智能自动化无开关家居装潢电气控制系统设计Word文件下载.docx

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电源配套设施：

相序识别器、单相L、N线识别保护器、漏电保护器、DC24V/12V/5V开关电源、末端220V交流输出限流器等组成。

电视机电源控制：

采用了红外线遥控控制，不管是什么样的红外线遥控器均可开启电源、实现了无选择接收方式，解决了遥控器匹配烦的问题。

（二）功能介绍

自动识别人体的存在与否，根据室内外的光照明暗度来控制灯光开或者关的选择。

保证在人体存在的情况下，白天不亮晚上亮的原则上实行自动开关，实现照明、起到又节能又方便的控制模式。

方便的解决了人们，在无人在家的时候忘记关闭电气而担心的后顾之忧，更解除了晚上能见度差的时候找开关的麻烦，还有打破传统开关控制模式，无需在墙壁上定位安装，只要在顶或者直线7m圆球范围内隐蔽安装，就可实现范围内自动控制、还可起到间接防盗作用。

也可手动控制，在墙体上安装有红外光电扫描接近开关和幕帘型被动式人体热释红外接收器所组成的触摸控制屏，在它的直线范围内只有人体碰触墙体就动作一次，并给PLC输入一个开关量，由PLC输出指令信号，指定的交直流固态继电器工作启动照明或者起到电气设施。

当需要手动关的时候，也同样碰触一下墙体就可关闭设施。

它是一开二关的动作模式来实现功能，因为它的面积大无需定位，直接实现由人体热释红外感应器来识别是否人体触碰，从而避免了非人体碰触而造成的误动作。

中间环节也就是输入转换部分，本人第一套第一款是采用了普通小型HH54型的继电器，为中间转换控制而使用。

（目的是因为它的取材容易，直观的可以发现问题的所在，为人们提供了维修上的方便而采用的）但是它与电子来比存在一定的缺陷，如体积大，安装组合都是用电线连接等，由于完全电气化的特性控制组合，在整体上不够美观，动作也没有电子控制来的迅速灵敏可靠等一系列的电气化的特性。

故在第二套实验套房中，改变了设计方案，全部采用电子光电耦合、隔离方式，来实现高灵敏的中间转换控制。

底板均采用PCB印刷电路板，更新了美观和去除了第一套时的电气电线连接的繁琐，更加接近了家庭自动控制要求的档次感。

输出采用无触点电子双向可控硅固态继电器，固态继电器过零触发的非线性输出特性，可以避免传统开关打开时对电器设施的瞬间冲击波而造成的使用寿命，还可防止电气设施相互之间的电源脉动干扰，保护了用电设施的2次伤害。

PLC的应用，众所周知自从美国通用公司1964年开发以来到现在，广泛应用在工业自动化领域和航空、车辆、自动控制系统上，它的功能发展到现在已经成为了中央处理系统的核心配置、它的技术成熟性是不可否定的，故而把PLC应用到家居自动化控制系统上，配合外在的感应器，可以灵活的体现智能现代自动化家居优越性，去迎合人们对现代物质水平发展控制要求。

传统的开关因为受到机械量的限制，最多只能做到4联，也就是4个地方控制一个电气设施、但还不是市场上随便可以买到的开关、还受到安装位置难的局限性和布线难等因素的限制，难以实现现代社会发展的控制要求。

本系统因为在设计上采取PLC为核心的中央处理器，配合外在的感应器，就可以实现一个地方去控制多个地方，也可以多个地方来控制一个地方，不受任何的限制，布线也容易，因为感应器环节的转换，在PLC输入端只是得到DC/24V开关量的一个信号源，即便控制线路短路，也不会产生燃烧的可能。

因为有了PLC的配置，可以灵活的更新控制流程，还可随时加装设施和扩展功能，实现远程控制和异地控制。

电源采用多层多级的综合保护方式，保证用电的可靠安全性。

感应器与PLC输入端耦合的环节，均采用全隔离的DC24V/12V/5V开关电源供电，因为在直流电源输出到控制部件之间均装有限流电阻，使人在操作过程中即使漏电也实现安全无忧。

L/N相、零线识别器的设立，主要是为了保护用电设施控制端有效的对相线开断控制而设立的，同时也保证了人为因素所造成相零线之间的错乱而产生相线该断时而不断的现象，避免了不该有无谓的损失。

