基于PLC的智能照明控制系統(tǒng)研究

1、 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）( 2016 屆 ) 題 目： 基于PLC的智能照明控制系統(tǒng)研究 系 （部）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 潘倩 學(xué)號(hào)： 120815169 指導(dǎo)教師： 劉傳洋 職稱（學(xué)位）： 合作導(dǎo)師： 職稱（學(xué)位）： 完成時(shí)間： 2016年 3月7日 池州學(xué)院教務(wù)處制 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人所提交的學(xué)位論文，是在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。本人在論文寫作中參考的其他個(gè)人或集體的研究成果，均在文中以明確方式標(biāo)明。本人依法享有和承擔(dān)由此論文而產(chǎn)生的權(quán)利和責(zé)任。 聲明人（簽名）：潘倩2016年 3 月 7 日 目 錄 摘 要2Abstract 31 引言

2、41.1選題的研究背景及意義41.2 PLC在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀51.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和技術(shù)要求52 智能照明控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)62.1系統(tǒng)控制方案分析62.2分區(qū)和分時(shí)控制方案的構(gòu)想62.3智能照明控制系統(tǒng)的功能組成73 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)83.1 PLC的選型83.2 數(shù)據(jù)采集電路113.3 環(huán)境光采集電路113.4 人體存在傳感器的工作原理123.5 PLC的外部接線圖134 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)134.1主程序流程圖134.2 STEP7-Micro/WIN V 4.0編程軟件144.2.1 軟件介紹14軟件界面154.3 I/O地址分配164.4梯形圖程序174.5 程序清單19致謝21 摘 要

3、隨著社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，電力也被過度消耗，電能浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，電力資源已然成為緊缺資源。該浪費(fèi)現(xiàn)象也存在大學(xué)教室照明控制系統(tǒng)中。針對這種情況，從節(jié)約電能的角度出發(fā)，本文闡述了一種基于S7-200PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的無人管理的手動(dòng)控制的教室照明系統(tǒng)。 PLC是一種新型的通用自動(dòng)化控制裝置，具有控制功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，完全滿足學(xué)校教室的照明要求。本文將重點(diǎn)介紹照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，其基本原理是以S7-200PLC為核心控制部件，由能感應(yīng)人體存在的熱釋紅外傳感器和環(huán)境光檢測電路組成的智能照明控制系統(tǒng)，能避免教室用電的大量浪費(fèi)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。最后，給出系統(tǒng)的

4、的梯形圖程序。關(guān)鍵詞：教室照明系統(tǒng)；S7-200PLC；智能控制；節(jié)能 AbstractWith the continuous development and progress of society, power is also excessive consumption, electric energy waste phenomenon is serious, the power resource has already become scarce resources. The waste phenomenon also exists in a university classroom li

5、ghting control system. In view of this situation, from the perspective of saving energy of, it is expounded in this article a based on S7-200 PLC to replace the manual control of the unmanned management of traditional classroom lighting system.PLC is a new general automatic control device, has stron

6、g control function, high reliability, convenient and flexible to use, easy to extend the advantages, fully meet the requirement of school classroom lighting. This paper focuses on two aspects: the hardware design and software design of the lighting system and its basic principle is to S7-200 PLC as

7、the core control unit, a human body induction in the presence of heat release infrared sensor and ambient light sensing circuit composed of intelligent lighting control system, can avoid the classroom with a large number of waste of electricity, so as to achieve energy-saving purpose. Finally, gives

8、 the system the ladder diagram program.Keywords: classroom lighting system; S7-200PLC; intelligent control; energy saving 1 引言 1.1 選題的研究背景及意義 如今，科學(xué)技術(shù)愈來愈發(fā)展，現(xiàn)代化程度也日益提高，隨之而來的溫室氣體的加劇了全球氣候變暖，資源也越來越枯竭，全球掀起了節(jié)能減排的浪潮，引起了世界和中國的政府的高度關(guān)注。能源，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)資源，中國政府高度重視能源的開發(fā)、利用和節(jié)約的工作。眾所周知，電能是一種基本并且高效的能源，具有經(jīng)濟(jì)、簡單、易于運(yùn)輸、無污染

