简单。

图3-5继电器驱动电路图

3.24各节点稳压电源单元

稳压单元采用LM7805线性稳压集成电路构成，输入电压范围5-35V，输出稳压5V直流电，最大电流可达1.5A。D1与D2两只二极管分别为电容反向放电电压保护二极管和防反接保护二极管。如下图3-6所示。

图3-6 各节点稳压电源电路图

第4章硬件结构

4.1 硬件结构概述

主机为整套教室灯光智能控制系统的核心，其通过RS485总线网络与下属单片机子系统通信。单片机子系统以反馈的方式回应主机的循环问询，达到上报传感器信息，执行控制命令的功能。单片机子系统与单片机子系统间不直接通信，由主机完成信息的收集与控制功能。如下图4-1所示。

图4-1教室智能灯光管理系统硬件框架图

通过主机连接显示器，对系统当前状态进行输出显示。显示器件采用的是1602液晶显示器，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。如图4-2所示为1602液晶显示器与主控制器的连接图。

图4-2 1602液晶显示器与主控制器连接图

1602采用标准的16脚接口，其中：

第1脚：VSS为电源地

第2脚：VCC接5V电源正极

第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。

第5脚：RW为读写信号线，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平1时读取信息，负跳变时执行指令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。

第15～16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。

4.2通信网络架构

4.21 RS485标准介绍

电子工业协会（EIA）于1983年制订并发布RS485标准，并经通讯工业协会

（TIA）修订后命名为TIA/EIA-485-A，习惯地称之为RS485标准。

RS485标准是为弥补RS232通信距离短、速率低等缺点而产生的。RS485标准只规定了平衡发送器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。

RS485数据信号采用差分传输方式（Differential Driver Mode）,也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，如下图4-3所示。

图4-3 RS485逻辑示意图

通常情况下，发送发送器A、B之间的正电平在+2 - +6V,是一个逻辑状态；负电平在-2 - -6V，是另一个逻辑状态。在RS485器件中，一般还有一个“使能”控制信号。“使能”信号用于控制发送发送器与传输线的切断与连接，当“使能”端起作用时，发送发送器处于高阻状态，称作“第三态”，它是有别于逻辑“1”与“0”的第三种状态。

对于接收发送器，也作出与发送发送器相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将A-A与B-B对应相连。当在接收端A-B之间有大于+200mV的电平时，输出为正逻辑电平；小于-200mV时，输出为负逻辑电平。在接收发送器的接收平衡线上，电平范围通常在200mV至6V之间。

定义逻辑1（正逻辑电平）为B>A的状态，逻辑0（负逻辑电平）为A>B的专题，A、B之间的压差不小于200mV.

RS485标准的最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mbps。

通常，RS485网络采用平衡双绞线作为传输媒体。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，只有在20kbps速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般来说，15米长双绞线最大传输速

率仅为1Mbps。

注意：并不是所有的RS485收发器都能支持高达10Mbps的通讯速率。如果采用光电隔离方式，则通讯速率一般还会受到光电隔离器件响应速度的限制。

RS485网络采用直线拓扑结构，需要安装2个终端匹配电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗（一般取值为120Ω）。在短距离、或低波特率波数据传输时可不需终端匹配电阻，即一般在300米以下、19200bps不需要终端匹配电阻。终端匹配电阻安装在RS485传输网络的两个断点，并联连接在A-B引脚之间。

RS485标准通常被用作一种相对经济、具有相待高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远、宽共模范围的通信平台。同时，RS485电路具有控制方便、成本低廉等优点。

在过去的20年时间里，建议性标准RS485作为一种多点差分数据传输的电气规范，被应用在许多不同的领域，作为数据传输链路。目前，在我国应用的现场网络中，RS485半双工异步通信总线也是被各个研发机构广泛使用的数据通信总线。但是基于在RS485总线上任一时刻智能存在一个主机的特点，它往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。

4.22 URRT-RS485总线集线器

目前单片机、计算机普遍使用的是串行接口UART标准，UART为单端通信模式，而RS485为差分通信模式并不直接兼容。为了适应本管理系统的应用情况，利用UART与MAX485驱动芯片，以TTL信号为中介、构建UART-RS485转接器与总线集线器。三极管Q1与MAX485双向使能端连接，构成自动换向电路。如下图4-4所示。

图4-4 uart-485总线集线器电路图

4.3节点单片机子系统

单片机子系统由STC 52系列单片机构成最小系统，通过MAX485驱动芯片将单片机UART接口的TTL信号接入RS485总线网络。单片机子系统自身并不集成功能设备，但预置多组统一形式的接口，不断扩展功能型外挂设备。如下图4-5所示。

图4-5 单片机最小系统电路图

第5章软件系统

5.1 软件系统设计

教室节能系统采用单片机和FPGA组成的系统对学校教室照明设备进行控制和管理，教室亮度的检测、教室学生人数的统计、教室灯光使用状态的监控。整个系统由教室检测单元、控制单元、通信单元等组成。单片机可以实现对教室内的教室检测控制元所采集到的信息的接收、处理，并且由1602显示器显示教室状态，从而可以很轻松的对教室用电设备开关状况、光照强度、教室的学生人数，教室使用状态等进行实时监控和统计。对于通讯网络部分，教室信号通过RS-485串行方式与主机通信。检测控制单元：照明强度采集是采用光敏传感器与单片机构建的数据采集网络，教室是否有人和人数是用热释电传感器通过检测电路与单片机相连进行数据采集。

