智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)PAGEPAGE1摘要針對(duì)學(xué)校教學(xué)樓等各種場(chǎng)合照明系統(tǒng)電能浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象及對(duì)照明效果的要求，提出了一種節(jié)能控制的新方法，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約能源以及舒適照明的良好效果。為達(dá)到教學(xué)樓照明智能、節(jié)能的目的,本文設(shè)計(jì)了基于C51單片機(jī)的校園教學(xué)樓宇智能照明系統(tǒng),包括日光強(qiáng)度測(cè)量電路、熱釋電紅外人體測(cè)量電路、數(shù)字可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器和燈具及配套的軟件。系統(tǒng)以C51為控制核心,通過(guò)RS2485通信接口及RS2232/485電路完成與PC機(jī)通信,實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)教室工作狀態(tài)的監(jiān)控及工作參數(shù)的設(shè)置，并選用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)各教室照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化管理，實(shí)現(xiàn)了智能控制、節(jié)約能源的目標(biāo)。每個(gè)教室等場(chǎng)所的照明單獨(dú)控制，某個(gè)場(chǎng)所的照明系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題不會(huì)影響到其他場(chǎng)所的正常照明控制。每個(gè)照明場(chǎng)所的照明管理實(shí)現(xiàn)了智能控制與人工應(yīng)急控制相結(jié)合，在中央控制室可以對(duì)每個(gè)場(chǎng)所的照明進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照明場(chǎng)景轉(zhuǎn)換，配合學(xué)校各種照明場(chǎng)所的照明需要。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了智能控制與綠色照明，節(jié)約能源的完美結(jié)合，為學(xué)校節(jié)約能源的同時(shí)，也為學(xué)生，老師提供了良好的學(xué)習(xí)辦公環(huán)境，美化了校園，提高了校園的管理水平。測(cè)試結(jié)果表明,系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo),調(diào)光誤差低于5%,滿足教學(xué)樓照明要求。關(guān)鍵詞：智能控制雙元型熱釋電紅外傳感器綠色照明單片機(jī)AT89S52ABSTRACT智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。Basedonmanyoccasionssuchaslightingsystembuildingenergywasteisseriousphenomenonandtherequirementoflightingeffect,thispaperputsforwardanewmethodofsavingenergycontrol,realizetheenergysavingoflightingandcomfortablegoodeffect.Toachievetheteachingbuildinglightingintelligence,thepurposeofenergy-savingdesign,thispaperbasedonC51microcontrollercampusteachingbuildingintelligentlightingsystem,includingsunlightintensitymeasurementcircuitandpyroelectricinfraredhumanmeasurementcircuit,digitaladjustablephotoelectronballastandlampsandlanternsandrelatedsoftware.SystemwithC51ascontrolcore,RS2485throughcommunicationinterfaceandRS2232/485circuitandPCcommunications,realizetheworkingstatusofeachofthemonitoringandworkingparametersSettings,andrealizetheclassroomcomputernetworkmanagementoflightingsystem,intelligentcontrol,energysavinggoal.智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。Eachclassoftheplacesuchaslightingcontrolalone,aplaceoflightingsystemproblemswillnotaffectotherplacesnormallightingcontrol.Everyplaceofilluminationlightingandintelligentcontrolandmanagementoftheartificialemergencycontrol,combiningincentralcontrolroomineachplacecanreal-timemonitoringandcontrollighting,canrealizetheautomaticilluminationsceneconversion,coordinatestheschoolplacesoflightingillumination.Thedesignofthesystemrealizedintelligentcontrolandgreenlighting,theperfectcombinationofenergysaving,energysavingforschool,butalsoforthestudent,teacherprovidesagoodlearningenvironment,beautificationofficeofthecampus,improvethemanagementlevelofcampus.Testresultsshowthatthesystemdesign,technicalindexdimmingerrorlessthan5%,satisfybuildinglightingrequirements.KeyWords:IntelligentcontrolDualpyroelectricinfraredsensorGreenlightingMCUAT89S52目錄TOC\o"1-4"\h\z\u摘要 IABSTRACT I1緒論 12智能照明系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì) 22.1智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用前景 22.2照明控制的幾種方式 22.2.1傳統(tǒng)照明控制方式 3智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。2.2.2自動(dòng)照明控制方式 3智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。2.2.3智能照明控制方式 32.3智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)越性 42.3.1達(dá)到良好的節(jié)能效果，延長(zhǎng)燈具壽命 42.3.2改善工作環(huán)境，提高工作效率 42.3.3實(shí)現(xiàn)多種的照明效果 42.3.4提高管理水平 52.3.5較好的投資收益效果 52.4電氣照明節(jié)能因素的分析 53總體方案設(shè)計(jì) 73.1辦公樓建筑電氣照明節(jié)能的設(shè)計(jì)原則 73.2辦公樓建筑電氣照明節(jié)能的設(shè)計(jì)措施 83.2.1光源選擇原則 83.2.2燈具選擇原則 93.3照明配電 93.4方案論證 103.4.1方案一：采用ZigBee無(wú)線解決方案 103.4.2方案二：采用RS2485和RS2232標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合有線解決方案 113.5系統(tǒng)構(gòu)成 154校園照明控制系統(tǒng)的基本組成部分 174.1主控中心 174.2RLINK通訊裝置 174.3照明控制器 174.4可編程開(kāi)關(guān) 174.5紅外線感應(yīng)器（E5751L） 184.6照度傳感器 184.7電話通訊裝置 184.8蜂鳴器報(bào)警裝置 19智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。5系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 20智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。5.1日光強(qiáng)度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 205．2室內(nèi)進(jìn)出人數(shù)測(cè)量單元設(shè)計(jì) 215.2.1雙元型熱釋電紅外傳感器判斷人體運(yùn)動(dòng)方向的原理 215.2.2信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) 225.3無(wú)線遙控模塊電路 245.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 245．5控制、存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì) 255.6單片機(jī)及外圍電路 255.7基于人體特征檢測(cè)的智能照明設(shè)計(jì) 265.7.1設(shè)計(jì)思想 265.7.2人體特征檢測(cè)方法和數(shù)學(xué)模型的建立 275.7.3燈具亮度的算法 286系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 337校園各部分的具體設(shè)計(jì)方案 347.1教學(xué)樓 347.2圖書(shū)館 347.3體育館 357.4行政中心 357.5學(xué)校園區(qū) 357.6辦公走廊等公共場(chǎng)所 367.7多功能廳照明控制系統(tǒng) 368系統(tǒng)測(cè)試 379問(wèn)題討論 38結(jié)論 39致謝 40參考文獻(xiàn) 41智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。1緒論介紹智能照明系統(tǒng)及單片機(jī)1.1本課題的來(lái)源隨著全球能源問(wèn)題日益突出和我國(guó)科技經(jīng)濟(jì)逐步發(fā)展，節(jié)約能源已是世界發(fā)展的趨勢(shì)，而現(xiàn)代建筑物的能耗相當(dāng)大，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，建筑的能耗達(dá)整個(gè)國(guó)家能耗總量的30％，建筑物的能耗通常體現(xiàn)在建筑設(shè)備的能耗上。