9、的的特點(diǎn)。電能通過轉(zhuǎn)換裝置高效的將電能轉(zhuǎn)換成光能，熱能、動(dòng)能、化學(xué)能等多種形式，極大地便利了我們的生活。但是，電能浪費(fèi)問題也很突出。因此，提高電力管理水平是節(jié)能的關(guān)鍵。 根據(jù)相關(guān)資料，在我國的整體用電中,照明的耗電量占有很大的比例，約為年發(fā)電總量的10%(超過100億千瓦時(shí))，而在學(xué)校，不僅照明時(shí)間較長而且照明場所也多, 照明用電超過本單位所有耗電的40%1。目前我們對教室照明的控制，基本上都是采用的最傳統(tǒng)的手動(dòng)控制方式，該方法是最為常用的，同時(shí)也是最為浪費(fèi)的。教室是一個(gè)開放的地方，往往因?yàn)楣芾聿坏轿?，無人的時(shí)候教室里還是燈火明亮造成所謂的長明燈的現(xiàn)象。就一間教室來說，照明燈的能量消耗并不大，

10、但從整個(gè)學(xué)?？矗瑓s不是一個(gè)小數(shù)目。以某所大學(xué)為例:教學(xué)樓照明負(fù)荷總量約480kw（不含線損），若按照照明燈每天工作2小時(shí)計(jì)算（這是一個(gè)保守的估計(jì)），1天是960KW·h的電力浪費(fèi)，按照電費(fèi)0.6元/千瓦時(shí)計(jì)算，每天電費(fèi)為576元。一年12個(gè)月，除去寒暑假三個(gè)月，還剩下九個(gè)月，一年浪費(fèi)的電力大約為259200度，合計(jì)電費(fèi)155520元。如果再加上線路損耗和燈具使用時(shí)間較長而造成的燈具損壞，其成本比現(xiàn)在還要高得多。這種照明方式引起的電能浪費(fèi)和高校后勤費(fèi)用的增加是顯而易見的。我國能源短缺問題非常嚴(yán)重，尤其是電力資源?，F(xiàn)在石油和燃煤的價(jià)格節(jié)節(jié)攀升，必然會(huì)導(dǎo)致發(fā)電成本的增加，從而節(jié)省電能不僅是

11、有益于社會(huì)，而且也有利于學(xué)校自身。放眼于整個(gè)學(xué)校的大局和全社會(huì)能源短缺的大環(huán)境, 開發(fā)簡單實(shí)用的教室智能照明系統(tǒng)勢在必行。智能照明控制系統(tǒng)，無論是在國內(nèi)還是在國外已經(jīng)使用，但國內(nèi)的智能照明技術(shù)還存在相當(dāng)多的不足之處。在大學(xué)教育普及化程度越來越高的今天，隨處可見各大高校增加校區(qū)和擴(kuò)大生源，從而帶來了教室的電能浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失等問題，違背了當(dāng)今的節(jié)能理念。但是，如今不斷提高的自動(dòng)化程度、越來越普及的計(jì)算機(jī)技術(shù)使得我們對于照明系統(tǒng)的管理邁向自動(dòng)化和智能化的方向。 1.2 PLC在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)、微電子技術(shù)和通信技術(shù)等的高速發(fā)展，使得PLC的控制和網(wǎng)絡(luò)通信功能逐漸增強(qiáng)、處