图5-1主控系统框图

图5-2节点控制框图

智能教室控制系统的设计的目的就是为了实现教室用电设备的合理使用，节约能源以及改善教学管理，提高教室用电效率。在设计过程中，系统可以实现的功能则可以概括为以下几个方面：

a: 教室检测控制单元数据采集

系统的底层设备教室检测控制单元具有自动采集功能，自动采集就是教室检测控制单元可以连续的对周围的环境的信号进行采集，不依赖于人的控制。控制器通过RS-485通讯信道将根据需要采集相应的数据信息传送到主机，主机再经

教室灯光智能控制系统

武昌理工学院 本科毕业设计(论文) 题目：教室灯光智能控制系统 学院：信息工程学院 专业：自动化 学号：20114224007 学生姓名：马克勤 指导教师：吕晓雁 二○一四年十月二七日

教室灯光智能控制系统 马克勤 摘要 随着社会的快速发展以及能源的消耗，为了有效利用教室灯光、节约能源，利用单片机设计作为控制核心的教室灯光智能控制系统，能根据学校作息时间、光照情况自动调节教室灯光的打开或关闭。该系统要具有很好的人机交互界面，能对教室灯光进行智能控制。本系统程序部分采用C语言编写，模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。该系统具有体积小，控制方便，可靠性高，针对性强，性价比高等优点能够满足各种大、中专院校教室灯光控制的要求，也可以很大程度的达到节能目的。 关键词:红外线；传感器；单片机

The classroom lighting intelligent control system Ma ke Qin Abstract With the rapid development of society and the energy consumption, in order to effectively use the classroom lighting, saving energy, using single-chip microcomputer as a control core of the classroom light intelligent control system, can according to the school calendar, illumination condition automatically adjusts the classroom lights on or off.The system has good man-machine interface, can the classroom light intelligent control. This system is partially written using C language, modular structure design, clear, good commonality, is advantageous for the improvement and expansion. The system has small volume, convenient control, high reliability, the pertinence, higher cost performance can meet the requirements of classroom lighting control all kinds of large, secondary technical schools, can greatly to achieve energy saving. Key Words:infrared ；The sensor ；Single chip microcomputer

智能照明管理系统方案

智能照明管理系统方案

智能照明管理系统 建设方案 深圳乙方照明科技有限公司二〇一五年十一月

目录 一、概述 (5) 二、方案总体设计 (6) 2.1 系统设计思想及原则 (6) 2.1.1 设计思想 (6) 2.1.2 设计原则 (7) 2.2 系统结构 (7) 2.2.1 系统优点概述 (7) 2.2.2 系统结构图 (6) 2.2.3 系统主要功能 (6) 2.2.4 系统基本功能组成 (12) 三、系统实现方式与技术指标 (16) 3. 1监控中心 (16) 3.1.1监控中心硬件组成 (16) 3.1.2监控中心配置说明 (17) 3.1.3监控中心软件 (17) 3.2智能照明管理终端（RTU） (20) 3.2.1 标准及规范 (20) 3.2.2主要特点 (20) 3.2.3技术参数 (21) 3.2.4功能简要介绍 (22) 3.3单灯控制器 (24) 3.3.1单灯控制器功能说明 (25) 3.3.2 单灯控制器电器参数 (18) 四、经济效益和社会效益分析 (26) 4.1 经济效益分析 (19) 4.1.1电费开支 (19) 4.1.2运行维护费用 (29) 4.2 社会效益 (29) 五、设备投资预算 (31)

六、系统工程施工遵循规范 (32) 6.1施工组织设计 (32) 七、工程验收 (32) 7.1 验收内容 (32) 7.2 验收标准 (32) 八、质量保障、售后服务及培训 (33) 8.1服务期限及人员 (33) 8.2技术支持与服务 (33) 8.3 电话支持与服务 (34) 8.4 现场维护服务 (34) 8.5 设备维修服务 (34) 8.6 人员培训 (34) 九、总结 (24)

教室智能照明系统的设计与实现

毕业设计（论文）说明书 题目：教室智能照明系统的设计与实现 系名信息工程系 专业电子信息工程 学号 6009202330 学生姓名高丹 指导教师赵贵海 2013年6月1 日

摘要 本研究针对教室灯光的控制现状及用电大量浪费的现象，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机的教室灯光智能控制的设计思路。该系统以AT89C51单片机作为控制装置的智能部件，采用热释红外传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对教室照明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。该系统具有体积小，控制方便，可靠性高，专用性强，性价比合理等优点，可以满足各类大、中专院校教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。 关键词：教室灯光控制热释红外传感器光敏电阻 AT89C51

ABSTRACT This study of intelligent control classroom lamplight, analyzes the current situation of the development of the classroom light of intelligent control principle and method, is proposed based on single-chip microcomputer intelligent control of the classroom lamplight design. This system to AT89C51 single chip computer as control device of intelligent parts, adopts heat release infrared sensor detects the release of human existence and adopts photoconductive resistance constitutes circuit testing environment light intensity. According to the classroom light conditions and the measured the signal of human body system and ambient light, the system can make reasonable and intelligent judgment and then controls the work of classroom lighting circuit .It is a effective way to avoid the classroom of waste electricity. Small volume, convenient control, high reliability, high specificity and price reasonable make this system satisfy the advantages of large, secondary technical schools classroom light control requirements and greatly reach energy-saving purpose. Key words：heat release infrared sensor photoconductive dynatron AT89C51

