基于ddc的智能照明系统设计本科论文.docx

资源描述

基于ddc的智能照明系统设计本科论文.docx

《基于ddc的智能照明系统设计本科论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于ddc的智能照明系统设计本科论文.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于ddc的智能照明系统设计本科论文.docx

基于ddc的智能照明系统设计本科论文

2012届毕业设计

题目基于DDC的智能照明系统设计

学院自动化与电气工程学院

专业建筑电气与智能化

班级

学号

学生姓名

指导教师

完成日期2012年5月25日

浙江科技学院

本科毕业设计

（2012届）

题目基于DDC的智能照明系统设计

学院自动化与电气工程学院

专业建筑电气与智能化

班级081

学号108035020

学生姓名

指导教师

完成日期2012年5月25日

浙江科技学院毕业设计、学位论文

版权使用授权书

本人朱晔超学号108035020声明所呈交的毕业设计、学位论文《基于DDC的智能照明系统设计》，是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，与我一同工作的人员对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

本毕业设计、学位论文作者愿意遵守浙江科技学院关于保留、使用学位论文的管理办法及规定，允许毕业设计、学位论文被查阅。

本人授权浙江科技学院可以将毕业设计、学位论文的全部或部分内容编入有关数据库在校园网内传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计、学位论文。

（保密的学位论文在解密后适用本授权书）

论文作者签名：

导师签名：

签字日期：

2012年5月25日签字日期：

2012年5月25日

摘要

随着网络技术及通信技术的发展，智能建筑正在快速地发展，智能照明作为智能建筑的重要组成部分而被各个智能化厂家所重视起来，随着一大批跨国企业的加入，进一步加速了行业的发展及渠道的形成。

本设计主要是对智能照明系统进行设计研究，使用DDC控制器对各种照明器件进行控制，控制方式有硬件控制和软件控制。

首先本设计完成照明设备的安装、连接、硬件直接控制。

然后进行DDC智能照明系统的设计，并与传统硬件控制进行比较。

本设计将基于DDC的智能照明系统设计分为Lonmaker软件设计和组态王软件的编程和开发。

最后将硬件设计和两种软件设计结合以后就能运用到实际的工程中，对于大型建筑的智能照明系统的控制和监控非常方便。

因此该控制系统不仅可满足便捷控制、灯光效果等要求，而且具有可观的节能效果。

基于DDC的智能照明控制系统已成为应用于不同场所的照明控制常用选择，假如未来能生产出功能更全面的DDC应用模块，那DDC在智能照明领域中的优势会更加明显，市场前景更明朗。

关键词：

DDC；智能照明；Lonmaker；软件控制

ABSTRACT

Withthedevelopmentofnetworktechnologyandcommunicationtechnology,theintelligentbuildingisdevelopingrapidly.Intelligentlightingwhichisanimportantpartoftheintelligentbuildinghasbeenpaidinvariousattentionsbyintelligentmanufacturers.Aftermanyothermultinationalcompaniesjoinin,itacceleratesthedevelopmentoftheindustryandchannelformation.

ThedesignismainlydesignedoftheintelligentlightingsystemusingDDCcontrollertocontrolavarietyoflightingdevices.Thecontrolmodeiscomposedofhardwarecontrolandsoftwarecontrol.First,Icompletetheinstallationoflightingequipment,connectionsandcontrolhardwaredirectly.ThenIdesignDDCintelligentlightingsystem,andcompareitwiththedirecthardwarecontrol.TheintelligentlightingsystemdesignwillbebasedontheDDCwhichisdividedintolonmakersoftwaredesignandkingviewprogramminganddevelopment.Finally,thecombinationofhardwaredesignandtwosoftwaredesignwillbeabletouseinactualproject.Itisveryconvenienttocontrolandmonitorintelligentlightingsysteminlargebuildings.

Sothecontrolsystemcannotonlymeettherequirementsoftheconvenientcontrollingandlightingeffects,butalsohasaconsiderableenergysavingeffect.Thecontrolsystemhasbecomeapopularchoiceforcontrollinglighting.Itcanbeusedindifferentplaces.IfthefuturecanproducemorecomprehensiveDDCapplicationmodules.ThenDDC'sadvantageswillbemoreobviousinthefieldofsmartlighting.Thenthemarketprospectsaremoreobvious.