12、理速度和可靠性不斷提高、成本在不斷下降、編程和故障檢測更加方便快捷。為了適應(yīng)各大中小型企業(yè)的發(fā)展需要，需要進(jìn)一步擴(kuò)大PLC在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍2。雖然問世時(shí)間并不長，但PLC無論在國內(nèi)還是在國外，發(fā)展都相當(dāng)?shù)难该?，有?qiáng)大的生命力和高速的增長模式，成為當(dāng)今占據(jù)第一位的自動(dòng)化裝置。 1. 國外PLC發(fā)展?fàn)顩r PLC自問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展，在美、日、德等工業(yè)發(fā)達(dá)的國家已經(jīng)成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。PLC的世界總銷售額在不斷上升、品種不斷翻新、生產(chǎn)廠商不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)值產(chǎn)量大幅度上升而價(jià)格在下降。目前，世界上有200多個(gè)產(chǎn)商生產(chǎn)PLC，按型號(hào)劃分更是有幾千種產(chǎn)品。在全世界范圍內(nèi)按地域劃分主要有三大

13、產(chǎn)品，這三大PLC產(chǎn)品為美國產(chǎn)品，歐洲產(chǎn)品以及日本產(chǎn)品。如今在PLC發(fā)展領(lǐng)域比較有名的公司有德國的西門子公司；美國的AB公司；法國的施耐德TE公司；日本的三菱、富士、歐姆龍、松下電工公司等；韓國的三星、LG公司等。美國和歐洲的PLC產(chǎn)品主要應(yīng)用于大型、中型PLC領(lǐng)域中，而日本、韓國的PLC產(chǎn)品則在小型PLC領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用。 2. 國內(nèi)PLC發(fā)展?fàn)顩r我國目前的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)普遍比較落后，PLC技術(shù)同發(fā)達(dá)國家相比較，遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，現(xiàn)在工業(yè)中應(yīng)用的PLC產(chǎn)品絕大部分是國外產(chǎn)品，如西門子、三菱、歐姆龍，是中國工業(yè)市場上的傳統(tǒng)供應(yīng)商。國產(chǎn)PLC產(chǎn)品在整個(gè)工業(yè)市場中只占據(jù)很小的份額，沒有名牌產(chǎn)品和

14、集中化的生產(chǎn)鏈，無法形成系統(tǒng)化、專業(yè)化的工業(yè)規(guī)模，這對我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展是極其不利的。為了改善我國的工業(yè)結(jié)構(gòu)和追趕發(fā)達(dá)國家。近些年來，我國的PLC研制，生產(chǎn)、應(yīng)用發(fā)展也相當(dāng)?shù)目?，同國外的差距也在逐漸縮小。國內(nèi)市場對PLC產(chǎn)品需求量大，為PLC業(yè)務(wù)發(fā)展提供了絕佳的機(jī)會(huì)。尤其在應(yīng)用方面，引進(jìn)了大量的PLC產(chǎn)品，并且在我國自己生產(chǎn)制造的設(shè)備上采用了PLC控制。另外，應(yīng)用PLC對老設(shè)備進(jìn)行改造，可以在資金投入較少的條件下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的升級(jí)換代。總之，我國的PLC技術(shù)的應(yīng)用已獲得了令人矚目的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和技術(shù)要求 1. 主要內(nèi)容該研究主要是根據(jù)學(xué)校教室照明的特點(diǎn)，利用PLC來實(shí)現(xiàn)

15、對照明的智能控制，達(dá)到節(jié)能的目的。分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩大部分。硬件電路設(shè)計(jì)主要包括PLC的選型、內(nèi)部電路圖設(shè)計(jì)和PLC外部接線設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)主要是對教室劃分區(qū)域以及實(shí)現(xiàn)對光電傳感器、人體存在傳感器的I/O分配。2. 技術(shù)要求1） 學(xué)生屬于特殊人群，他們的活動(dòng)時(shí)間及規(guī)律非常突出,因此在教室實(shí)行分時(shí)和分區(qū)的智能控制。2） 利用紅外傳感器來檢測是否有人體存在，實(shí)現(xiàn)智能控制。3） 針對光照是否充足的問題，利用光照傳感器來實(shí)現(xiàn)對照明用具的開和關(guān)。 2 智能照明控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)控制方案分析智能照明控制系統(tǒng)的主要組成部件有PLC、中間繼電器、照明燈和刀開關(guān)。并以人體和自然光強(qiáng)度作為