多功能办公楼智能照明控制系统方案

多功能办公楼智能照明控制系统方案 多功能办公楼 智能照明控制系统建议方案 For personal use only in study and research; not for commercial use 合肥爱默尔电子科技有限公司 1、系统概述 “节能、智能科技与美学，21世纪建筑业的主题。” 现代建筑中照明系统对于能源的消耗已经高达35%，建筑界已经引入“绿色”照明的概念，其中心思想是最大限度采用自然光源、设置时钟自动控制、采用照度感应和动静传感器等新技术。 同时，现代电子技术已为我们和生活方式带来无数的乐趣。如何让应用电子技术实实在在的应用到我们的生活中？让我们的生活更轻松、多彩！让我们的建筑也会随心而变——建筑是永恒的，音乐是流动的，灯光是多变的！让灯光自由组合，将大厦变得绚丽多姿！ 2、系统功能和优点 智能照明控制系统在多功能办公楼中应用的功能和优点： 1、实现照明控制智能化 采用智能照明控制系统后，可使照明系统工作在全自动状态，系统将按预先设置切换若干基本工作状态，根据预先设定的时间自动地在各种工作状态之间转换。例如，上午来临时，系统自动将灯调暗，而且光照度会自动调节到人们视觉最舒适的水平。在靠窗的区域，系统智能地利用室外自然光，当天气晴朗，室内灯会自动调暗；天气阴暗，室内灯会自动调亮，以始终保持室内设定的亮度（按预设定要求的亮度）。 当夜幕降临时，系统将自动进入“傍晚”工作状态，自动地极其缓慢地调亮各区域的灯光。 此外，还可用手动控制面板，根据一天中的不同时间，不同用途精心地进行灯光的场景预设置，使用时只需调用预先设置好的最佳灯光场景，使客人产生新颖的视觉效果。随意改变各区域的光照度。 2、美化服务环境吸引宾客光临 好的灯光设计能营造出一种温馨、舒适的环境，增添其艺术的魅力。人员对办公楼的第一印象是办公楼大堂接待区域，高雅别致的光环境可给予人员一种宾至如归的感觉，增添人员对办公楼的好感，亲切而又温馨。 多功能办公楼内包括餐厅、会议室、多功能厅等，利用灯光的颜色、投射方式和不同明暗亮度可创造出立体感、层次感，不同色彩的环境气氛，不仅使人员有个舒适的居住环境，而且还可以产生一种艺术欣赏感。 3、可观的节能效果

基于单片机的智能照明控制系统设计[1]

设计名称：智能照明控制系统组别：第五组 组长：XX 组员：XX

基于单片机的智能照明控制系统设计 随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能家居等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。 本文介绍了基于单片机AT89C51的室内灯光控制系统及其原理，提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今较成熟的传感技术和计算机控制技术，利用多参数来实现对学校教室室内照明的控制。 系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。工作时,光信号取样电路采集光照强弱、人体信号采集电路采集室内是否有人、是否为工作时间等信息并将信号送到单片机,单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作,从而实现照明控制,以达到节能的目的。

目录 1 引言....................................................................... 1.1 研究背景.............................................................. 1.2 智能照明控制系统的优点................................................. 2 设计部分................................................................... 2.1设计要求............................................................... 2.2系统设计............................................................... 2.3逻辑控制............................................................... 2.4硬件设计............................................................... 2.4.1 系统硬件总述....................................................... 2.4.2 AT89C51单片机介绍................................................. 2.4.3 光照检测电路....................................................... 2.4.4 人体信号采集电路................................................... 2.4.5 比较电路........................................................... 2.4.6 延迟时间选择电路................................................... 2.4.7 输出控制电路....................................................... 3 系统软件设计及实现......................................................... 4 结论...................................................................... 5 评价……………………………………………………………………………………………….. 6 组员分工…………………………………………………………………………………………..

智能照明系统设计方案

智能照明系统 1、概述 办公环境不仅要有足够的工作照明，更应营造一个舒适的视觉环境，减少光污染。现代办公楼的照明已经成为直接影响办公效率的主要因素之一，因此,越来越引起人们的高度重视。做好照明设计，加强照明控制设计，已成为现代智能办公大楼的一个重要内容。据国内外有关资料介绍，办公照明用电量占整幢大楼能耗的约1/3，办公照明的设备费用（包括照明器件和配布线工程费）约占电气工程费用的10%以上，因此选择合理的照明方案，配置先进的控制系统，不仅能大大简化穿管布线的工作量，而且能有效地节约能源，降低用户运行费用，提高大楼管理水准，具有极大的经济意义和社会效益。在一些欧美发达国家，照明系统的智能化控制已成为智能化大楼不可分割的组成部分，而且应用范围越来越广。 智能照明控制系统的技术，随着现代建筑技术的发展而不断更新以适应各种建筑结构布局，不同灯具的选配，实现多样化的控制模式。由于这是一个开放式的系统，采用标准接口可以方便地与其它系统诸如BA、安保、消防等相互连接完成系统集成功能；同时利用系统配备的监控软件，大楼管理工作人员借助“友好”的用户界面，能极其方便地遥控、监控大楼所有控制设备的工作状态。 2、智能照明系统 长期以来智能照明在国内一直受到忽视，绝大多数建筑物仍然沿用传统照明控制方式。部分智能区域照明和定时开关功能，很难实现调光、场景控制等负责多变的功能，澳洲奇胜的C－BUS正是为了满足这些更高的照明需求而开发出来的新一代智能照明控制系统。就照明管理系统而言，它不仅要控制照明光源的发光时间、亮度来配合不同应用场合做出相应的灯光处理，而且还要考虑到管理智能化和操作简单化以及灵活适应未来照明布局和控制方式变更等要求。一个优秀的智能照明系统可以提升照明环境的品质，确保在建筑物里工作和生活群体的舒适和健康。