Keywords:

DDC;Intelligentlighting;Lonmaker;Softwarecontrol

1绪论

1.1智能照明的国内外发展现状

1.1.1国外智能照明的现状

照明行业是80年代首先由美国兴起并得以迅速发展。

90年代后期，由于现代计算机技术、自动控制技术、现代通信技术、现代信息处理技术在世界范围内的广泛应用，进入了信息时代并对各行各业都带来了巨大的影响，照明行业也随之发生了巨大的革新，提出了照明智能化的要求[7]。

进入21世纪后，大量的新产品、新设备、新技术的出现，使智能照明技术向着系统一体化集成的方向发展。

例如:

各种智能化断路器将微电子技术、传感技术、控制技术、电力电子技术等新技术结合起来，实现了功能多样化、结构模块化，使断路器从基本保护功能发展到智能化的保护功能，工作更可靠，性能更安全[1]。

在微电子技术飞速发展的带动下，许多半导体公司推出了专用功率开关器件和控制集成电路的系列产品，促进了电子镇流器的各类产品向高性能高可靠性方向发展。

另一方面，网络技术的渗透使不同控制方式的系统之间相互结合，实现了资源共享、远程监视、设定、控制及对系统异常信息进行一体化管理。

控制技术的发展使许多控制功能从由较高层的控制室移至现场的低层设备，使信号的采集和处理更加快捷便利，而且工程技术人员还开发了一些控制管理软件，用户只要通过界面上各个控制键，就可以实现对各种照明设备的监视和控制，操作更加简单、直观。

各类智能照明产品的生产和技术实现也随着行业标准及规范的制定和逐步的完善进入成熟、实用、可靠阶段的照明工程学报[1]。

继美国、德国、英国、日本、新加坡之后，其他各国的智能照明产业也陆续开始发展，并且不断趋于成熟。

先后涌现出许多国际知名企业：

国际知名的半导体制造商法国PERFECT公司开发出灯光控制专用的、结合无线射频功能的芯片。

PHILIPS，OSRAM，GE公司推出了双端球形HED是目前世界上最先进的大功率LED灯，奇胜公司的C-BUS系统、ABB公司的i-BUS系统以及邦奇公司的Dynalite.LUTRON公司的GRAFIK系列智能照明控制系统均己广泛应用到照明控制系统中。

此外路创、WIELAND、美国的奥莱斯、英国索思、德国欧斯朗、NATIONAL，BPI等企业都创建了诸多知名品牌，推动了智能照明行业的普及和发展。

1.1.2国内智能照明的现状

随着网络技术及通信技术的发展，数字化家居概念的提出及发展，智能照明作为数字化家居的重要组成部分而被各个智能化厂家所重视起来，随着IBM、Microsoft、Haier、Samsung、Panasonic、Siemens等一大批跨国企业的加入，进一步加速了行业的发展及渠道的形成。

近年来，在上海、北京等地开始出现了专业的数字化家居集成商，同时大型的家居数字化体验馆也开始出现，如上海市电信大楼的家居体验馆、上海永乐数字生活体验馆、青岛海尔数字生活体验馆等。

数字化家居作为人类通信、网络、建材、安防、家居等行业发展的集大成，受到社会极大的关注。

国外的相关产品是把智能照明作为其智能产品的一部分来运作，定位高端，造成曲高和寡的局面。

如同上世纪八九十年代的家电市场。

但是随着国内经济的高速发展、技术的日趋成熟，以及部分国际品牌如Dynalite、路创、WIELAND、e-bfb等进军中国市场，迅速推动了这个行业的发展。

进入21世纪，国内智能照明厂家和商家如雨后春笋般迅速发展，涌现出如瑞朗、百分百照明、清华同方、索博、海尔等大小几十家企业，智能照明进入一个崭新的发展阶段[2]。

1.2智能照明控制系统的特点

1.2.1智能照明控制系统的综合优势

1.良好的节能效果

当前我国的宏观经济建设中，节电节能的任务越来越紧迫。

智能照明控制系统借助各种不同的智能设置控制方式和控制元件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和管理来实现最大的节能效果。

这种自动调节照度的方式，充分利用室外的自然阳光，只有当必需时才把灯具开到要求的亮度，利用最少的能源保证所要求的照度水平，节电效果十分明显，一般可达30%以上。

此外，智能照明控制系统中对荧光灯等也可以进行调光控制，由于荧光灯采用了有源滤波技术的可调光电子镇流器，降低了谐波的含量，提高了功率因数，降低了低压无功损耗，同样实现节电目的。