建筑物的設(shè)備能耗按不同類別劃分，照明及辦公設(shè)備用電占建筑設(shè)備用電的39％。建筑節(jié)能成為建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的重要方面。根據(jù)建設(shè)部確立的建筑節(jié)能要求的具體措施與發(fā)展方向,節(jié)能工作已在全國(guó)范圍內(nèi)全面啟動(dòng)、實(shí)施。能否降低建筑電氣照明能源標(biāo)準(zhǔn)，提高建筑電氣照明的能源利用率,是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。1.2課題研究的目的意義在照明領(lǐng)域，照明控制起到了重要的作用。傳統(tǒng)的照明控制是在靠近回路處加上開(kāi)關(guān)，由開(kāi)關(guān)來(lái)控制照明。很難達(dá)到“由管理室對(duì)全體照明實(shí)行成批監(jiān)視、控制”，“在現(xiàn)場(chǎng)也可以靈活控制照明”的要求。而智能照明系統(tǒng)是先進(jìn)、節(jié)能、便于管理的配線系統(tǒng)。世界經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)向國(guó)際化和高增值型方向發(fā)展信息行業(yè)和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)猛增信息時(shí)代的前進(jìn)步伐將越來(lái)越快傳統(tǒng)的工作經(jīng)濟(jì)遭到網(wǎng)絡(luò)知識(shí)經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)有力地挑戰(zhàn)；樓宇自動(dòng)化（BA）、通信自動(dòng)化(CA)、辦公自動(dòng)化(OA)、家庭自動(dòng)化(HA)飛速發(fā)展；人們的物質(zhì)與精神生活水平迅速提高,對(duì)工作和生活不斷地追求靈活、高效和舒適,對(duì)照明的要求也越來(lái)越高。因此傳統(tǒng)的照明控制技術(shù)受到了時(shí)代的強(qiáng)烈沖擊，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)不斷地滲入到照明控制系統(tǒng)中來(lái),所謂的“智能照明”技術(shù)隨之出現(xiàn)并迅速向前發(fā)展，以至形成未來(lái)照明發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。作為用電大戶的各總大、中、小學(xué)校，照明時(shí)間長(zhǎng)，照明場(chǎng)所多,照明用電超過(guò)本單位所有耗電量的40%。學(xué)校教學(xué)樓內(nèi)燈具大多采用手動(dòng)控制，即使嚴(yán)格管理，仍不可避免地出現(xiàn)忘記關(guān)燈的時(shí)候，教室出現(xiàn)“長(zhǎng)明燈”的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，造成巨大的能源浪費(fèi)。另外，因?yàn)榫€路及燈具選型的不足，很多教室的照明效果達(dá)不到國(guó)家要求的照明標(biāo)準(zhǔn)，這也是造成學(xué)生視力下降，影響學(xué)習(xí)效率的一大因素。因此把綠色照明，節(jié)約能源的觀念帶進(jìn)教學(xué)樓照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中具有十分重要的意義。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。1.3本文的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一種基于C51單片機(jī)的校園教學(xué)樓宇智能照明系統(tǒng)。首先通過(guò)對(duì)智能照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理出發(fā)，建立由日光強(qiáng)度測(cè)量電路、熱釋電紅外人體測(cè)量電路、數(shù)字可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器、燈具及配套的軟件構(gòu)成的照明系統(tǒng)整體方案。然后詳細(xì)描述智能照明系統(tǒng)涉及到的各種傳感器設(shè)計(jì)，提出以C51為控制核心，通過(guò)RS2485通信接口及RS2232/485電路完成與PC機(jī)通信組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)教室工作狀態(tài)的監(jiān)控及工作參數(shù)的設(shè)置，并選用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)各教室照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化管理，以實(shí)現(xiàn)智能控制、節(jié)約能源的目標(biāo)。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。

2智能照明系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。2.1智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用前景自1789年愛(ài)迪生發(fā)明碳絲白熾燈以來(lái)電光照明便與人們的生產(chǎn)、生活密不可分。發(fā)展至今，一方面，照明用電在國(guó)民用電總量中占到相當(dāng)?shù)谋嚷剩ㄒ话銥?0%～20%），對(duì)于建筑物而言,照明負(fù)荷一般約占整個(gè)建筑物用電負(fù)荷的30%左右，推廣節(jié)能照明對(duì)于提高能效,保護(hù)環(huán)境而言意義重大。另一方面，照明設(shè)計(jì)已由原來(lái)單純以照度、均勻度、眩光、顯色指數(shù)等物理量作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)指標(biāo),發(fā)展到綜合考慮人的視覺(jué)特性、舒適感、照明藝術(shù)等因素的總體效果評(píng)價(jià)。技術(shù)的進(jìn)步與社會(huì)的發(fā)展以及人們對(duì)照明越來(lái)越高的要求，促使照明系統(tǒng)向高效、節(jié)能、環(huán)保與靈活、舒適、人性化方向不斷進(jìn)步。照明控制系統(tǒng)也由傳統(tǒng)控制模式發(fā)展成為數(shù)字化、分布式、集成化的智能照明控制系統(tǒng)。作為現(xiàn)代建筑重要組成部分的照明系統(tǒng),面對(duì)不斷發(fā)展的需要,要求照明系統(tǒng)智能化,具備場(chǎng)景模式等復(fù)雜功能,便于控制、監(jiān)管,并能與安防、三表等系統(tǒng)集成。微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的縱深發(fā)展,照明控制技術(shù)面臨革命性的變革,變革所呈現(xiàn)的三大趨勢(shì)是:電子化—電子元器件替代傳統(tǒng)的機(jī)械式開(kāi)關(guān)；網(wǎng)絡(luò)化—網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)成為智能照明系統(tǒng)的技術(shù)平臺(tái)；集成化—系統(tǒng)集成技術(shù)平臺(tái)使照明、安防、上網(wǎng)成為一個(gè)整體解決方案。2.2照明控制的幾種方式根據(jù)光源的種類不同,照明控制一般可分為開(kāi)關(guān)控制和調(diào)光控制。對(duì)于熱輻射型光源,可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)光的功能,而對(duì)氣體放電燈來(lái)說(shuō),除了低功率的氣體放電燈配置可調(diào)光的電子鎮(zhèn)流器外,只能實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制的功能。在照明設(shè)計(jì)中,合理和正確地選用照明控制方式是實(shí)現(xiàn)照明藝術(shù)性和舒適性的有效手段,是達(dá)到綠色照明和節(jié)約能源的有效措施。照明控制方式多種多樣,按其實(shí)現(xiàn)方式大致可分為以下3種：2.2.1傳統(tǒng)照明控制方式智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。傳統(tǒng)照明控制方式主要以手動(dòng)控制為主,依靠供電回路中的手動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)控制回路的通斷,實(shí)現(xiàn)燈具的開(kāi)關(guān)控制;利用供電回路中的手動(dòng)調(diào)節(jié)元件來(lái)調(diào)節(jié)回路的電壓以實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制。傳統(tǒng)方式相對(duì)簡(jiǎn)單、有效、直觀,但它過(guò)多依賴手工操作整個(gè)系統(tǒng)相對(duì)分散,無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效地管理,其適時(shí)性和自動(dòng)化程度太低。傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)目前仍被廣泛使用,其基本結(jié)構(gòu)是動(dòng)力線根據(jù)設(shè)備控制需求進(jìn)行分線,用機(jī)械式開(kāi)關(guān)直接控制電源的開(kāi)與關(guān);其特點(diǎn)是動(dòng)力線與控制線重疊,不存在控制信息流的概念。此類照明系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單直觀,缺點(diǎn)是一旦完成后,系統(tǒng)就固定、無(wú)法再改動(dòng)。此外,要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制要求,如實(shí)現(xiàn)總控制模式或場(chǎng)景模式時(shí),布線量呈幾何級(jí)數(shù)增加,同時(shí)降低了系統(tǒng)的可靠性,并導(dǎo)致安裝費(fèi)用、維護(hù)工作量的增加。隨著大量智能樓寓住宅的推出,管理人員和住戶對(duì)照明系統(tǒng)提出形形色色的個(gè)性化要求,而傳統(tǒng)的照明控制對(duì)此無(wú)能為力。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。2.2.2自動(dòng)照明控制方式該控制方式利用DDC技術(shù)遙控?zé)艟叩拈_(kāi)關(guān),通常是控制中心發(fā)出信號(hào),通過(guò)直接數(shù)字控制器控制供電回路中接觸器的分、合,從而控制供電回路的通、斷,實(shí)現(xiàn)燈具開(kāi)關(guān)控制。