智能照明系统设计

智能照明系统的设计 1引言 随着人民生活水平的不断提高，人们对工作和生活环境的要求越来越高，同时对照明系统的要求也越来越高。照明领域的能源消耗在总的能源消耗中占了相当大的比例，节约能源和提高照明质量是当务之急。照明用电作为电力消耗的重要部分，已经占到了电力消耗的10%左右，并且随着我国国民经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，照明用电还将不断增加。[1] 传统照明技术受到了强烈冲击。一方面，由于信息技术和计算机的发展对照明技术的变化提供了技术支撑；另一方面，由于能源的紧缺，国家对照明节能越来越重视，新型的照明技术得以迅速发展，以满足使用者节约能源、舒适性、方便性的要求。 智能照明系统是最先进的一种照明控制方式，它采用全数字、模块化、分布式的系统结构，通过五类控制线将系统中的各种控制功能模块及部件连接成一个照明控制网络，它可以作为整个建筑物自动化管理系统（BA系统）[2]的，一个子系统通过网络软件接入BA系统，也能作为独立系统单独运行，在照明控制实现手段上更专业、更灵活，可实现对各种照明灯的调光控制或开关控制，是实现舒适照明的有效手段，也是节能的有效措施。 智能照明系统可对白炽灯、日光灯(专用镇流器)、节能灯、石英灯等多种光源调光,满足各种环境对照明的要求。适用范围有:大型公共建筑,如会展中心、航站楼、客运站、体育场馆、大型商场等;博物馆、美术馆、图书馆等文化建筑和教学建筑;星级酒店和高档写字楼的宴会厅、多功能厅、会议室、大堂、走道等场所。 通过采用智能照明系统,可实现以下控制功能:

(1)时钟控制:通过时间设定实现各照明区域的不同控制。 (2)调光控制:通过照度探测器和调光模块,达到各区域照度值始终在预先设定值范围。 (3)区域场景控制:通过控制面板和调光模块,实现各照明区域的场景切换控制。 (4)动静探测控制:通过动静探测器和调光/开关模块,实现各照明区域的自动开关控制。 (5)手动遥控器控制;通过红外线遥控器,实现在正常状态下各区域内的照明灯具的手动控制和区域场景控制。 (6)应急照明控制:系统对特殊区域内的应急照明所执行的控制。 3智能照明控制系统原理与组成 智能照明系统是基于计算机控制平台的全数字、模块化、分布式总线型控制系统。中央处理器、模块之间通过网络总线直接通信，利用总线使照明、调光、百叶窗、场景、控制等实现智能化，并成为一个完整的总线系统。可依据外部环境的变化自动调节总线中设备的状态，达到安全、节能、人性化的效果，并能在今后的使用中根据用户的要求通过计算机重新编程来增加或修改系统的功能，而无须重新敷设电缆，智能照明控制系统的可靠性高，控制灵活，是传统的照明控制方式所无法做到的。 智能照明的系统通常主要由调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、PC接口、时间管理模块、手持式编程器、监控计算机（大型网络需网桥连接）等部件组成。 线路系统：总线式智能照明简单的开关特点：负载回路连线接到输出单元的输出端，控制开关用五类线与输出单元相连。负载容量较大时仅考虑加大输出单元容量，控制开关不受影响；开关距离较远时，只须加长控制总线的长度，节省大截面电缆用量；可通过软件设置多种功能（开/ 关、调光、定时等）。总线式智能照明系统双控电路特点：实现双控时只需简单地在控制总线上并联一个开关即可；进行多点控制时，依次并联多个开关即可，开关之间仅用一条五类线连接，线路安装简单省事。 控制方式：智能照明控制，采用低压二次小信号控制，控制功能强、方式多、范围广、自动化程度高，通过实现场景的预设置和记忆功能，操作时只须按一下控制面板上某一个键即可启动一个灯光场景（各照明回路不同的亮暗搭配组成一种灯光效果），各照明回路随即自动变换到相应的状态。上述功能也可以通过其他界面如遥控器等实现。 照明方式：智能照明控制系统采用“调光模块”，通过灯光的调光在不同使用场合产生不同灯光效果，营造出不同的舒适的氛围。