2.延长灯具寿命

延长灯具寿命不仅可以节省大量资金，而且大大减少更换灯具的维修工作量，降低了照明系统的故障率和运行费用，管理维护也变得轻松多了。

无论是热辐射光源，还是气体放电光源，电网电压的波动是光源损坏的一个主要原因。

因此，智能照明控制系统可以有效地抑制电网电压的波动，通过系统对电压的限定和轭流滤波等功能，有效避免了过电压和欠电压对灯具的损害。

另外，智能照明控制系统同时还具备了软启动和软关断技术，避免了冲击电流对光源的损害。

通过上述方法，灯具的寿命通常可延长2～4倍。

3.改善照明质量

良好的照明质量是提高工作和学习效率的一个必要条件。

智能照明控制系统以调光模块控制面板代替传统的平开关控制灯具，可以有效地控制各房间内整体的照度值，从而提高照度均匀性。

同时，这种控制方式内所采用的电气元件也解决了频闪效应，不会使人产生头昏脑胀、眼睛疲劳的感觉[4]。

4.实现多种照明效果

现代建筑，照明不单纯地为满足人们视觉上的明暗效果，更应具备多种的控制方案，使建筑物的照明艺术性更强，让人们欣赏到美仑美奂的视觉效果。

如果在建筑物内的展厅、报告厅、大堂、中庭等以及外部的轮廓配备智能照明控制系统，按不同时间、不同用途、不同的效果而采用相应的预设置场景进行控制，就可以达到丰富的艺术效果。

5.管理维护方便

智能照明控制系统对照明的控制是以模块式的自动控制为主，手动控制为辅，照明预置场景的参数以数字式存储在EPROM中，这些信息的设置和更换十分方便，加上灯具寿命的大大提高，使照明管理和设备维护变得更加简单。

6.较高的经济回报

据专家测算，仅从节电和节省灯具这两项：

用三至五年的时间，业主就可基本收回智能照明控制系统所增加的全部费用。

而智能照明控制系统可改善照明环境，提高员工工作效率以及减少维修和管理费用等，也为业主节省下一笔可观的费用[7]。

1.2.2智能照明控制系统的可靠性

系统的可靠性涉及到系统结构、控制器和系统的容错措施等方面的内容[11]。

1.控制系统结构随着计算机通信技术的发展在不断提高，已从第四代的集散控制方式发展到如今的第五代的分布式控制方式。

分布式控制的特点是控制器构造上高度模块化，布局上可以高度分散，控制器性能上高度自治化、智能化，并具有自我诊断和容错功能，信息通过一条简单的总线按标准协议进行高速传输，因此分布式系统结构十分可靠简单，设计、安装、运行、维护、也十分方便。

2.照明控制器的可靠性作为控制系统的一个重要部分，控制器的关键器件、电路设计和保护措施的可靠与否，会直接影响照明灯具运行的安全和稳定。

3.除了系统结构、控制器的可靠性外，保持控制系统能够可靠稳定运行必须采取一些预防性措施来进一步提高系统的安全可靠性。

如在网络上设置WatchDog监测软件，检查网上每个控制器的网上通信是否正常，一旦发现某个控制器通信有异常时系统会自动处置。

1.3基于DDC的智能照明

智能照明控制系统具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能；并达到安全、节能、舒适、高效的特点。

这些设置也称为场景，可由调光器系统、DDC控制器、现场总线控制或中央建筑控制系统自动调用。

智能照明控制系统分为独立式、特定于房间式或大型的联网系统[7]。

在联网系统中，调光设备安装在电气柜中，由传感器和控制面板组成的外部设备网络来操作。

联网系统的优势是可以从许多点来控制不同的房间或区域。

采用全数字、模块化、分布式的系统结构的智能照明，能够依据每个特定的区域不同需求进行照明控制，既能满足工作人员照明的日常需求，又能节省能源，同时还可以提供使用者视觉舒适度的环境。