采用該方式,解決了傳統(tǒng)控制方式的相對(duì)分散和無(wú)法有效管理等問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了照明控制的自動(dòng)化,但卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制功能,有很大的局限性。隨著人們對(duì)照明品質(zhì)的要求不斷提高，自動(dòng)照明控制方式同樣無(wú)法滿足現(xiàn)在越來(lái)越高的照明需求。2.2.3智能照明控制方式20世紀(jì)90年代初,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,辦公自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化的出現(xiàn),人們對(duì)照明控制提出了更高的要求,從而產(chǎn)生了智能照明控制方式。所謂智能照明控制,就是根據(jù)某一區(qū)域的功能、每天不同的時(shí)間、室內(nèi)外亮度或該區(qū)域的用途來(lái)自動(dòng)控制照明設(shè)備,能夠?qū)崿F(xiàn)集中統(tǒng)一管理與監(jiān)控的功能。結(jié)合現(xiàn)代照明技術(shù)和藝術(shù),實(shí)行科學(xué)的管理照明設(shè)備,讓人們不僅在一個(gè)照明技術(shù)參數(shù)指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求,而且舒適、明亮并富有藝術(shù)魅力的照明環(huán)境里工作和生活。智能照明控制是樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng),可以不再依賴于樓宇設(shè)備自動(dòng)管理系統(tǒng)而獨(dú)立運(yùn)行。它不僅可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制和調(diào)光控制,還可以預(yù)設(shè)許多燈光場(chǎng)景,根據(jù)時(shí)間、場(chǎng)所的功能、室內(nèi)外照度自動(dòng)調(diào)整場(chǎng)景。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。從智能照明控制系統(tǒng)的組成方式看,主要有總線型、電力線載波型、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)型等。例如在市場(chǎng)中出現(xiàn)的澳大利亞奇勝C2Bus總線、ABB公司的i2bus總線、邦奇Dynet總線、Philips的DALI總線、日本松下的HBS總線以及X210的電力線載波協(xié)議等。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。2.3智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)越性2.3.1達(dá)到良好的節(jié)能效果，延長(zhǎng)燈具壽命節(jié)能是照明控制系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的樓宇公共區(qū)域照明工作模式，只能是白天關(guān)燈，晚上開(kāi)燈。而采用了智能照明控制系統(tǒng)后，我們可以根據(jù)不同場(chǎng)合、不同的人流量，進(jìn)行時(shí)間段、工作模式的細(xì)分，把不必要的照明關(guān)掉，在需要時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟。同時(shí)，系統(tǒng)還能充分利用自然光，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)照度?？刂葡到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)了不同工作場(chǎng)合的多種照明工作模式，在保證必要照明的同時(shí)，有效減少了燈具的工作時(shí)間，節(jié)省了不必要的能源開(kāi)支，也延長(zhǎng)了燈具的壽命。智能照明控制系統(tǒng)借助各種不同的“預(yù)設(shè)置”控制方式和控制元件，對(duì)不同時(shí)間不同環(huán)境的光照度進(jìn)行精確設(shè)置和合理管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這種自動(dòng)調(diào)節(jié)照度的方式，充分利用室外的自然光，只有當(dāng)必需時(shí)才把燈點(diǎn)亮或點(diǎn)到要求的亮度，利用最少的能源保證所要求的照度水平，節(jié)電效果十分明顯，一般可達(dá)30%以上。2.3.2改善工作環(huán)境，提高工作效率良好的工作環(huán)境是提高工作效率的一個(gè)必要條件。合理地選用光源、燈具及性能優(yōu)越的照明控制系統(tǒng)，都能提高照明質(zhì)量。智能照明控制系統(tǒng)以調(diào)光模塊控制面板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的平開(kāi)關(guān)控制燈具，可以有效地控制各房間內(nèi)整體的照度值，從而提高照度均勻性。同時(shí)，這種控制方式內(nèi)所采用的電氣元件也解決了頻閃效應(yīng)，不會(huì)使人產(chǎn)生不舒適、頭昏腦脹、眼睛疲勞的感覺(jué)。2.3.3實(shí)現(xiàn)多種的照明效果多種照明控制方式，可以使同一建筑物具備多種藝術(shù)效果，為建筑增色不少。現(xiàn)代建筑物中，照明不單純地為滿足人們視覺(jué)上的明暗效果，更應(yīng)具備多種的控制方案，使建筑物更加生動(dòng)，藝術(shù)性更強(qiáng)，給人豐富的視覺(jué)效果和美感。一棟建筑物中，室外景觀照明、泛光照明可以預(yù)設(shè)為春夏秋冬四季變化，周末節(jié)假日?qǐng)鼍?，大型慶典場(chǎng)景；會(huì)客廳、會(huì)議室等可以預(yù)設(shè)會(huì)議、投影、會(huì)間休息等不同場(chǎng)景。在傳統(tǒng)的人工控制方式下，難以實(shí)現(xiàn)如此多種多樣的照明效果。2.3.4提高管理水平智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。智能照明控制系統(tǒng)是以自動(dòng)控制為主、人工控制為輔的系統(tǒng)。在一般的情況下，不需要有人的參與，照明系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)和調(diào)光功能。既大大減少了管理人員的數(shù)量，也排除了由于人為因素而出現(xiàn)的不定時(shí)開(kāi)關(guān)，影響學(xué)校的正常教學(xué)、生活秩序的情況出現(xiàn)。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。2.3.5較好的投資收益效果智能照明控制系統(tǒng)在節(jié)能和節(jié)省燈具使用的同時(shí)，有效節(jié)省了電費(fèi)與管理費(fèi)用的支出。根據(jù)一般的辦公大樓運(yùn)營(yíng)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，節(jié)能效果能達(dá)到40％以上，一般的商場(chǎng)、酒店、地鐵站等節(jié)能效果也能達(dá)到25％~30％；學(xué)校在這方面還沒(méi)有得到具體的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但根據(jù)分析，效果還是令人滿意的。2.4電氣照明節(jié)能因素的分析電氣照明設(shè)施的耗電量可表示為（2-1）（2-2）式中W———電氣照明設(shè)備耗電量(kWh)T———照明設(shè)備使用時(shí)間(h)Pr———配套照明設(shè)備的損耗功率(kW)Pl———配電線路與開(kāi)關(guān)設(shè)備的損耗功率(kW)Ps———光源由電能轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光所消耗的功率(kW)Φ———光通量(lm)η———發(fā)光效率(lm/W)由光通量公式可知(2-3)式中Emin———標(biāo)準(zhǔn)照度的最低值或工作面上的最低照度值(lx)Z———最低照度系數(shù)S———房間面積(m2)k———照度補(bǔ)償系數(shù)KU———光通量利用系數(shù)N———燈具效率智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。從式(2-1)、(2-2)、(2-3)可知,照明設(shè)備的耗電量與T、Pr、Pl、η、Emin、Z、S、k、KU、N等因素有關(guān)。在進(jìn)行照明節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí),充分利用這些系數(shù)(或適當(dāng)處理)可以節(jié)約大量電能。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。(1)Pr是光源配套的電器附件(鎮(zhèn)流器等)的損耗功率,通常選用節(jié)能型電感式鎮(zhèn)流器或電子鎮(zhèn)流器來(lái)減少能耗。(2)Pl是配電線路與開(kāi)關(guān)設(shè)備的損耗功率。保證電壓質(zhì)量,降低線路阻抗,選擇質(zhì)量好的開(kāi)關(guān),能避免不必要的損耗。(3)η是研究和選擇光源的重要標(biāo)志之一。白熾燈:10～20lm/W;熒光燈:50～90lm/W;高壓汞燈:40～60lm/W;高壓鈉燈:80～140lm/W。根據(jù)各光源的發(fā)光效率和工程具體情況來(lái)選擇有利于節(jié)能的光源,是設(shè)計(jì)的基本原則。(4)Emin是標(biāo)準(zhǔn)照度的最小值。在規(guī)范中已明確規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)照度值,設(shè)計(jì)時(shí)可參考此值。(5)Z、KU、N都是燈具的指標(biāo)。一般選用效率高于70%、各項(xiàng)指標(biāo)衰減速度慢的燈具。(6)照度補(bǔ)償系數(shù)k取決于環(huán)境。保持環(huán)境清潔,做好燈具擦洗維護(hù),也是節(jié)能的一部分。(7)掌握照明設(shè)備使用時(shí)間是節(jié)能的關(guān)鍵。3總體方案設(shè)計(jì)3.1辦公樓建筑電氣照明節(jié)能的設(shè)計(jì)原則1)在保證照明質(zhì)量的前提下,提高整個(gè)照明系統(tǒng)效率,節(jié)約照明用電。2)照度標(biāo)準(zhǔn)值、照明均勻度、統(tǒng)一眩光指數(shù)(URG)、光色、照明功率密度值(LPD)、能效指標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)值的綜合要求應(yīng)符合GB50034—2004《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》。3)遵循規(guī)范中規(guī)定的各項(xiàng)照明指標(biāo),如表3-1所示。其中照明功率密度值(LPD)是照明節(jié)能的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。