智能照明控制系统的实际应用

智能照明控制系统的实际应用 摘要：智能化是21 世纪机械制造与机电一体化技术发展的一个重要发展方向， 是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。其中人工智能在机电一 体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。本 文讨论了智能照明控制系统的组成特点及功能，重点描述了它的实际应用。 关键词：智能照明控制系统；组成特点；功能 一，前言 智能化是21 世纪机械制造与机电一体化技术发展的一个重要发展方向，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、 生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻 辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。其中人工智能在机电一体 化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。照明 控制系统传统是以照明配电箱通过手动开关来控制照明灯具的通断，或通过回路 中串入接触器，实现远距离控制。而今出现的建筑物自控（BA）系统，是以电气 触点来实现区域控制、定时通断、中央监控等功能。由于照明控制系统在BA系 统中并非独立，同时控制功能简单，因此使用上有一定的局限性。故当BA系统 出现故障时，照明系统亦受到影响。随着微电子技术与数字化技术的发展，开发 出了智能化水平更高的专业照明控制的独立系统，从而能节约能源、延长灯具寿命、提高照明质量。根据使用单位的经验，不仅在照明管理与设备维修的简单及 降低费用外，还对环境改善、提高工作效率都有着显著的效果。 二，系统的结构和组成 智能照明控制系统按网络的拓扑结构，大致有以下两种型式，总线式和以星 形结构为主的混合式。它们各有特色，前者灵活性较强，易于扩展，控制相对独立，成本较低。后者可靠性较高，故障诊断和排除简单，存取协议简单，传输速 度较高。 一般智能照明控制系统都为数字式照明管理系统，它由系统单元，输入单元 和输出单元三部分组成。除电源设备外，每一单元设置唯一的单元地址，并用软 件设定其功能。通过输出单元来控制各负载回路，各种形式的单元简述如下：１，系统单元：用于提供工作电源，源系统时钟及各种系统的接口，包括系 统电源、各种接口（PC、以太网、电话等），网络桥。主系统对各区域实施相同 的控制和信号采样的网络；子系统则对各分区实施不同具体控制的网络。主系统 和子系统之间通过信息等元件连接，实现数据传输。 ２，输入单元：用于将外部控制信号变换成网络上传输的信号；如可编程的 多功能（开/关、调光、定时、软启动/软关断等）输入开关、红外线接收开关及 红外线遥控器（实现灯光调光或开/关功能）。各种型式及多功能的控制板，（如有的提供LCD页面显示和控制方式，并以图形、文字、图片来做软按键，可进行 多点控制、时序控制、存储多种亮模式等），各种功能传感器（如红外线传感器 可感知人的活动以控制灯具或其他负载的开关，亮度传感器），通过对周围环境 的亮度的检测，调整光源的亮度，使周围环境保持适宜的照度，以达到有效利用 自然光，节约电能。 ３，输出单元：智能控制系统的输出单元是用于接受来自网络传输的信号，

智能照明管理系统方案

智能照明管理系统 建设方案 深圳乙方照明科技有限公司 二?一五年月 目录 一、概述. (4) 二、方案总体设计. (5) 2.1 系统设计思想及原则 (5)

2.1.1 设计思想 (5) 2.1.2 设计原则 (5) 2.2 系统结构 (5) 2.2.1 系统优点概述 (5) 2.2.2 系统结构图 (6) 2.2.3 系统主要功能 (6) 2.2.4 系统基本功能组成 (8) 三、系统实现方式与技术指标. (11) 3. 1 监控中心 (11) 3.1.1 监控中心硬件组成. (11) 3.1.2 监控中心配置说明. (11) 3.1.3 监控中心软件. (12) 3.2 智能照明管理终端（RTU） (14) 3.2.1 标准及规范 (14) 3.2.2 主要特点. (14) 3.2.3 技术参数. (15) 3.2.4 功能简要介绍. (15) 3.3 单灯控制器 (16) 3.3.1 单灯控制器功能说明. (17) 3.3.2 单灯控制器电器参数 (18) 四、经济效益和社会效益分析. (18) 4.1 经济效益分析 (19) 4.1.1 电费开支. (19) 4.1.2 运行维护费用. (19) 4.2 社会效益 (20) 五、设备投资预算. (21) 六、系统工程施工遵循规范. (21) 6.1 施工组织设计 (21) 七、工程验收. (21) 7.1 验收内容 (22)

7.2 验收标准 (22) 八、质量保障、售后服务及培训. (22) 8.1 服务期限及人员 (22) 8.2 技术支持与服务 (22) 8.3 电话支持与服务 (23) 8.4 现场维护服务 (23) 8.5 设备维修服务 (23) 8.6 人员培训 (23) 九、总结. (24)