16、控制器的主要輸入?yún)?shù)，從而達(dá)到手動(dòng)與自動(dòng)控制相兼容。當(dāng)教室無人存在時(shí)，教室里所有的燈都能夠自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)光照達(dá)不到相應(yīng)要求并且教室有人存在超過一定時(shí)間時(shí)，燈都能自動(dòng)打開，直到人離開一段時(shí)間后，燈能做到自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)光照達(dá)到了設(shè)定要求且教室有人時(shí)，燈能夠自動(dòng)關(guān)閉。同時(shí)，學(xué)生的作息時(shí)間也是一個(gè)重要考慮因素。在某些特殊情況下，例如晚上11點(diǎn)后教室里還有人，這時(shí)智能照明系統(tǒng)就會(huì)采用手動(dòng)控制，關(guān)閉自動(dòng)控制器，比較人性化。 2.2 分區(qū)和分時(shí)控制方案的構(gòu)想在設(shè)計(jì)前，對教室的使用情況以及教室的采光系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和分析，掌握可靠資料。僅以池州學(xué)院博文樓三樓303教室為例進(jìn)行分析。因?yàn)樵摻淌覟閱蚊娌晒?，所以教室?/p>

17、各區(qū)域的光照強(qiáng)度會(huì)有明顯差異，而且基于學(xué)生的流動(dòng)性大以及就坐位置的不可預(yù)測等特點(diǎn)的原因，可將教室分為五個(gè)不同的區(qū)域，利用光照傳感器和紅外探測器對整個(gè)教室進(jìn)行分區(qū)控制。如圖1教室分區(qū)控制方圖如圖1所示。 講臺(tái)區(qū)域區(qū)域1（前排左）區(qū)域2(前排右)區(qū)域3（后排左）區(qū)域4（后排右） 圖1 傳感器在教室的分區(qū)控制圖 將紅外傳感器分別安裝在上述五個(gè)區(qū)域的上方，即可以有效地覆蓋該區(qū)域的檢測范圍，該區(qū)域的光傳感器被安裝在每一個(gè)區(qū)域的光照強(qiáng)度較暗的地方。對于有時(shí)需要使用多媒體課堂教學(xué)時(shí)，可在講臺(tái)上安裝手動(dòng)按鈕，在影片播放時(shí)給PLC提供信號(hào)來關(guān)閉教室燈光，播放結(jié)束后，再打開教室燈光。此外，還需要在上述五個(gè)區(qū)域內(nèi)分

18、別安裝一個(gè)光照傳感器，設(shè)置相應(yīng)動(dòng)作。安裝在每個(gè)區(qū)域的紅外探測器和光照傳感器都是獨(dú)立工作的，不影響對方工作狀態(tài)。對教室照明的智能控制，還需要分時(shí)控制。比如623點(diǎn)智能控制系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，而236點(diǎn)系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉，真正實(shí)現(xiàn)高效的節(jié)能。 2.3 智能照明控制系統(tǒng)的功能組成(1)智能照明控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成智能照明控制系統(tǒng)由系統(tǒng)單元，輸入單元和輸出單元三部分構(gòu)成。除電源設(shè)備外，每個(gè)單元都有對應(yīng)的唯一單元地址，并利用軟件設(shè)定其功能。各種形式的單元簡述如下：l 系統(tǒng)單元：系統(tǒng)主要對上述區(qū)域進(jìn)行相同的控制和信號(hào)采樣，子系統(tǒng)則對各區(qū)域分別實(shí)施具體的控制，從而實(shí)現(xiàn)信息連接。l 輸入單元：用于將外部控制信號(hào)轉(zhuǎn)變成

