基于PLC的教室智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)獲獎科研報(bào)告

基于PLC的教室智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)獲獎科研報(bào)告

【摘要】介紹了西門子S7-200系列PLC完成對教室照明智能控制的基本原理;使用紅外感應(yīng)器和光敏傳感器收集教室的環(huán)境信號，然后將傳感器產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號傳送給PLC，判斷教室里是否有人，以及教室里的光線強(qiáng)度是否具備開燈的條件，事先設(shè)置好合理的開燈條件后，并且能根據(jù)教室的光照強(qiáng)度自動調(diào)節(jié)燈具的光照強(qiáng)度，做到無極調(diào)光，為學(xué)生提供最合適的光照強(qiáng)度。在最大限度下做到節(jié)約用電的目的，而且還能很好的保護(hù)學(xué)生的視力。

【關(guān)鍵詞】智能控制;S7-200PLC;熱傳感器;光敏傳感器;無極調(diào)光

1教室智能照明系統(tǒng)的控制要求

教室智能照明是在原先傳統(tǒng)教室照明的基礎(chǔ)上加上現(xiàn)代化的控制技術(shù)。首先就需要設(shè)計(jì)一個智能化的教室燈光照明控制系統(tǒng)，主控單元用PLC來實(shí)現(xiàn)。想要教室的照明具備智能化離不開傳感器，通過外界的光照條件，使紅外感應(yīng)器和光敏傳感器產(chǎn)生模擬信號，通過其轉(zhuǎn)化為輸入PLC的數(shù)字信號來進(jìn)行輸入的。它不是靠手動控制，也不是獨(dú)立的系統(tǒng)控制，而是采用兩者結(jié)合的方式。

當(dāng)教室里面有人時(shí)，光照比較暗，環(huán)境的光照強(qiáng)度達(dá)不到系統(tǒng)的設(shè)定值，系統(tǒng)就會自動打開燈具的開關(guān)，并能根據(jù)環(huán)境的光照強(qiáng)度對燈具進(jìn)行調(diào)節(jié)照明的強(qiáng)弱;當(dāng)教室里面沒有人時(shí)，光照比較暗，環(huán)境的光照強(qiáng)度達(dá)不到系統(tǒng)的設(shè)定值，系統(tǒng)也不會打開燈具的開關(guān);當(dāng)教室里面的人都走干凈時(shí)，通過PLC內(nèi)部定時(shí)器的延時(shí)作用延時(shí)一段時(shí)間后，系統(tǒng)會自動把教室內(nèi)所有的燈具關(guān)閉，無論是否有人，當(dāng)教室內(nèi)的環(huán)境光照值超過了系統(tǒng)所設(shè)定的值，燈具保持關(guān)閉狀態(tài)。

2設(shè)計(jì)

2.1教室智能照明的系統(tǒng)構(gòu)成

教室智能照明系統(tǒng)如圖一所示，以PLC作為主控單元，紅外感應(yīng)器和光敏傳感器收集教室的環(huán)境信號，然后將傳感器產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號傳送給PLC，判斷教室里是否有人，以及教室里的光線強(qiáng)度是否具備開燈的條件，并且光敏傳感器連接無極調(diào)光電路，根據(jù)光照的強(qiáng)弱調(diào)節(jié)合適的光照強(qiáng)度。

2.2教室智能照明的硬件設(shè)計(jì)

教室智能照明系統(tǒng)的硬件主要由西門子S-200系列PLC，紅外傳感器，光敏傳感器，無極調(diào)光電路以及部分燈具組成。通過各個器件的配合工作，驅(qū)動燈具開啟或關(guān)閉照明

2.3CPU的選擇以及PLC的外部接線圖

圖1中輸入和輸出出設(shè)備的設(shè)計(jì)和PLC外圍接線圖的負(fù)載電源類型與系統(tǒng)的控制要求相結(jié)合。I0.0為系統(tǒng)啟動開關(guān)，I0.1為系統(tǒng)停止開關(guān)，I0.2為教室投影儀開關(guān)，I0.3到I1.0為教室燈具紅外感應(yīng)器，I1.1到I1.6為教室燈具光敏傳感器。定時(shí)器：T37和T38。教室智能照明控制系統(tǒng)PLC輸出點(diǎn)與地址：Q0.0～Q0.5為燈具L1～L6。

2.4紅外傳感器和光敏傳感器

紅外線傳感器它本身就是一種通過利用發(fā)射紅外線的物理化學(xué)和其他物理屬性特征可以進(jìn)行智能檢測的紅外傳感器。任何一種物質(zhì)，只要其本身就具有一-定的輻射溫度（遠(yuǎn)遠(yuǎn)不會超過絕對值的零度），就已經(jīng)可以輻射從內(nèi)到外的紅外線[1]。

光敏傳感器主要指的是一種對外部光信號或光輻射產(chǎn)生的反饋和轉(zhuǎn)換作用具有響應(yīng)或變頻功能的敏感器件。光敏傳感器主要是一種利用光敏元件把光信號直接轉(zhuǎn)換成無線電信號的傳感器，它的敏感波長定義在可見光的波長附近，包括紅外線的波長和紫外線的波長[2]。

光照強(qiáng)度的不同電敏光明光照傳感器的電子結(jié)構(gòu)不同，當(dāng)它的光照強(qiáng)度非常烈時(shí)，光敏照明傳感器的兩端電極電容阻抗很小;但是當(dāng)它的光照強(qiáng)度較弱時(shí)，光敏照明傳感器的兩極電容性和值阻抗很大;所以當(dāng)它的光照強(qiáng)度大于適宜的同時(shí)光敏照明傳感器的兩極電容阻抗和值阻抗應(yīng)分別位于光照強(qiáng)光與強(qiáng)或弱光之間。因此我們不僅可以直接通過光敏阻抗傳感器把光電信號直接轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的光電信號，并且我們還甚至可以直接通過利用各種光照光敏傳感器根據(jù)各種光照不同的光敏阻抗數(shù)值所轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的相應(yīng)的光電信號不同，從而可以實(shí)現(xiàn)不同的信號。

2.5無極調(diào)光控制電路設(shè)計(jì)

本控制電路主要設(shè)計(jì)采用雙向調(diào)光可控硅（雙向晶閘管）芯片進(jìn)行無極調(diào)光，可以有效使室內(nèi)光線由弱至強(qiáng)均勻地變化。雙向可控硅的整體結(jié)構(gòu)外形與單向三極管相同，它們最初是一種類似于基極管的電流用來控制三極電導(dǎo)管的電流分壓器和限流控制方式并后來用以實(shí)現(xiàn)電流調(diào)光

2.6軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)控制流程圖，通過程軟件V4.0STEP7MicroWINSP9編寫梯形圖控制程序。

網(wǎng)絡(luò)2和網(wǎng)絡(luò)3：M0.0接通后，T37定時(shí)器開始定時(shí)3000×100ms=5分鐘以后，定時(shí)器T37的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，網(wǎng)絡(luò)2斷開。這時(shí)C1計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，定時(shí)器T37常閉。在定時(shí)器T37啟動時(shí)間后，觸點(diǎn)再次閉合，定時(shí)器T37從新開始計(jì)數(shù)，以此方式反復(fù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果到達(dá)288C1=288×5min=1440min為24小時(shí)，計(jì)數(shù)器自動復(fù)位，開始重新進(jìn)行計(jì)數(shù)如圖2所示

3結(jié)語

本文主要講述了固定教室的智能照明的使用與要求，以PLC為主要控制，