智能教室灯光

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000字左右的文献综述： 文献综述 基于单片机的教室照明控制系统设计的研究 摘要：本文详细介绍了基于单片机的教室照明系统设计，可以有效的节约教室照明系统所耗能源，响应国家号召建设节约型社会的政策。系统以单片机为中心，辅以红外检测模块，光照检测模块，报警声光模块以及灯光控制模块组成完整的控制系统。通过红外检测模块对教室进出人数进行计数，单片机根据需要控制照明系统工作。并且系统还设计了报警模块，对系统可能的误判作出弥补[1]。系统综合考虑了照明系统设计的可实现性与实用性，妥善地处理好强弱电之间的连接以及单片机工作稳定性问题。关键词：A T89C52 照明系统热释电传感器 Abstract: Design of Lighting Systems Based On Microcontroller ABSTRACT: To respond to the n ational policy of building a conservation-based social, this paper describes a lighting system based on single chip designed with classroom use, which can effectively save the energy consumption o f the system. Centered on microcontroller, the system supplemented by infrared detection module, light detection module, the alarm sound and light module and control modules complete control sy stem. By infrared detection module to count the number of classrooms, the microcontroller accord ing to the need to control lighting systems work. And the system also designs alarm module of the system to compensate for a possible miscarriage of justice. Considering the lighting system design and practicality can be achieved and properly handle the connection between strong and weak ele ctricity, and stability of microcontroller work. Key words: AT89C51 Lighting Systems Pyroelect ric Sensor 1教室灯光智能控制器系统研究背景 中国经济持续多年的高速发展让能源问题日益突出。虽然我国能源总储量不低，但由 于我国人口众多，所以人均储量少，单位产值的能耗是发达国家的3-10倍。能源问题已成为制约我国国民经济发展的关键问题。从环境和自然资源角度出发，能源问题也是我国长期可持续发展战略中一个关键因素。此外，能源问题不仅关系经济发展和环境生态，在特定情况下还会对社会稳定有很大影响。鉴于能源问题的重要性，我国在绿色照明工程新闻发布，绿色照明工程未来五年问将在公用设旅、宾馆、商厦、居民住所等全国建筑物中推广1.5亿只节能灯，节电290亿度电。上海、河北等一些地方采取政府对节能灯大宗采购每只补贴3至4元的方式进行推广。从普通白炽灯到高效节能灯，使我国的电光源产品结构逐步向节电型转变，荧光灯与普通白炽灯的比例由1995 1：6.25上升到目前的1：1.5。目前，我国照明用电约占社会总用电量12%，采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节电60%-80%。如今，北京正在大力推行绿色照明工程，己推出上百万只绿色照明光源和部分节能电器，据估算年节约用电可达3442万千瓦时，节约电费2519.7万元。政府已经在商厦、学校、医院

大型购物中心的PLC智能照明控制系统设计

１．引言 随着能源资源的不断减少，人们的节能意识越来越强烈，节约用电是人们日常中尤为关注的问题。对于一栋大厦的照明控制，为了避免过 大瞬时电流，需要各个楼层间隔启动和关闭。 传统上是各个楼层安装一个或几个控制箱，需要人到各个楼层去分别开启和关闭，因为完成整个过程需要很长的时间，所以要提前行动才能保证在规定时刻全部开启，这样就浪费很多电能和人力。 本文为青岛某大型国际购物中心设计了智能照明控制系统。通过触摸屏和PLC 进行照明控制，能够在短短几分钟内完成照明开启和关闭，不需提前动作，节约能源，降低了运营成本。 ２．设计要求 2.1照明分布结构 该购物中心分为室内照明和室外广场照明控制。室内为地下两层、地上三层。负二层为停车场，分为人防A 、B 、C 、D 四区。负一层至三层均有应急照明、公共照明、装饰照明和商铺电源。此外，一层有雨檐和橱窗 照明，二层有广告灯，三层有LOGO 灯和LED 。室外广场分为A 、 B 、 C 、 D 四个区，分别有草坪灯、庭院灯、壁灯及其它一些装饰照明。 2.2控制系统设计要求 对于室内照明控制，控制系统要求具有手动、 自动两种工作方式。在手动方式下，单按钮具有启停控制功能，用户可以根据需要手动控制各个区域各种照明的开和关。在自动方式下，主PLC 根据触摸屏设置的时间自动完成照明的顺序开关控制。 对于室外照明控制，控制系统要求具有手动、自动和时钟控制三种 工作方式。在自动方式下， 室外四个PLC 通过串行PLC 链接方式与室内主PLC 通信， 获得时钟信号，完成室外自动控制；同时，主PLC 获得室外PLC 的输出状态，显示在触摸屏上。在时钟控制方式下，室外PLC 不受室内PLC 影响，而是根据时控开关实现室外自动控制。 ３．控制系统的硬件配置及接线 根据控制要求和输入输出点的需要，我们选择欧姆龙公司的CJ1M-CPU13作为室内主控制器，其具有扩展方便、体积小、性价比高等优点。主机架由I/O 控制单元CJ1W-IC101、串行通信单元CJ1W-SCU41-V1、八个16点输入模块CJ1W-ID21和两个16点输出模块CJ1W-OC211组成，扩展机架由I/O 接口单元CJ1W-II101、十个16点输出模块CJ1W-OC211组成，并用连接电缆CS1W-CN313将主机架与扩展机架相连。 选择OMRON 的触摸屏NT5Z-ST121B-EC ，既成本低，又能够满足时间设定的要求。该触摸屏通过RS232C 连接线与串行通信单元PORT2口连接。 图1系统结构 室外四个PLC 选择欧姆龙公司的CP1H ，其支持串行PLC 链接通信方式。使用RS422A 转换器(CJ1W-CIF11)将CJ1M 内置RS232C 端口转换为RS422A ，然后连接CP1H 的RS422A/485口。电缆最长可达50m ，满足安装布局要求。总结构图如图1所示。 考虑到商场照明的特殊性，在室内和室外控制面板上都加有应急开关，直接控制继电器的线圈，当PLC 故障时能够保证基本照明启动。 ４．控制系统的程序设计4.1PLC 控制程序 使用OMRON 产品编程软件CX-P 6.1开发系统的控制程序，并采用简单直观、可读性强、便于修改和维护的梯形图语言编程。根据控制要求，给出主PLC 的主程序流程图，如图2所示。 自动方式下，要按照一层、负二层、负一层、二层、三层的顺序启动，当某一层的总开关置于停止位即不需要启动时，要跳过该层仍然能顺序启动。设计方法是，在每一层设置一个开启标志，通过逻辑判断实现。当PLC 掉电又重新上电后，为了防止因同时按各层的启动按钮而引起电流过大问题，我们要将启动按钮之间的控制互锁。 图2系统流程图 CJ1M 带有内部时钟，可以从辅助区A351~A354读出时间。通过实验观察得知，本设计中使用的CJ1M 存在时钟误差，并且受温度的影响。我们设计了时钟修改画面，该画面既有PLC 内部时钟显示功能又有时钟修改功能。当发现时钟误差较大时，通过触摸屏可以重新设置，这样既直观又方便。 4.2触摸屏画面设计 我们使用画面编辑软件NTZ-Designer 设计触摸屏的画面。根据设计要求，设计了四个画面。首画面为指示画面，滚动显示各个时间段内要完成的动作和室外广场照明状态。第二个画面为五个开启时间点设置画面，第三个画面为五个关闭时间点设置画面。五个时间点同在一个画面可以方便比较，有利于发现设置时间顺序颠倒问题。考虑到PLC 内部时钟误差较小，其修正不常用，因此将PLC 内部时钟修改画面作为最后一个画面。 首画面中要显示当前时间，并通过添加报警控件，将各时间段内应该完成的动作显示出来，起到提示作用。同时，将室外照明以指示灯形式指示，这样在室内即可以了解室外照明情况。开启时间点和关闭时间点设置包括按钮控件和显示控件，它们的设计过程相似，只是控件属性中的存储区地址不同。以商铺电源开时间设置画面的设计为例：选择所需的元件，添加到画面编辑区，并设置元件的属性；将“小时设置”按钮的输入属性设置为“地址种类：D ，地址大型购物中心的PLC 智能照明控制系统设计 青岛大学自动化工程学院 王涛 徐世许 ［摘要］本文根据系统的设计要求，分析了硬件的采用和软件的设计问题。室内主ＰＬＣ利用内部时钟功能，根据触摸屏设定的时间 自动完成室内照明控制。 室内ＰＬＣ与室外的四个ＰＬＣ采用设计简单的串行ＰＬＣ链接通信方式，实现室外照明监控。实践证明，该设计使硬件电路得到简化，保证了系统可靠运行，节省人力财力，取得良好效果。［关键词］可编程控制器触摸屏串行ＰＬＣ链接 作者简介：王涛（１９８２．１２－），男，青岛大学自动化工程学院２００６级研究生，现从事于ＰＬＣ的应用设计。徐世许，教授 。 （下转第409页） 406——