不同種類的場(chǎng)所有不同的功率密度值,各房間或場(chǎng)所的照明功率密度值不應(yīng)大于規(guī)范中規(guī)定的值。4)選擇合適的照明方式。會(huì)議室、開(kāi)標(biāo)室、多功能廳等要求高照度的場(chǎng)所,選用混合照明的方式;辦公室等工作位置密集的場(chǎng)所,選用一般的照明方式。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。5)達(dá)到綠色照明工程。綠色照明是通過(guò)科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)方法,采用高效率照明光源、燈具和電器附件,以節(jié)約能源,保護(hù)環(huán)境,增強(qiáng)公眾節(jié)能、環(huán)保意識(shí),建立優(yōu)質(zhì)高效、經(jīng)濟(jì)舒適、安全可靠、保護(hù)身心健康的照明環(huán)境,以提高人們的生活質(zhì)量和工作效率。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。在建立優(yōu)質(zhì)高效的照明環(huán)境基礎(chǔ)上,實(shí)施綠色照明。良好的照明質(zhì)量是綠色照明的重要內(nèi)容之一。照明質(zhì)量主要包括良好的顯色性能、相宜的色溫、較小的眩光、較好的照度均勻度、舒適的亮度比、優(yōu)質(zhì)高效的照明器材,是實(shí)施綠色照明的重要因素,而光源又是其中的第一要素。高效光源有多種類型,如直管熒光燈、緊湊型熒光燈和高強(qiáng)度氣體放電燈(HID),其特點(diǎn)不同,應(yīng)用場(chǎng)所也不同,都應(yīng)給予重視。除光源外,還有燈具和與光源配套的電器附件(如鎮(zhèn)流器等),這些對(duì)提高照明系統(tǒng)效率和照明質(zhì)量都具有重要意義。不僅要注重節(jié)能本身,更要注重保護(hù)環(huán)境,這樣才能做到真正意義上的綠色照明。降低能耗,減少發(fā)電導(dǎo)致的有害氣體的排放,降低制燈的有害物質(zhì)量(如汞、熒光粉等),建立燈管的回收制度,降低燈具、電器附件的耗材量等,都直接或間接影響到環(huán)境的保護(hù)。重視照明工程設(shè)計(jì)以及重視對(duì)優(yōu)質(zhì)高效的照明器材的維護(hù)、管理。工程設(shè)計(jì)是制訂總體方案、統(tǒng)管全局的要素。設(shè)計(jì)時(shí)要合理確定照度及照明方式,正確選用適宜的光源、燈具,合理布置,保證照明質(zhì)量。如果設(shè)計(jì)不合理,則優(yōu)質(zhì)的照明器材不能發(fā)揮最有效的作用,降低了照明效果。此外,在運(yùn)行使用中,還應(yīng)進(jìn)行科學(xué)、合理的維護(hù)與管理,以達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。表3-1各項(xiàng)照明指標(biāo)智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。房間或場(chǎng)所參考平面及其高度照度標(biāo)準(zhǔn)值/lxURG顯色指數(shù)RaLPD∕(W∕m2)現(xiàn)行值目標(biāo)值辦公室、會(huì)議室0.75m水平面300/lx1980119展示大廳大堂0.75m水平面300/lx22801311多功能廳0.75m水平面300/lx22801815餐廳0.75m水平面200/lx22801311接待室、前臺(tái)0.75m水平面300/lx—80119文件整理、復(fù)印、發(fā)行室0.75m水平面300/lx—80119資料、檔案室0.75m水平面200/lx—8087自動(dòng)扶梯地面150/lx—60——電梯前廳地面150/lx—80——休息室地面100/lx2280——儲(chǔ)藏室地面100/lx—60——衛(wèi)生間、浴室地面75/lx—60——車庫(kù)地面75/lx2860——變配電室地面200/lx—608—水泵房等設(shè)備用房地面100/lx—605—3.2辦公樓建筑電氣照明節(jié)能的設(shè)計(jì)措施3.2.1光源選擇原則1)滿足場(chǎng)所使用對(duì)顯色性的要求,選擇合適的色溫。2)采用高效光源。燈的效率是指所消耗的電能中有多少可轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)光。燈的效率越高,達(dá)到同一照度時(shí)就越省電,如白熾燈發(fā)光效率為15lm/W,三基色熒光燈發(fā)光效率為90lm/W。因此在可以采用熒光燈的場(chǎng)所應(yīng)盡量不采用白熾燈。3)光源發(fā)光穩(wěn)定。包括限制電壓波動(dòng)和偏移造成的光通變化,以及電源交變導(dǎo)致的頻閃;且光源應(yīng)有良好的啟點(diǎn)特性。4)使用壽命長(zhǎng),性價(jià)比高。3.2.2燈具選擇原則1)選擇發(fā)光效率(η)高的燈具。η取決于反射器形狀和材料、出光口大小、漫射罩或格柵形狀和材料。2)燈具配光應(yīng)適應(yīng)場(chǎng)所條件,按室空間比(RCR)選擇燈具的配光,以提高利用系數(shù)。3)眩光限制符合使用場(chǎng)所要求。4)符合環(huán)境條件的IP等級(jí)。5)選用光通維持率高的燈具,涉及反射面、漫射罩、透光罩材料抗老化、防靜電性能及維修性能。3.3照明配電1.穩(wěn)定電壓。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。當(dāng)光源端電壓升高時(shí)、電耗增加,設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮采取穩(wěn)定電壓措施。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。1)采用照明專用變壓器,必要時(shí)自動(dòng)穩(wěn)壓。2)與電力負(fù)荷共用變壓器時(shí),應(yīng)避開(kāi)沖擊性負(fù)荷對(duì)照明的影響。2.降低線路阻抗,選用適當(dāng)截面的高質(zhì)量線纜。3.采用照明智能控制系統(tǒng)。照明智能控制系統(tǒng)是一個(gè)總線型或局域網(wǎng)型的智能控制系統(tǒng)。所有的單元器件(除電源外)均內(nèi)置微處理器和存儲(chǔ)單元,由信號(hào)總線(雙絞線或光纖)連接成網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)單元均設(shè)置惟一的單元地址,通過(guò)軟件設(shè)定其功能輸出單元控制各回路負(fù)載。輸入單元通過(guò)群組地址和輸出組件建立對(duì)應(yīng)聯(lián)系。當(dāng)有輸入時(shí),輸入單元將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭偩€信號(hào)在控制系統(tǒng)總線上廣播。所有的輸出單元接收并作出判斷,控制相應(yīng)回路輸出。系統(tǒng)通過(guò)總線連接成網(wǎng)。照明智能控制系統(tǒng)通常由調(diào)光模塊、開(kāi)關(guān)模塊、控制面板、液晶顯示觸摸屏、智能傳感器、編程插口、時(shí)間管理模塊、手持式編程器和監(jiān)控機(jī)等部件組成。微照明智能控制系統(tǒng)根據(jù)某一區(qū)域的功能、每天不同的時(shí)間、室外光亮度或該區(qū)域的用途來(lái)自動(dòng)控制照明,其中最重要的一點(diǎn)就是可進(jìn)行預(yù)設(shè),即將照明亮度根據(jù)一系列設(shè)置的功能進(jìn)行調(diào)節(jié)。這些設(shè)置也稱為場(chǎng)景,可由調(diào)光器系統(tǒng)或樓宇自控系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用。通過(guò)對(duì)這些場(chǎng)景的控制,達(dá)到降低光輸出、節(jié)約電能等目的。照明智能控制系統(tǒng)一般可作為樓宇自控系統(tǒng)(BAS)的子系統(tǒng),應(yīng)與BAS有接口。公共區(qū)域的照明也可直接由BAS控制。3.4方案論證新校園的建設(shè)要適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展，應(yīng)引入智能化的概念。在傳統(tǒng)的樓宇自控系統(tǒng)（BA）中，一般只包括了綜合布線、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、安防、消防、閉路電視監(jiān)控等子系統(tǒng)。照明控制系統(tǒng)可以與樓宇自控系統(tǒng)（BA）系統(tǒng)集成。提供與樓宇自控系統(tǒng)（BA）系統(tǒng)連接的接口協(xié)議和軟件協(xié)議，集成到樓宇自控系統(tǒng)（BA）中，便于樓宇智能化的集中管理和子系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)。照明控制系統(tǒng)也可以單獨(dú)建立一個(gè)系統(tǒng)，使用專門的通訊裝置和編程監(jiān)控軟件，以便設(shè)置更理想、更靈活的控制方案。一般的商業(yè)樓宇，系統(tǒng)集成是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。但對(duì)學(xué)校而言，把照明控制系統(tǒng)獨(dú)立出來(lái)，一方面更便于整個(gè)校區(qū)各樓字照明控制的通訊和統(tǒng)一管理；另一方面，控制系統(tǒng)也可以把一些小功率用電設(shè)備(如電扇、通風(fēng)口等)的控制納入其中，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)基于節(jié)約經(jīng)費(fèi)并可實(shí)現(xiàn)較好的控制效果出發(fā)，作為集散控制系統(tǒng)的一個(gè)典型事例，設(shè)計(jì)了無(wú)線及有線兩套系統(tǒng)集成方案。3.4.1方案一：采用ZigBee無(wú)線解決方案智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。1)ZigBee簡(jiǎn)介智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。Zigbee技術(shù)是隨著工業(yè)自動(dòng)化對(duì)于無(wú)線通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蠖a(chǎn)生的，Zigbee網(wǎng)絡(luò)省電、可靠、成本低、容量大、安全，可廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)控制領(lǐng)域。Zigbee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，十分類似現(xiàn)有的移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊類似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基站，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間可以進(jìn)行相互通信；每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75米，到擴(kuò)展后的幾百米，甚至幾公里；另外整個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡(luò)連接。