因此智能照明控制系统越来越广泛的应用到酒店、宾馆、广场、银行等场所。

基于DDC的智能照明系统设计广泛应用于日常生活中，因为DDC的控制方式有经济、实用、功能强大等特点，因此DDC在大型建筑智能照明控制的应用上更占一定的优势。

该设计对于照明的要求已经不再满足于简单的开关控制，而是希望使照明系统工作在自动状态，且工作状态能按预先设定的时间进行自动切换。

利用DDC照明控制，能够实现分区域分种类的照明控制、开启及关闭时间的实时修改等操作，使得管理智能化、操作简单化，节省了电能和人力[6]。

而且基于DDC的智能照明系统具有如此多的优点,且智能建筑的照明元件数量多，使用简单控制会造成很大的工作量并且不及时关闭就会造成能源浪费，大型建筑中需要使用智能照明的技术，但由于现行的各种智能照明控制中，DDC智能照明控制确实有很大的优势，能够实现分区域分种类的照明控制、开启及关闭时间的实时修改等操作，使得管理智能化、操作简单化，节省了电能和人力，并且社会对于这方面的研究比较少，综合各种，选择了DDC智能照明控制进行研究，此设计就是基于DDC-BA5201的智能照明系统设计。

2智能照明方案设计

2.1系统总体结构

图2-1系统总体结构图

图2-1为DDC智能照明控制系统的总体结构。

它可分为三个部分，第一部分为硬件设计，包括电路的设计与实际试验台的线路连接。

第二部分为DDC软件的设计，主要是Lonmaker程序的设计，使计算机与DDC的联接，完成设计并下载程序到DDC中。

第三部分为组态王软件编程，绘制终端控制界面，通过DDE先实现DDC与组态之间的联系，然后连接成功后通过这个界面实现远程控制灯光和监控灯光的状态，并实现智能楼宇灯光开关控制、定时控制、实现情景模式控制、实现可调光控制。

因此，通过硬件、Lonmaker软件、DDE软件、现场组态软件的结合，技术人员无需再用手按按钮来控制照明器件的亮暗，可以直接打开主控计算机，下载好程序，即可由计算机发送点亮灯泡的命令，此命令通过LON总线发送到DDC模块，使DDC模块动作，灯泡就可以被控制点亮，对应的现场组态软件还可以监控电路中的电流、电压，并把数据返回到计算机，技术员可以以此判断正常与否。

软硬件结合的结构图如图2-2所示：

图2-2软硬件结合的结构图

技术员得到数据后，还可以通过计算机强大的数据处理能力来管理每次读的线路中的电流、电压的数据，进行分析，研究，从而真正实现了智能照明控制。

2.2常用灯具的认知与应用

基于该设计的实际灯光要求，选用卤光灯、日光灯、日光管和LED，其中LED灯可以通过模拟量控制亮度，当光照度传感器的输入信号是10V时则LED显示亮度为0%，当光照度传感器的输入信号是0V时则LED显示亮度为100%。