基于AT89S51单片机的教室灯光智能控制系统设计

基于AT89S51单片机的教室灯光智能控制系 统设计 一、系统设计要求： 该系统以AT89S51单片机作为控制模块的核心部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，通过对人体存在信号和环境光信号的识别与判断，完成对教室灯光的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有报警功能；同时还采用了软/硬件的“看门狗”等抗干扰措施 二、系统控制方案分析 该控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数，能够实现自动与手动控制相兼容。在自然环境光较强光线足够时，无论人是否存在，都不开灯；在自然环境光较弱时，有人存在且超过一定时间，控制器自动打开电灯，直到人离开后再延时一定时间后关灯。同时，还可设置作息时间来控制，夜晚超过12点，若还有人存在，则关闭自动控制器的运行，改用开关来手动控制，以解决因特殊情况下，自动控制器的不人性化运行。所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到设计目的。 三、系统控制模块的硬件设计 系统控制模块的硬件构成及简介系统控制单元是以AT89S51单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：环境光采集电路、时钟模块、热释红外传感器模块、看门狗模块、按键电路、EEPROM存储模块、超时报警模块、数码管显示模块，其结构框图如图2-1所示。 图系统控制结构框图 环境光模块采用光敏三极管来检测环境光的强度，有光照时，电阻减小，随着光照强度

教室照明智能控制系统______毕业论文设计

设计任务书 一、设计题目：教室照明智能控制系统 二、设计要求： 设计一个教室照明智能控制系统，通过多种传感器采集室光线、人数分布等信息，利用控制电路调节照明强度，实现节能控制。 三、设计任务 1.画出电路原理图。 2.编写设计说明书，1万5千字以上，包括： （1）设计任务书 （2）前言 （3）目录 （4）正文，包括： 设计思想、电路工作原理、元器件选择、电路元器件参数、总结、参考资料等 3.B5版面，正文5号或小4字号，章标题小2加粗，节标题小四加粗。 前言 本设计针对教室灯光的控制方法，尤其是教室灯光的智能控制方面

的发展现状，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机的教室灯光智能控制系统的设计思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件装置和相应软件,以达到学校教室用电设备的合理使用，节约电能以及改善教学管理的目的。 设计应用了先进的电子技术、网络技术、自动控制技术以及实用的软件平台，成功地设计了一套功能完善的智能教室照明动控制系统。由传感探测单元、通讯网络RS-232、控制单元构成了整个系统。智能教室照明控制系统核心器件采用AT89S51单片机采集数据，并由控制系统实现对教室光照度、学生人数、教室使用状态等的监控与显示，并对教室部用电设备进行合理控制和管理，达到教学楼教室照明控制的智能化和节约化的目标。 本系统将单片机控制系统与网络技术结合起来，各组成部分包括硬件和软件设计的结构、功能与实现方法。最后通过RS-232方式实现与上位机通信，实现数据的远程传输及上位机对教室照明状态的控制，完成一个智能教室照明控制系统。 关键词：智能控制；热释电效应；光照检测；AT89S51