2)ZigBee協(xié)議提供了創(chuàng)建多達(dá)65536個(gè)節(jié)點(diǎn)的自組織、低數(shù)據(jù)率網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的功能。存在著不同的ZigBee節(jié)點(diǎn)類型。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)位標(biāo)器，它包含了網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的信息，形成網(wǎng)絡(luò)，并向終端設(shè)備分配地址。終端設(shè)備接收控制輸入并提供狀態(tài)信息。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以選擇承擔(dān)路由器的功能，它將擴(kuò)展最大通信距離。ZigBee最主要的優(yōu)勢(shì)之一在于，它保證了與其他設(shè)備之間的互操作性。所有的ZigBee產(chǎn)品都必須經(jīng)過(guò)測(cè)試和鑒定，而且存在標(biāo)準(zhǔn)的控制配置文件，包括一份用于照明的配置文件。這些配置文件定義了用于應(yīng)用的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但是不存在指令集，對(duì)于該應(yīng)用如何使用數(shù)據(jù)將由開(kāi)發(fā)人員來(lái)決定。例如，ZigBee照明配置文件包括了一張表格，表格中的標(biāo)準(zhǔn)變量存放著照明亮度傳感器、占位傳感器、燈具照明亮度等狀態(tài)。典型的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（參見(jiàn)圖3.1）由一個(gè)2.4GHz的802.15.4收發(fā)器和一個(gè)MCU組成。所實(shí)現(xiàn)的ZigBee節(jié)點(diǎn)類型將決定協(xié)議棧所需要的代碼空間，從RFD終端設(shè)備需要的20KB到全功能位標(biāo)器所需要的40KB。ZigBee棧在每臺(tái)燈具處需要更多的電子開(kāi)銷；需要更大、帶有更多程序存儲(chǔ)的MCU以及一個(gè)802.15.4收發(fā)器；需要額外的軟件來(lái)處理照明命令以及狀態(tài)信息的請(qǐng)求。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。圖3.1ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。3.4.2方案二：采用RS2485和RS2232標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合有線解決方案RS485通信協(xié)議介紹：1)rs485通信協(xié)議RS485主從式多機(jī)通訊協(xié)議：此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請(qǐng)求訪問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程，如何回應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息按本協(xié)議發(fā)出。(1)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)輸控制器通信使用主—從技術(shù)，即僅一設(shè)備（主設(shè)備）能初始化傳輸（查詢）。其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨(dú)通信，從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則從設(shè)備不作任何回應(yīng)。協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯(cuò)誤檢測(cè)域。從設(shè)備回應(yīng)消息也由協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯(cuò)誤檢測(cè)域。如果在消息接收過(guò)程中發(fā)生一錯(cuò)誤(無(wú)相應(yīng)的功能碼)，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯(cuò)誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。(2)在對(duì)等類型網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)輸在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)上，控制器使用對(duì)等技術(shù)通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。這樣在單獨(dú)的通信過(guò)程中，控制器既可作為主設(shè)備也可作為從設(shè)備。在消息位，本協(xié)議仍提供了主—從原則，盡管網(wǎng)絡(luò)通信方法是“對(duì)等”。如果一控制器發(fā)送一消息，它只是作為主設(shè)備，并期望從設(shè)備得到回應(yīng)。同樣，當(dāng)控制器接收到一消息，它將建立一從設(shè)備回應(yīng)格式并返回給發(fā)送的控制器。2)傳輸方式控制器能設(shè)置傳輸模式為RS485串行傳輸，通信參數(shù)為9600，n，8,1。在配置每個(gè)控制器的時(shí)候，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的串口參數(shù)。地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)1…….數(shù)據(jù)nCRC字節(jié)每個(gè)字節(jié)的位1個(gè)起始位8個(gè)數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送1個(gè)停止位錯(cuò)誤檢測(cè)域·CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。3)消息幀智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。(1)幀格式傳輸設(shè)備將消息轉(zhuǎn)為有起點(diǎn)和終點(diǎn)的幀，這就允許接收的設(shè)備在消息起始處開(kāi)始工作，讀地址分配信息，判斷哪一個(gè)設(shè)備被選中（廣播方式則傳給所有設(shè)備），判知何時(shí)信息已完成。錯(cuò)誤消息也能偵測(cè)到并能返回結(jié)果。消息發(fā)送至少要以10ms時(shí)間的停頓間隔開(kāi)始。傳輸?shù)牡谝粋€(gè)域是設(shè)備地址。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)總線，包括停頓間隔時(shí)間內(nèi)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)域（地址域）接收到，每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行解碼以判斷是否發(fā)往自己的。在最后一個(gè)傳輸字符之后，一個(gè)至少10ms時(shí)間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束。一個(gè)新的消息可在此停頓后開(kāi)始。整個(gè)消息幀必須作為一連續(xù)的流轉(zhuǎn)輸。如果在幀完成之前有超過(guò)5ms時(shí)間的停頓時(shí)間，接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域。同樣地，如果一個(gè)新消息在小于5ms的時(shí)間內(nèi)接著前個(gè)消息開(kāi)始，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。這將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)樵谧詈蟮腃RC域的值不可能是正確的。一典型的消息幀如下所示：起始間隔設(shè)備地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量及數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)結(jié)束(2)地址域消息幀的地址域包含一個(gè)字符8Bit?？赡艿膹脑O(shè)備地址是0…247(十進(jìn)制)。單個(gè)設(shè)備的地址范圍是1…247。主設(shè)備通過(guò)將要聯(lián)絡(luò)的從設(shè)備的地址放入消息中的地址域來(lái)選通從設(shè)備。當(dāng)從設(shè)備發(fā)送回應(yīng)消息時(shí)，也把自己的地址放入回應(yīng)的地址域中，以便主設(shè)備知道是哪一個(gè)設(shè)備作出回應(yīng)。地址0是用作廣播地址，以使所有的從設(shè)備都能認(rèn)識(shí)。(3)如何處理功能域消息幀中的功能代碼域包含了一個(gè)字符8Bits?？赡艿拇a范圍是十進(jìn)制的1…255。當(dāng)然，有些代碼是適用于所有控制器，有此是應(yīng)用于某種控制器，還有些保留以備后用。當(dāng)消息從主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備時(shí)，功能代碼域?qū)⒏嬷畯脑O(shè)備需要執(zhí)行哪些行為。例如去讀取當(dāng)前檢測(cè)參量的值或開(kāi)關(guān)狀態(tài)，讀從設(shè)備的診斷狀態(tài)，允許調(diào)入、記錄、校驗(yàn)在從設(shè)備中的程序等。當(dāng)從設(shè)備回應(yīng)時(shí)，它使用功能代碼域來(lái)指示是正常回應(yīng)(無(wú)誤)還是有某種錯(cuò)誤發(fā)生（稱作異議回應(yīng)）。對(duì)正?；貞?yīng)，從設(shè)備僅回應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。對(duì)異議回應(yīng)，從設(shè)備返回一等同于正常代碼的代碼，但功能代碼的最高位為邏輯1。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。例如：一從主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備的消息要求讀一組保持寄存器，將產(chǎn)生如下功能代碼：00000011（十六進(jìn)制03H）對(duì)正?；貞?yīng)，從設(shè)備僅回應(yīng)同樣的功能代碼。對(duì)異議回應(yīng)，它返回：10000011（十六進(jìn)制83H）除功能代碼因異議錯(cuò)誤作了修改外，從設(shè)備將一獨(dú)特的代碼放到回應(yīng)消息的數(shù)據(jù)域中，這能告訴主設(shè)備發(fā)生了什么錯(cuò)誤。