2.2.1光源性能

电光源按发光原理分为热辐射光源与气体放电光源。

目前，用于智能建筑照明的光源主要是热辐射类的卤光灯，气体放电类的荧光灯、高压汞灯、金属卤化物灯与高压钠灯。

白炽灯和荧光灯主要用于建筑物内部照明，高压汞灯、金属卤化物灯、高压钠灯和卤钨灯则用于广场道路、建筑物立面、体育馆等地的照明。

电光源的主要特性指标有功率、色温（K）、显色性（平均显色指数Ra）、光效（lm/W）、启动特性和功率因数等。

2.2.2光源的选择

光源的选择应考虑选择的基本原则和具体应用场合。

选择的基本原则包括：

（1）满足照明质量的要求，如光通量、色温、显色性等。

（2）适应视觉条件和环境条件，如视觉紧张程度、防火要求或防尘要求等。

（3）考虑使用方式和外界影响，如开关频繁程度、电压波动等。

（4）注意经济合理性，如发光效率、电能消耗等。

不同场合下光源的选择依据包括：

（1）在照明开关频繁、要求无频闪效应、防电磁干拢、光效要求高的场所，宜选白炽灯和卤钨灯。

卤钨灯较白炽灯有明显的优点，被广泛用于大面积照明和定向照明，特别是强光照明、电视电影摄像照明、舞台照明等。

（2）在视觉工作精细、工作时间长的场所，常用荧光灯或卤钨灯。

荧光灯的品种多，显色性和色温可根据环境不同具体选择，被广泛应用于高层建筑中。

日光灯光源接近自然光，有明亮感，使人精力集中，适用于办公室、会议室、教室、设计室、阅览室和展览橱窗等场所。

暖白色较其它红光成分多，给人以温暖、健康感，适用于家庭、宿舍、医院、宾馆客房等场所。

（3）在有光色要求的高大场所（如体育馆），宜用混合照明，如白炽灯与高压汞灯、高压钠灯与金属卤化灯、高压汞灯与高压钠灯等混合。

（4）对于特别场所就加强某项指标，例如需要正确辨色或需要用着色来提高物体与背景颜色对比的场所，宜用显色性高的三基荧光灯。

（5）光源的选择要与环境装饰相协调，应与建筑融为一体。

2.2.3灯具的选择和分类

灯具是光源、灯罩（控制器）和附件的总称。

它的功能是将光源所发出来的光通量进行再分配，并具有装饰和美化环境的作用。

因此，灯具有功能性和装饰性双重作用，只是对于不同的灯具侧重不同。

功能灯具以提高光效、降低眩光影响，保护光源不受损失为目的。

装饰灯具则以美化环境、烘托气氛为主要目的，故将造型和色泽放在首位，适当兼顾效率和限制眩光等要求。

选择灯具时，应综合考虑以下几点：

（1）灯具的光学特性（灯具效率、配光、利用系数、表面亮度、眩光等）；

（2）经济性（价格光通比、电消耗、维护费用等）；

（3）灯具使用的环境条件（是否要防水、防潮、防尘等）；

（4）灯具的外形与建筑物或室内装修是否协调等。

灯具的分类如下：

根据安装方式，灯具大致可分为吸顶灯、壁灯、嵌入式灯、半嵌入式灯和吊灯等。

壁灯主要用于局部照明、装饰照明或不适合在顶棚安装或没有顶棚的场所；吸顶灯主要用于没有吊顶的房间内；嵌入式和半嵌入式灯具主要用于有吊顶的房间内，其中嵌入式灯具的限制眩光作用比半嵌入式要好；吊灯是应用最广泛的一种，它主要是利用吊链、吊管、吊线来吊装灯具，以达到不同的效果。

从应用环境来分，灯具又可分为民用建筑灯具、工业建筑灯具、专用灯具（如水下照明灯、艺术欣赏灯、舞厅舞台灯等），还可分为防潮型、防水防尘型、防爆安全型、隔爆型和防腐蚀型等。

2.3被动红外探测器

被动红外探测器：

采用被动红外方式，已达到安保报警功能的探测器。

被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器（或称为红外传感器）及报警控制器等部分组成。

探测器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。

一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报。

本设计的输入口UI3就是由被动红外探测器提供信号，其中信号来之对人体的红外感应，当探测到信号后对应的日光灯就会被点亮，当信号不能持续时，日光灯经过一个5秒钟的延时便熄灭，这样的控制模式经常被利用在楼梯和过道中，即体现了智能照明的智能控制，方便行人也节省电能，所以该设计的这一部分对智能照明的一部分功能得到了很好的表现。

2.4光照度传感器

光照度传感器是采用具有较高灵敏度的感光探测器（照度传感器），配合高精度线性放大电路，经过严密检测、生产的具有多种光照测量范围和信号输出类型的实用型产品。

变送器外壳采用壁挂安装设计，结构精致、外型美观，是一款应用范围广泛、性价比极高的光照度测量产品，该设计选用市场上评价较好迪辉科技出品的DZD-T4光照度传感器，通过光照度传感器可以探知某个区域的灯光亮度，探测到的亮度与设定的亮度对比，若亮度过大就控制LED的输出，使亮度调小，若亮度过小就控制LED的输出，使亮度调大，最终使LED的灯光亮度达到使人舒适的程度。

光照度传感器的详细介绍如下：

一、光照度传感器、照度变送器概述：

光照度传感器、照度变送器是采用具有较高灵敏度的感光探测器，配合高精度线性放大电路，经过严密检测、生产的具有多种光照测量范围和信号输出类型的实用型产品。

变送器外壳采用壁挂安装设计，结构精致、外型美观，是一款应用范围广泛、性价比极高的光照度测量产品。

二、照度传感器、照度变送器技术参数：

1、供电：

+24VDC（8～32VDC）

2、测量范围：

0～2000Lux0～20万Lux或根据客户量程