19、控制系統(tǒng)上數(shù)字信號(hào)，如可編程的多功能輸入開關(guān)、紅外線接收開關(guān)及紅外線遙控器等。調(diào)整照明，使亮度與周圍環(huán)境達(dá)到適宜的狀態(tài)，從而節(jié)約電能3。 l 輸出單元：將控制器輸出的信號(hào)用來控制對應(yīng)回路燈的亮滅，并且采用集中控制、分散執(zhí)行的方式，通過配置智能控制照明柜，安裝好自動(dòng)和手動(dòng)的切換開關(guān)，防止意外情況的發(fā)生。 (2)采用智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)l 節(jié)能效果較好：系統(tǒng)采用個(gè)性化的分時(shí)和分區(qū)控制，利用各種不同的預(yù)設(shè)置控制方式和控制元件，對于在不同環(huán)境下不同時(shí)間段內(nèi)的光照度進(jìn)行精確設(shè)置，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化和效率化管理教室燈光，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。該系統(tǒng)可利用最少的能源滿足所有教室的燈光照明需求，最大程度的節(jié)省電能

20、。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可節(jié)約學(xué)校所有照明用電的30%以上。l 增加照明用具的壽命： 通過采用智能照明控制系統(tǒng)來延長燈具壽命，不僅節(jié)約了大量的更換燈具的資金，而且減少了電燈的損壞老化而產(chǎn)生的人工維修費(fèi)用，降低了運(yùn)行成本，管理和維護(hù)變得更加簡單。l 提高工作效率，改善工作環(huán)境：智能照明控制系統(tǒng)能給工作者提供一個(gè)良好的工作環(huán)境，提高工作人員的工作效率。所以，我們更應(yīng)該合理地選擇照明燈具、光源以及采用良好的照明控制系統(tǒng)，提高照明質(zhì)量4。 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1 PLC的選型 由于S7-200系列PLC設(shè)計(jì)緊湊、擴(kuò)展能力豐富、可靠性高、操作便捷且具有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)和低廉的價(jià)格，能夠很好地滿足小規(guī)模的控制

21、要求，覆蓋所有與自動(dòng)檢測相關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、電力設(shè)施、環(huán)境保護(hù)等。S7-200系列PLC強(qiáng)大功能能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中還是相連網(wǎng)絡(luò)中，皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能5。采用西門子S7-200系列的PLC作為控制器，輸入信號(hào)主要來自以下五方面：啟動(dòng)開關(guān)、停止開關(guān)、投影開關(guān)、紅外探測器和光電傳感器，輸出信號(hào)主要來自教室各個(gè)區(qū)域的燈具。S7-200系列PLC的硬件包括S7-200CPU模塊、數(shù)字量I/O模塊、模擬量I/O模塊和通信模塊等6。S7-200的CPU共有兩個(gè)系列：CPU21×和CPU22×。CPU21×是S7-200的第一代產(chǎn)品，CPU22×

22、系列包括CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226等。本文采用CPU224，此模塊有14個(gè)輸入，10個(gè)輸出。I/O端子排可容易地整體拆卸7。在較高要求的控制系統(tǒng)中，輸入/輸出點(diǎn)更多，運(yùn)行速度更快，可完美地適應(yīng)于復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。紅外探測器和光照傳感器檢測信號(hào)并輸入PLC中。圖2為控制系統(tǒng)框圖。 圖2控制系統(tǒng)框圖 3.2 數(shù)據(jù)采集電路 教室里的光照情況以及教室里是否有相關(guān)人員的存在是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要對象，同時(shí)也是控制系統(tǒng)的主要輸入?yún)?shù)。在我們生活中，光敏二極管和光敏三極管是比較常見的環(huán)境光采集器件，由于光敏三極管具有高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，而且光敏三極管同時(shí)還具光敏二

23、極管的輸出特性有，所以，根據(jù)照明需求，系統(tǒng)采用高靈敏度的光敏三極管8?；跓後岆娦?yīng)的人體存在傳感器靈敏度較高且可靠性強(qiáng)，本文的控制系統(tǒng)采用的人體存在傳感器為低電平輸出的HP-208型號(hào)的。HP-208-N-L人體存在感應(yīng)模塊(低電平輸出)是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制產(chǎn)品, 具有高靈敏度以及可靠性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)門、自動(dòng)感應(yīng)烘干機(jī)、感應(yīng)沖水器、自動(dòng)感應(yīng)垃圾桶以及其他自動(dòng)感應(yīng)電器設(shè)備中。HP-208-N-L主要功能描述如下: 1.全自動(dòng)感應(yīng):在其所能感應(yīng)的范圍內(nèi)， 若有相關(guān)人員進(jìn)入，此時(shí)會(huì)輸出低電平。當(dāng)相關(guān)人員遠(yuǎn)離其感應(yīng)范圍時(shí)，此時(shí)會(huì)自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉低電平，輸出高電平，保持待機(jī)狀態(tài)。 2.光