主設(shè)備應(yīng)對(duì)程序得到異議的回應(yīng)后，典型的處理過(guò)程是重發(fā)消息，或者診斷發(fā)給從設(shè)備的消息并報(bào)告給操作員。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。(4)數(shù)據(jù)域從主設(shè)備發(fā)給從設(shè)備消息的數(shù)據(jù)域包含附加的信息：從設(shè)備用于進(jìn)行執(zhí)行由功能代碼所定義的行為所必須的數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有錯(cuò)誤發(fā)生，從設(shè)備返回的數(shù)據(jù)域包含請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。如果有錯(cuò)誤發(fā)生，此域包含一異議代碼，主設(shè)備應(yīng)用程序可以用來(lái)判斷采取下一步行動(dòng)。在某種消息中數(shù)據(jù)域可以是0長(zhǎng)度。例如，主設(shè)備要求從設(shè)備回應(yīng)通信事件記錄，從設(shè)備回應(yīng)不需任何附加的信息。數(shù)據(jù)域最長(zhǎng)為70字節(jié)。(5)錯(cuò)誤檢測(cè)域錯(cuò)誤檢測(cè)域包含一字節(jié)8Bits。錯(cuò)誤檢測(cè)域的內(nèi)容是通過(guò)對(duì)消息內(nèi)容進(jìn)行循環(huán)冗長(zhǎng)檢測(cè)方法得出的。CRC域附加在消息的最后，故CRC字節(jié)是發(fā)送消息的最后一個(gè)字節(jié)。4)錯(cuò)誤檢測(cè)方法(1)超時(shí)檢測(cè)用戶要給主設(shè)備配置一預(yù)先定義的超時(shí)時(shí)間間隔，這個(gè)時(shí)間間隔要足夠長(zhǎng)，以使任何從設(shè)備都能作為正常反應(yīng)。如果從設(shè)備檢測(cè)到一傳輸錯(cuò)誤，消息將不會(huì)接收，也不會(huì)向主設(shè)備作出回應(yīng)。這樣超時(shí)事件將觸發(fā)主設(shè)備來(lái)處理錯(cuò)誤。發(fā)往不存在的從設(shè)備的地址也會(huì)產(chǎn)生超時(shí)。(2)CRC檢測(cè)CRC域是一個(gè)字節(jié)，檢測(cè)了整個(gè)消息的內(nèi)容。它由傳輸設(shè)備計(jì)算后加入到消息中。接收設(shè)備重新計(jì)算收到消息的CRC，并與接收到的CRC域中的值比較，如果兩值不同，則有誤，從設(shè)備對(duì)本消息不作回應(yīng)。通訊網(wǎng)絡(luò)只設(shè)有一個(gè)主機(jī)，所有通信都由他發(fā)起。網(wǎng)絡(luò)可支持254個(gè)之多的遠(yuǎn)程從屬控制器，但實(shí)際所支持的從機(jī)數(shù)要由所用通信設(shè)備決定。5)系統(tǒng)以單片機(jī)C51為核心，是分布式、總線型的智能照明系統(tǒng)。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。系統(tǒng)中有若干照明單元(即燈具),每個(gè)照明單元都有自己的環(huán)境檢測(cè)、控制及與上位機(jī)通信接口,有獨(dú)立的總線地址。照明單元的環(huán)境檢測(cè)由熱釋電傳感器模塊完成,用于檢測(cè)該單元所在區(qū)域內(nèi)是否有人;與上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信采用RS2485和RS2232標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的方案。在教室前面的照明單元還配備了無(wú)線遙控模塊,配合教師授課使用,可方便地根據(jù)需要調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)度。整個(gè)教室配備了一個(gè)日光照度檢測(cè)模塊,該模塊采用光敏電阻作為傳感器，配合A/D實(shí)現(xiàn)日光照度的檢測(cè)功能,把日光照度數(shù)據(jù)送給PC機(jī)與單片機(jī),以做出正確控制動(dòng)作。系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是數(shù)字可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器，用來(lái)控制燈的亮度或亮滅。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。綜合考慮本次設(shè)計(jì)的要求及從節(jié)約成本的角度出發(fā)，采用ZigBee的無(wú)線解決方案需要更多的電子開(kāi)銷并且管理較為復(fù)雜，且采用RS-485的有線方案技術(shù)較為成熟，故選擇方案二作為本次的系統(tǒng)集成方案。3.5系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成主要包括時(shí)間電路和室內(nèi)光照度及人數(shù)檢測(cè)。1)時(shí)間電路。教學(xué)樓區(qū)別于一般建筑物的顯著特點(diǎn)是使用時(shí)間集中，非使用時(shí)間關(guān)閉照明設(shè)備電源，大力節(jié)約能源。2)室內(nèi)光照度檢測(cè)和人數(shù)檢測(cè)。在使用時(shí)間段如果光照度能夠滿足我國(guó)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034－2004），系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉照明設(shè)備所有電源；如果光照度不能夠滿足照明標(biāo)準(zhǔn)，教室沒(méi)有人，系統(tǒng)同樣關(guān)閉電源；如果教室有人，系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟適當(dāng)?shù)臒艟呓M數(shù)。根據(jù)教室座位數(shù)的多少將燈具分成4組（120個(gè)座位左右）或6組（180個(gè)座位左右），每組燈具的數(shù)目和布局根據(jù)室內(nèi)實(shí)際情況進(jìn)行合理設(shè)置，對(duì)燈具的開(kāi)關(guān)操作按組為單位進(jìn)行操作。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖3.2所示，由N個(gè)教室、RS485網(wǎng)絡(luò)以及PC機(jī)軟件平臺(tái)構(gòu)成。教教室2教室……教室NRS232—RS485轉(zhuǎn)換器PC機(jī)軟件平臺(tái)教室1圖3.2系統(tǒng)總體框圖智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。安裝于控制中心的電腦控制著整個(gè)智能照明系統(tǒng)的電源，并且可以根據(jù)RS485網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)教學(xué)樓照明系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和管理。圖3.3是系統(tǒng)中控制單個(gè)教室照明的設(shè)計(jì)框圖，由光電檢測(cè)模塊、熱釋電紅外人體探測(cè)模塊、控制器、驅(qū)動(dòng)電路以及燈具組、RS485接口電路等組成。將光電檢測(cè)模塊和熱釋電紅外人體探測(cè)模塊采集的光照信息以及室內(nèi)人數(shù)信息送到控制器，控制器根據(jù)這些信息對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)燈具自動(dòng)開(kāi)啟。本文主要針對(duì)教室照明控制進(jìn)行設(shè)計(jì)。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。P1.0~3VSCLP1.0~3VSCLVSDLT2控制器AT89S52INT1INT0光電檢測(cè)模塊塊鍵盤RS485接口電路熱釋電紅外傳感器信號(hào)處理電路EEPROMAT24C02驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)1驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)N(4或6)燈具組1燈具組NRS485網(wǎng)絡(luò)圖3.3教室照明控制設(shè)計(jì)框圖智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。

4校園照明控制系統(tǒng)的基本組成部分智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。4.1主控中心系統(tǒng)使用通用計(jì)算機(jī)作為主控中心，通過(guò)RLINK通訊裝置與網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通訊。計(jì)算機(jī)上可直接實(shí)現(xiàn)編程，監(jiān)控，故障報(bào)警等功能。局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)也可以通過(guò)主控中心實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。4.2RLINK通訊裝置主控中心與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)各單元的通訊樞紐，實(shí)現(xiàn)RS485／RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換，具備系統(tǒng)自診斷功能和自動(dòng)故障報(bào)警功能。4.3照明控制器智能照明控制系統(tǒng)的核心部分，由控制模塊電路、驅(qū)動(dòng)模塊電路、照明專用自鎖繼電器組成。每個(gè)照明控制器均可獨(dú)立工作，也可以由計(jì)算機(jī)中心控制。主控中心停止工作或通訊中斷不影響控制器的正常運(yùn)行?？刂破饔卸喾N規(guī)格，單個(gè)控制器最多可控制48個(gè)回路。一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)最多可連接500個(gè)控制器。智能照明控制器主要由CPU模塊、電源模塊、通信模塊、光強(qiáng)檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、電流檢測(cè)模塊、開(kāi)關(guān)控制模塊等組成。通信模塊將所有的控制器連接成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò),便于值班員在監(jiān)控室對(duì)整個(gè)照明系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,光強(qiáng)、溫度、電流檢測(cè)則是通過(guò)對(duì)這幾個(gè)參數(shù)的檢測(cè)來(lái)判斷設(shè)備的工作情況,開(kāi)關(guān)控制模塊則是通過(guò)光電耦合、大功率可控硅開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制的。