智能照明控制系统

一、智能照明控制系统设计的基本步骤 1. 智能照明控制系统设计过程简述 照明控制系统配置设计一般都在灯光设计和照明电气部份设计之后进行的，根据业主的要求结合灯光设计图及电气设计图进行系统配置。 2.智能照明控制系统设计基本步骤和方法 第一步核对照明回路中的灯具和光源性质，进行整理。 1)每条照明回路上的光源应当是同一类型的光源，不要将不同类型的光源如白炽灯，日光灯，充气灯混在一个回路内。 2)分清照明回路性质是应急供电还是普通供电。 3)每条照明回路的最大负载功率应符合调光控制器或开关控制器允许的额定负载容量，不应超载运行。

4)根据灯光设计师对照明场景的要求，对照明回路划分进行审核，如不符合照明场景所要求的回路划分。可作些适当回路调整，使照明回路的划分能适应灯光场景效果的需要，能达到灯光与室内装璜在空间层次，光照效果和视觉表现力上的亲密融合，从而使各路灯光组合构成一个优美的照明艺术环境。 第二步按照明回路的性能选择相应的调光器 调光器的选用取决于光源的性质，选择不当就无法达到正确的和良好的调光效果。因各个厂家调光器产品对光源及配电方式的要求可能有所差异，此部分内容配置前建议参考相应产品技术资料或直接向照明控制系统厂商做详细技术咨询。 如不同光源：白炽灯(包括钨、钨卤素和石英灯)，荧光灯、各种充灯以及照明配电方式不同等对调光器选配要求均不相同。 第三步根据照明控制要求选择控制面板和其它控制部件。

控制面板是控制调光系统的主要部件，也是操作者直接操作使用的界面，选择不同功能的控制面板应满足操作者对控制的要求，控制系统一般有以下几种控制输入方式： 1)采用按键式手动控制面板，随时对灯光进行调节控制。 2)采用时间管理器控制方式，根据不同时间自动控制。 3)采用光电传感自动控制方式，根据外界光强度自动调节照明亮度 4)采用手持遥控器控制。 5)采用电脑集中进行控制 6)其它控制方式等等。 第四步选择附件及集成方式

智能照明控制系统主要应用在哪里

智能照明控制系统主要应用在哪里 为什么要使用智能照明控制系统，使用智能照明控制系统后，有什么作用，能带来哪些好处，智能照明系统仅仅是为了节能吗，各种各样的问题，在实际中经常碰到，今天作为智能照明系统的一个多年从业者，我为大家讲讲，今年主要是说，智能照明控制系统主要应用在哪些环境中，有什么样的效果或者作用。以后有时间，再跟大家分享一些其他方面的智能照明知识。 一、商场、写字楼、餐厅等大厅区域 大厅宾客进入会馆的必经之路，是光临展厅的第一感觉，其灯具的选用和灯光布置不只是为了大堂照明的需要，更应考虑照明的气氛及照明与建筑装潢的协调。大堂应该最大限度地为参展人员提供一个舒适、优雅、端庄的光环境。展厅前厅可根据不同时间段、人流量、节日需要，自动控制灯具，维持大堂照度的需求。 通过智能触摸面板，可预设多种灯光效果，组合成不同的灯光场景（白天、傍晚、夜晚、深夜、节假日模式等）。当需要改变灯光场景时，只需按一下按键，就可以实现灯光场景的改变。。 二、展厅商品、展品等陈列区域 商品陈列区域的照明需要，往往是要突出某个亮点，突出某个主打商品的亮丽外型，或是突出某个品牌的特点，不同时间、不同季节会有一个变化的效果。照明控制上应具有调光功能、场景设定功能。 根据不同的时间、不同的季节和外部环境可以通过智能化控制系统任意设定不同的灯光效果，设置多种场景模式，灯光可以根据临时需要进行灵活分割，开启变换，达到节能作用。并可轻松地切换不同的场景模式。 三、非重点公共区域 云智居智能照明控制系统在中央控制主机的作用下，处于自动控制状态。每天客流高峰时段，照明应处于全开状态。在非高峰时段，白天日光充足，可关闭所有部分照明，并对照明采用1/2或1/3隔灯控制，以节省能耗。深夜时候，可关闭所有的照明，只保留监控和应急指示灯照明，以节约能耗。也达到控制区域不同的照度方式以供照明，这样使灯光的照明既得到了有效的利用，又大大地减少了电能的浪费，保护了灯具，延长了灯具的使用寿命。如有特殊需要，可在管理室用按键开关，手动开启或关闭照明。当符合了自动控制要求时，系统会自动恢复到自动运行状态，无需手动复位。 四、走廊灯公共区域照明控制 通过将走廊等公共区域的照明回路接入照明控制系统，并在公共区域的适当天花板位置加装热线传感器，通过监测人体和周围环境的温差和位移，实现对公共区域回路的控制，达到人来灯亮人走灯灭的效果。 五、办公室功能 现代化的办公室不单单只是做为办公用的场所，它代表着公司的形象而且也应该符合时代发展的潮流。在办公室诸多的因素当中，光环境是不可忽视的重要的因素；这就不仅仅在选灯上要做严格要求而且在控制上面也是个重点，而在