24、敏電阻控制：在某些特殊情況下，例如在白天或者光照很強(qiáng)烈時(shí)，通過設(shè)置光敏電阻，傳感器不會(huì)發(fā)生相應(yīng)動(dòng)作。 3.具有感應(yīng)封鎖時(shí)間：當(dāng)有關(guān)人員進(jìn)入其感應(yīng)區(qū)域內(nèi)并產(chǎn)生低電平輸出，再經(jīng)過一段延時(shí)時(shí)間，延時(shí)結(jié)束后，為了使在此后的一段時(shí)間內(nèi)傳感器的感應(yīng)器不會(huì)對任何感應(yīng)信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)，傳感器的感應(yīng)模塊會(huì)設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間段，在此時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號(hào)9。4.觸發(fā)方式：a.可重復(fù)觸發(fā)方式：當(dāng)相關(guān)人員進(jìn)入其感應(yīng)范圍內(nèi)有低電平輸出后，如果還有人在此后的延時(shí)時(shí)間段內(nèi)繼續(xù)活動(dòng)，則其輸出將一直保持低電平，等全部人員離開感應(yīng)區(qū)域以后，低電平輸出才會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖捷敵觯籦.不可重復(fù)觸發(fā)方式:當(dāng)相關(guān)人員進(jìn)入其感應(yīng)范圍內(nèi)有低電

25、平輸出后，延時(shí)時(shí)間段一結(jié)束，低電平輸出狀態(tài)會(huì)轉(zhuǎn)而變成高電平輸出狀態(tài)。 3.3 環(huán)境光采集電路 如圖所示，圖3為環(huán)境光采集電路原理圖。當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)度大于規(guī)定程度時(shí)，光敏三極管D1呈現(xiàn)低阻態(tài)狀態(tài)即小于1K歐，NPN型三極管Q1的基極電壓升高，三極管Q1達(dá)到飽和狀態(tài)并導(dǎo)通，集電極一側(cè)輸出低電平。當(dāng)光強(qiáng)小于規(guī)定程度時(shí)，光敏三極管D1呈現(xiàn)高阻態(tài)狀態(tài)即100k歐，此時(shí)三極管Q1為截止?fàn)顟B(tài)，集電極一側(cè)輸出高電平。可變電阻R1大小可調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)R1的阻值，可使三極管Q1受環(huán)境光的影響在適合的亮度下導(dǎo)通。 圖3環(huán)境光采集電路原理圖 3.4 人體存在傳感器的工作原理紅外線廣泛存在于我們的日常生活中，如自然界中的各

26、種物體，像人體、火焰和冰等都會(huì)發(fā)出各種不同波長的紅外線，若要對其進(jìn)行檢測，可通過紅外傳感器。根據(jù)工作原理，紅外傳感器通常可分為兩種類型：熱型和量子型。熱型傳感器也可稱為熱釋電紅外傳感器。相對于量子型紅外傳感器來說，熱型紅外傳感器更加符合硬件系統(tǒng)的要求。熱型紅外傳感器不僅具有響應(yīng)的紅外線波長范圍寬和可工作于常溫下等優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，是最佳選擇。本控制系統(tǒng)采用的是熱釋電紅外傳感器，熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人體發(fā)出的特定波長紅外線的敏感元件，由它構(gòu)成的探測裝置一般在615米的距離之內(nèi)能準(zhǔn)確感測運(yùn)動(dòng)人體的存在10。熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，其具體