4.4可編程開(kāi)關(guān)智能的弱電開(kāi)關(guān)，有1-8鍵等各種規(guī)格，開(kāi)關(guān)本身使用24V安全電壓，不會(huì)有漏電的危險(xiǎn)，開(kāi)關(guān)操作時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)打火和拉弧，確保安全?？删幊涕_(kāi)關(guān)上的每一個(gè)按鍵所控制的回路均由計(jì)算機(jī)編程設(shè)定，單鍵可控制多個(gè)回路，可根據(jù)情況變化隨意更改組合，使用起來(lái)靈活、方便。4.5紅外線感應(yīng)器（E5751L）利用紅外線或超聲波的原理，用于探測(cè)人體移動(dòng)時(shí)發(fā)出的紅外線，去感知周圍環(huán)境是否有人在活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)“人來(lái)燈亮，人走燈滅”的功能。也可以通過(guò)探測(cè)到人的活動(dòng)根據(jù)要求控制其他負(fù)載（如空調(diào)，風(fēng)扇，電動(dòng)門窗，報(bào)警器等）的開(kāi)關(guān)。最大感測(cè)角90度，水平感測(cè)距離為6米智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。圖4.1紅外線感應(yīng)器（E5751L）4.6照度傳感器核心部件是光電管，通過(guò)感應(yīng)外部自然光源的照度來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)照明的亮度，實(shí)現(xiàn)智能探測(cè)和智能調(diào)節(jié)的功能。這種方法是和自然光檢測(cè)結(jié)合起來(lái),在自然光充足的情況下,關(guān)閉照明燈以達(dá)到節(jié)能的目的,在光線不足時(shí)打開(kāi)照明燈。依據(jù)這一設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)的方案主要有下列問(wèn)題:由于不能進(jìn)行室內(nèi)是否有人的判斷,所以會(huì)導(dǎo)致在室內(nèi)無(wú)人但光線不足時(shí)打開(kāi)照明系統(tǒng);如果僅使用模擬比較器的方式實(shí)現(xiàn)自然光充足與否的判斷,可能在光線充足與否的臨界點(diǎn)產(chǎn)生頻繁切換,導(dǎo)致照明燈壽命縮減,影響照明系統(tǒng)的正常工作。為解決這一問(wèn)題，本設(shè)計(jì)中采用人體檢測(cè)單元和自然光檢測(cè)單元相結(jié)合的方案，它們兩者的輸出經(jīng)過(guò)與邏輯,輸出到MCU接口,故整個(gè)檢測(cè)單元只有在該檢測(cè)區(qū)域內(nèi)有人且照度小于設(shè)定值時(shí)輸出高電平,否則輸出低電平。這樣就成功設(shè)計(jì)出了真正意義上的室內(nèi)智能照明系統(tǒng)。4.7電話通訊裝置電話控制所需的附加設(shè)備。用戶直接撥打電話，根據(jù)提示音操作，控制照明開(kāi)關(guān)。4.8蜂鳴器報(bào)警裝置蜂鳴器主要用于在管理部門制定的關(guān)燈時(shí)間快要到來(lái)時(shí)進(jìn)行發(fā)聲提示,給室內(nèi)人員以一定的準(zhǔn)備時(shí)間。這一延時(shí)時(shí)間可以自由設(shè)定。同樣,當(dāng)用戶設(shè)定的報(bào)警條件產(chǎn)生時(shí),蜂鳴器可以用于發(fā)出報(bào)警信號(hào)。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第22頁(yè)。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第22頁(yè)。5系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5.1日光強(qiáng)度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第23頁(yè)。日光強(qiáng)度檢測(cè)模塊采用單片機(jī)89C2051作為控制處理核心,它具有價(jià)格低、體積小等特點(diǎn),滿足實(shí)際需求。傳感器選擇光敏電阻,用精密電阻與之串聯(lián)分壓得到一電壓信號(hào)送給A/D(見(jiàn)圖5.1)。為了減小模塊體積和降低成本,選擇低功耗、串行方式工作的TLC549作為A/D轉(zhuǎn)換器,其原理如圖5.2所示。TLC549是8位A/D轉(zhuǎn)換芯片,具有一個(gè)模擬輸入端口和一個(gè)3態(tài)的數(shù)據(jù)串行輸出接口,可方便地與單片機(jī)或外圍設(shè)備連接,它僅使用輸入/輸出時(shí)鐘(I/OCLK)和芯片選擇(/CS)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)控制。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第23頁(yè)。R1R2R1R2ANALOGNVcc圖5.1日光強(qiáng)度感應(yīng)電路ANALOGIN2AINDOUTANALOGIN2AINDOUTI/OCLKREF+VCCREF-CSGND6DATAOUTI/OCLK713/CS5VCCVCC84TLC5490.01uF0圖5.2A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖5．2室內(nèi)進(jìn)出人數(shù)測(cè)量單元設(shè)計(jì)此單元選用雙元型熱釋電紅外器件P2288－02，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體進(jìn)／出門方向的判斷，利用后續(xù)電路對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，單片機(jī)對(duì)進(jìn)／出人員計(jì)數(shù)得到室內(nèi)的總?cè)藬?shù)。5.2.1雙元型熱釋電紅外傳感器判斷人體運(yùn)動(dòng)方向的原理智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第24頁(yè)。熱釋電紅外傳感器主要用于檢測(cè)人體發(fā)射的紅外線。單型熱釋電紅外傳感器由于只有唯一的一個(gè)敏感元件，因而對(duì)不同方向運(yùn)動(dòng)物體只能產(chǎn)生同樣的反應(yīng)信號(hào)。而雙元型熱釋電紅外傳感器具有兩個(gè)完全相同的敏感元件，其中一個(gè)敏感元件是用來(lái)檢測(cè)紅外線，而另一個(gè)在表面蒸上紅外反射膜，紅外反射膜達(dá)不到全反射的效果，較佳達(dá)到70％反射。當(dāng)人體靜止時(shí)雙元型熱釋電紅外傳感器兩元件極化程度相同。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第24頁(yè)。當(dāng)人體沿著兩個(gè)敏感元件反向串聯(lián)的方向（圖5.3（a））從左向右經(jīng)過(guò)，傳感器輸出波形大致如圖5.3（b）所示，由于右邊的敏感元件為噪聲補(bǔ)償元件，因此波形的第二個(gè)正峰值低于第一個(gè)正峰值。如果人體運(yùn)動(dòng)方向相反，傳感器輸出信號(hào)如圖5.3（c）所示。紅外窗口左紅外窗口左右敏感元件（a）(b)(c)圖5.3雙元型熱釋電紅外傳感器判斷人員運(yùn)動(dòng)方向原理5.2.2信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)將不同運(yùn)動(dòng)方向通過(guò)傳感器的輸出信號(hào)區(qū)分開(kāi)，再利用信號(hào)處理電路將傳感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌谶M(jìn)行計(jì)數(shù)的數(shù)字信號(hào)。信號(hào)處理電路框圖如圖5.4所示。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第25頁(yè)。熱釋電紅外傳感器輸出的電壓十分微弱，運(yùn)用集成運(yùn)算放大器LM324使傳感器的輸出信號(hào)放大至便于處理的1．0V～4．5V。將放大后的電壓信號(hào)通過(guò)帶通濾波電路、檢波整形電路和進(jìn)出人數(shù)統(tǒng)計(jì)電路將統(tǒng)計(jì)結(jié)果送入單片機(jī)。根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的特征，帶通濾波電路的上限截止頻率設(shè)為16Hz，下限截止頻率為0．16Hz；檢波整形電路中，檢波電路中遇到兩個(gè)連續(xù)的低電平表示從進(jìn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)為出的狀態(tài)，兩個(gè)連續(xù)的高電平表示由出變進(jìn)，高低電平連續(xù)變化表示進(jìn)／出方向保持不變；整形電路遇到兩個(gè)連續(xù)的低電平將原信號(hào)進(jìn)行一次負(fù)跳變，遇到兩個(gè)連續(xù)的高電平進(jìn)行一次正跳變，從波形上區(qū)分進(jìn)出的情況。圖5.5所示為某次傳感器測(cè)得的進(jìn)出情況波形圖，其中圖5.5（a）為檢波電路的輸出波形，圖5.5（b）為整形電路的輸出波形。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第25頁(yè)。放大電路熱釋電傳感器P2288-02INT1單片機(jī)INT0進(jìn)出人數(shù)統(tǒng)計(jì)電路檢波整形電路普通濾波放大電路熱釋電傳感器P2288-02INT1單片機(jī)INT0進(jìn)出人數(shù)統(tǒng)計(jì)電路檢波整形電路普通濾波電路圖5.4雙元型熱釋電紅外傳感器信號(hào)處理電路（a）檢波電路的輸出波形（b）整形電路的輸出波形圖5.5檢波整形電路輸出波形圖5.6為進(jìn)出人數(shù)統(tǒng)計(jì)電路，由電壓比較電路、8253等構(gòu)成。8253有3個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器T0、T1、T2。計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器1采用工作方式0分別用于進(jìn)入教室和離開(kāi)教室智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第26頁(yè)。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第26頁(yè)。電壓比較電路電壓比較電路DQ74LS74CP-QOUT2CLK28253GATE3與門與門CLK0OUT08253GATE0GATE1OUT18253CLK1ALEINT1INT089S525V圖5.6進(jìn)出人數(shù)統(tǒng)計(jì)電路的人數(shù)統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過(guò)電壓比較電路后的輸出脈沖，高電平代表進(jìn)入教室人數(shù)，低電平代表走出教室人數(shù)，將這個(gè)脈沖信號(hào)送入74LS74，用D觸發(fā)器作方向判別，分別計(jì)數(shù)正反向脈沖數(shù)。