27、工作原理如下：人體的溫度一般在37左右，會(huì)發(fā)出10左右波長的紅外線。在紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當(dāng)有人體移動(dòng)時(shí)，熱釋電人體紅外傳感器感應(yīng)到人體溫度與背景溫度的差異信號(hào)，產(chǎn)生輸出信號(hào)。熱釋電紅外傳感器主要組成結(jié)構(gòu)為外殼、濾光片、電阻、結(jié)型場效應(yīng)管、熱釋電元件等，其中濾光片設(shè)置在窗口的目的是為了濾去無用的紅外線，轉(zhuǎn)而讓有用的紅外線進(jìn)入窗口。熱釋電人體紅外線傳感器的結(jié)構(gòu)和濾光窗的波長通帶范圍（814）決定了它可以抵抗可見光和大部分紅外線、環(huán)境及自身溫度變化的干擾，只對移動(dòng)的人體敏感11。 3.5 PLC的外部接線圖 圖4 PLC外部接線圖 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.1主程序流程圖 根據(jù)上述控制要求，圖5給

28、出了教室智能照明控制系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的主程序框圖。 圖5 主程序框圖 4.2 STEP7-Micro/WIN V 4.0編程軟件4.2.1 軟件介紹 STEP7-Micro/WIN作為S7-200系列PLC的專用編程軟件，功能強(qiáng)大、操作方便，而且支持全中文編程操作。STEP-Micro/WIN作為Windows平臺(tái)下的用戶編程軟件，主要具有以下功能。（1） 支持梯形圖（LAD)、指令表（STL)和功能圖(FBD)3種編程語言，可在三者之間隨時(shí)切換。（2） 在離線方式下（計(jì)算機(jī)不與PLC連接），可以對程序進(jìn)行創(chuàng)建、編輯、編譯和系統(tǒng)組態(tài)等工作。（3） 在在線方式下（計(jì)算機(jī)與PLC連接），可以上傳及下載

29、用戶程序、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)組態(tài)等工作。（4） 具有密碼保護(hù)功能，可以為CPU、用戶程序和項(xiàng)目文件設(shè)置密碼，以保護(hù)程序開發(fā)者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，防止未經(jīng)授權(quán)的操作。（5）指令導(dǎo)向功能，可以用指令向?qū)瓿蒔ID自整定、高速計(jì)數(shù)、脈沖輸出、以太網(wǎng)和數(shù)據(jù)記錄等功能。（6） 在編程之前進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，防止在編程的整個(gè)過程當(dāng)中出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤，比如語法，數(shù)據(jù)以及其他類型的錯(cuò)誤。 4.2.2 軟件界面STEP7-Micro/WIN的軟件界面由瀏覽條、菜單欄、指令樹、工具欄、局部變量表輸出窗口、狀態(tài)欄和程序編輯器組成，如圖6所示。 圖6 STEP7-Micro/WIN軟件界面 4.3 I/O地址分配系統(tǒng)輸入點(diǎn)及地址：啟動(dòng)開關(guān)

30、I0.0、停止開關(guān)I0.1、投影儀開關(guān)I0.2、光照探測器I0.3I0.7、紅外探測器I1.0I1.4。T37和T38作為定時(shí)器。為了減少輸出點(diǎn)數(shù)，一個(gè)區(qū)域作為一個(gè)輸出點(diǎn)，其地址為Q0.0Q0.4。表1為I/O地址分配表。 表1 I/O地址分配表輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)元件名稱地址編碼元件名稱地址編碼啟動(dòng)開關(guān)I0.0講臺(tái)區(qū)域燈Q0.0停止開關(guān)I0.1區(qū)域1燈Q0.1投影開關(guān)I0.2區(qū)域2燈Q0.2光照探測器I0.3I0.7區(qū)域3燈Q0.3紅外探測器I1.0I1.4區(qū)域4燈Q0.4 4.4 梯形圖程序 LD I0.0O M0.0AN I0.1= M0.0LDN T37A M0.0TON T37, 3000

31、LD T37LD C1CTU C1, 288LDW>= C1, 0AW< C1, 144= M0.1LDW>= C1, 144AW<= C1, 192= M0.2LDW>= C1, 192AW<= C1, 288= M0.3LDN M0.3A M0.0LPSLD I0.3A M0.1O M0.2ALDA I1.0AN T38= Q0.0LRDLD I0.4A M0.1O M0.2ALDA I1.1= Q0.1LRDLD I0.5A M0.1O M0.2ALDA I1.2= Q0.2LPPLD I0.6A M0.1O M0.2ALDA I1.3= Q0.3LP

32、P LDI0.7AM0.1OM0.2ALDAI1.4=Q0.4LDM0.0AI0.2TONT38 ，600 4.5 程序清單 網(wǎng)絡(luò)1 ：當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)I0.0閉合，中間繼電器M0.0即通電并自鎖，只有按下停止開關(guān)I0.1后，M0.0才斷開。網(wǎng)絡(luò)2和網(wǎng)絡(luò)3：M0.0在通電狀態(tài)時(shí)，計(jì)時(shí)器T37計(jì)時(shí)3000*100ms=5分鐘后，T37常開觸點(diǎn)閉合，計(jì)數(shù)器C1計(jì)數(shù)一次，網(wǎng)絡(luò)2中計(jì)時(shí)器T37常閉觸點(diǎn)斷開，等到T37常閉觸點(diǎn)重新閉合后，T37又重新計(jì)時(shí)，重復(fù)此過程，當(dāng)計(jì)數(shù)器C1計(jì)滿288次，288*5min=1440min=24h，計(jì)數(shù)器C1復(fù)位并重新開始計(jì)數(shù)。網(wǎng)絡(luò)4、5、6：為分時(shí)控制梯形圖程序，在系統(tǒng)仿

33、真運(yùn)行時(shí)，設(shè)定初始時(shí)間為6:00，即C1>=0時(shí)，當(dāng)計(jì)數(shù)器C1計(jì)數(shù)數(shù)值在0144之間，即從6：0018:00的時(shí)間段內(nèi)，中間繼電器M0.1都在處于導(dǎo)通狀態(tài)。另外，M0.2代表在18.0023.00的時(shí)間段內(nèi)保持導(dǎo)通狀態(tài)，M0.3代表在23.006.00時(shí)間段保持導(dǎo)通。但是要保證的是，在M0.1、M0.2、M0.3這3個(gè)時(shí)間段的繼電器之中，在任何時(shí)候只能有一個(gè)繼電器是導(dǎo)通狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)7：為本系統(tǒng)的輸出梯形圖程序，I1.0至I1.4為紅外探測器的控制觸點(diǎn)，I0.3至I0.7為光照探測器的控制觸點(diǎn)，教室5個(gè)區(qū)域的燈的控制觸點(diǎn)為Q0.0至Q0.4。本程序設(shè)計(jì)的工作過程和基本原理描述如下： 1）在6.0018.00時(shí)間段內(nèi)，常開觸點(diǎn)M0.1保持導(dǎo)通，若此時(shí)教室中的5個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)都存在人體，則各個(gè)區(qū)域的紅外探測器即會(huì)感應(yīng)到相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的人體，并使常開觸點(diǎn)I1.0至I1.4閉合，若教室中的五個(gè)區(qū)域光線較充足，光照探測器會(huì)讓常開觸點(diǎn)I0.3至I0.7處于斷開狀態(tài)，相反，如果光線不充足，光照探測器會(huì)使I0.3至I0.7閉合，所有回路也會(huì)因?yàn)楣庹盏母淖儚亩鴮?dǎo)通，在每個(gè)相對應(yīng)區(qū)域上的燈也會(huì)因?yàn)槌ｉ_觸點(diǎn)的閉合而引起連鎖反應(yīng)，從而點(diǎn)亮。當(dāng)某個(gè)區(qū)域的人員全部離開，該區(qū)域的紅外探測器會(huì)感應(yīng)到此刻的狀態(tài)，將信息發(fā)送回主控制器中處理，控制器控制常開觸點(diǎn)從而控制教室燈