計(jì)數(shù)器2采用工作方式3用于定時(shí)，輸入的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)由控制器89S52的ALE引腳提供，計(jì)數(shù)器2輸出的脈沖邊沿作為中斷申請(qǐng)信號(hào)，即每到10s，向8253提出一次中斷申請(qǐng)，將當(dāng)前的脈沖計(jì)數(shù)讀出來(lái)，送入單片機(jī)計(jì)算教室內(nèi)的總?cè)藬?shù)。5.3無(wú)線遙控模塊電路智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第27頁(yè)。該部分采用PT2262,PT2272作為無(wú)線發(fā)射接收的處理芯片,是一種CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路,PT2262/2272最多可有12位(A0～A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,PT2262最多可有6位(D0～D5)數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出,可用于無(wú)線遙控發(fā)射電路;PT2272也最多可有6位數(shù)據(jù)端管腳,天線接收信號(hào)從14腳串行輸入。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第27頁(yè)。5.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)室內(nèi)的照明燈具一般是白熾燈或日光燈。對(duì)于白熾燈負(fù)載，采用可控硅控制，由于可控硅的驅(qū)動(dòng)電流很小，必須接限流電阻。對(duì)于日光燈負(fù)載，采用繼電器控制，一般要在繼電器的線圈兩頭加一個(gè)二極管以吸收繼電器線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的反電勢(shì)，防止干擾。5．5控制、存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)控制器是系統(tǒng)的核心，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用美國(guó)ATMEL公司AT89S52單片機(jī)。存儲(chǔ)器采用美國(guó)ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM芯片AT24C02。AT24C02通過(guò)I2C總線與單片機(jī)進(jìn)行通信。5.6單片機(jī)及外圍電路系統(tǒng)采用89S51作為控制核心及熱釋電紅外檢測(cè)模塊輸出信號(hào)處理器,采用89C2051作為日光強(qiáng)度檢測(cè)模塊輸出信號(hào)的處理器,具有價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn),在各種控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。由于RS2485接口標(biāo)準(zhǔn)可以獲得較遠(yuǎn)的通信距離、極高的通信速率和較好的抗干擾性,所以單片機(jī)與PC遠(yuǎn)距離通信采用RS2485與RS2232接口標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的模式,其原理如圖5.7所示。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第28頁(yè)。R720KΩROVCC智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第28頁(yè)。R720KΩROVCC/REBDEADIGND1234C0.1uFR2R3R4R510KΩ10KΩ10KΩ10KΩP3.0/REDEP3.1MAX481VCCVCCVCCR620KΩR8120KΩ但PC機(jī)不具備485接口,故采取兩標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的方案,即PC機(jī)通過(guò)232/485轉(zhuǎn)接設(shè)備接入485總線網(wǎng)絡(luò)。RS2485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合,抗共模干擾能力增強(qiáng),即抗噪聲干擾性好。在100kbit/s的傳輸速率下,可達(dá)到最大的通信距離約為1219m。如果需傳輸更長(zhǎng)的距離,需增加485中繼器。RS2485總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn),如果使用特制的485芯片,可達(dá)到128個(gè)或256個(gè)節(jié)點(diǎn),最大的可支持到400個(gè)節(jié)點(diǎn)。RS2485驅(qū)動(dòng)芯片采用MAX481,該芯片內(nèi)部集成了一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器,性能滿足系統(tǒng)需要,且易于獲取,價(jià)格便宜。5.7基于人體特征檢測(cè)的智能照明設(shè)計(jì)5.7.1設(shè)計(jì)思想在圖書(shū)館,體育館等場(chǎng)所,很多的地方其實(shí)沒(méi)有學(xué)生,而在這些區(qū)域,照明的亮度和有人區(qū)域卻是一樣的。在這些無(wú)人區(qū)域的照明根本沒(méi)有作用,我們可以稱之為無(wú)效照明。那么如何來(lái)減少無(wú)效照明以節(jié)約用電,同時(shí)又能產(chǎn)生好的照明效果呢?唯一可行的方法就是對(duì)人體進(jìn)行檢測(cè),對(duì)有人區(qū)域正常的實(shí)行較高亮度照明,而對(duì)無(wú)人區(qū)域降低照度或者關(guān)閉燈具。為了實(shí)現(xiàn)這一目的,我們需要重新對(duì)照明的本質(zhì)進(jìn)行認(rèn)識(shí)。照明是為人體的視覺(jué)感受器提供光源的方法。因此作為智能照明系統(tǒng)的核心任務(wù)是對(duì)人體所在的位置進(jìn)行檢測(cè),并對(duì)以人體為中心的一定范圍進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼彰?。?jiǎn)單的說(shuō)就是有人才需要照明。以此為基本原則,智能照明系統(tǒng)就有可能甩掉復(fù)雜而不方便的人工控制,實(shí)現(xiàn)真正的智能化和自動(dòng)化。本文以此為指導(dǎo)思想設(shè)計(jì)了提出了一種以人體所在位置為中心點(diǎn),將燈具照度逐級(jí)減弱的智能控制系統(tǒng)。在一個(gè)矩形空間內(nèi)(圖5.8（a）),當(dāng)人體處于如圖所示的中間位置時(shí),他頭頂?shù)臒艟咛幱谧盍翣顟B(tài),而與之相鄰的燈具則只產(chǎn)生80%的亮度,再遠(yuǎn)則產(chǎn)生60%的亮度,依次遞減。這樣就形成了一個(gè)以人體為中心隨距離變化亮度漸暗的光環(huán)。當(dāng)人體移動(dòng)時(shí),燈光隨著人體位置的改變而改變自身的亮度,保持人體頭頂?shù)牧炼仁冀K為最高,周圍燈具的亮度則隨距離遞減,從而產(chǎn)生光環(huán)隨人體移動(dòng)的效果。變暗←變暗←最亮→融合←最亮人群處人群處變暗←亮→變暗智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第29頁(yè)。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第29頁(yè)。圖a單人時(shí)亮度分布圖圖b多人時(shí)亮度分布圖圖5.8亮度分布圖當(dāng)同一空間存在多個(gè)人群時(shí)(圖5.8（b）),和單人時(shí)一樣,每個(gè)人群頭頂?shù)臒艟叨继幱谧盍翣顟B(tài),隨距離漸遠(yuǎn)而亮度遞減。這樣不同的人群對(duì)同一燈具就會(huì)產(chǎn)生不同的要求,在這種情況下應(yīng)對(duì)燈具的照度取較大值。這樣可以產(chǎn)生頭頂“光環(huán)”融合的效果。在體育館、圖書(shū)館等場(chǎng)合,跟隨人群移動(dòng)而移動(dòng)的燈光效果即能夠有效地節(jié)約電能又能夠產(chǎn)生良好的視覺(jué)效果,能夠一舉兩得。5.7.2人體特征檢測(cè)方法和數(shù)學(xué)模型的建立對(duì)人體特征的檢測(cè)方法很多,可以利用紅外感應(yīng)人體的存在,通過(guò)多個(gè)探頭確定人體的位置;也可以采用射頻卡結(jié)合身份識(shí)別技術(shù),甚至能夠做到對(duì)VIP客戶采用一種照明策略,而對(duì)于普通客戶又采取另一種照明策略;還可以采用安裝在地板下壓力傳感器,通過(guò)檢測(cè)人體的體重來(lái)進(jìn)行檢測(cè),能夠?qū)⑷撕托⌒蛣?dòng)物區(qū)分開(kāi)來(lái)這樣就可以防止因?yàn)樨?、狗等引起的無(wú)效檢測(cè);也可以使用小功率激光束在地面以上形成網(wǎng)格,當(dāng)人體移動(dòng)時(shí)將切割激光束,從而精確地確定人體位置;甚至還可以通過(guò)基于圖像的分析來(lái)到人體的具體位置。無(wú)論使用何種原理,何種探測(cè)系統(tǒng),都是將空間分成許多個(gè)區(qū)域,通過(guò)對(duì)不同區(qū)域的檢測(cè)來(lái)確定人體的位置,因此我們可以把被檢測(cè)的空間抽象成一維或多維數(shù)組形式。(圖5.9)a一維數(shù)組智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第30頁(yè)。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第30頁(yè)。b．二維數(shù)組c.中間有障礙物的空間圖5.9檢測(cè)空間模型5.7.3燈具亮度的算法1）線性空間的算法(圖5.10)智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第31頁(yè)。對(duì)于線性空間,燈具與人都可被認(rèn)為在一條直線上,因此算法分為兩步:智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第31頁(yè)。檢測(cè)第i區(qū)檢測(cè)第i區(qū)本區(qū)置1ai=1結(jié)束本區(qū)有人i=0最后一個(gè)i=i+1（a）位置算法智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第32頁(yè)。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全文共44頁(yè)，當(dāng)前為第32頁(yè)。ai=1ai=1bi=1b（i+1）=0.8b（i-1）=0.8b（i+2）=0.6b（i-2）=0.8b（i+3）=0.4b（i-3）=0.4b（i+4）=0.2b（i-4）=0.2i=0結(jié)束i=i+1（b）亮度算法圖5.10線性空間的算法(1)確定人體位置:通過(guò)傳感器獲得從各個(gè)區(qū)域的參數(shù),通過(guò)位置算法得到位置數(shù)組[a]i。首先檢測(cè)第一個(gè)區(qū)域如果有人則a1置1,如果沒(méi)人則置0,再檢測(cè)第二個(gè)區(qū)域,如果有人則a2置1