同时也间接的起到了过压保护。

至于在电视电源控制的设计上，在第二套实验房中就采用了无选择性红外遥控接收器，做到了任何红外遥控器都可以控制开启电源的特性，避免了因遥控器不同而造成无法控制使用的局面。

至于具体的过程和它的作用能力与技术应用能力会在第二篇论文中着重提出。

综合所述，各部件的分工合作共同组成一个有序的智能自动化现代家居电气数字化控制系统。

为以后的自动化家居装潢发展奠定了基础。

希望能在日新月异的科技发展带来的温馨，能走进并“照顾”好人们的生活起居与安定，让人们更好的享受美好的生活科技空间。

（三）门窗设计详述

打开大门并进入时，首先感应的是安装在过道顶上的人体热释红外感应器，由感应器感应到人体后输出一个动作电信号给输入转换控制电路并过滤、当输入转换电路中的光耦合元件得到过滤过的动作信号时，其内部发光元件发出一束红外，光耦元件的另一端光敏三极管，接收到足够强的红外光照时元件导通，给PLC的输入端X端一个给定控制信号。

在此同时PLC上也时刻在接收着室外和室内的光敏感应器（这里简称采光源）送来的光强度信号，并在PLC的内部处理器中由编好的程序计算处理，当室外的光线暗到一定值时（也就是设定值）PLC就进入等待接通状态，等到室内采光源也到达设定值时，PLC才完全接通去控制照明。

当人体进入后首先感应的是过道顶上的热释红外感应器，热释红外感应器接收到人体活动信号后传送给PLC，PLC经程序处理后，在达到设定条件时，发出指令开启过道顶灯，实行照明。

它的原则是白天不亮晚上亮，人在时亮而人去灯灭。

都受室内和室外这两个采光源所控制。

假如在防盗门上进行改装，可以设计成为自动识别家居主人在与不在，假如不在的话未经主人容许，就可立即报警并自动关闭门窗便于警察捉贼。

本来在设计过程中有这一项功能，由于资金与条件限制等多种因素关系从而未能实现。

具体事项如下：

【在原来的防盗门上加装指纹锁和密码锁，还有电话指令锁。

这几个操作的流程只有家居的主人才知道。

控制的要求条件，在主人不在的情况下，必须有一组有效的密码或者指令，最加上钥匙才能正常的打开门锁，（除指纹感应锁直接正常打开以外）除此之外都当作小偷来看待。

当小偷进入后设定延时启动时间为30秒，当设定时间到达后PLC自动发出指令，门由加装在墙体内的控制电机动作驱动防盗门关闭，在有锁的一边墙体内伸出65号钢筋卡死防盗门。

在这此时PLC同时发出警报通知小区保安，并通过无线电话报警器，发给主人一组进贼信息、由主人到达后必须通过指纹感应与钥匙才能打开门锁、这样有效阻止了小偷的逃跑。

】

【假如在低层次的住房内，必须加装窗户的自动防盗与自闭系统，才能有效的实施抓贼。

【对于报警防盗系统，在正常的供电基础上，另加了两组各24V/

14A/h的蓄能电池，各动作部件都为24V直流电压做电源。

设计目地是防止拉闸限电而造成报警系统无法正常运行。

【煤气报警系统是在基于国家有害气体漏气测定动作标准的基础上来实施控制的。

在漏气浓度10%LEL时报警器输出信号，由PLC去指令动作部件（气体安全电磁阀）立即关闭阀门，并同时打开自动窗户，实施通风排气。

【窗帘在设定的光强度中进行自动控制、当室外的光强度上升到设定值后，在窗帘打开的情况下PLC计算出动作信号，经窗帘驱动步进电机反馈控制信号，经分析后发出指令，实施打开的窗帘关闭。

要打开时，当人体接近到窗帘的一定值时，安装在窗帘旁边的红外扫描器，只要人体去触碰红外扫描器范围内的墙体，在窗帘关闭的情况下，窗帘会动作打开，反之关闭。

窗帘的手控动作为触碰一次在打开的情况下动作为关上，在窗帘关上的情况下动作为打开、如此循环。

当所有感应都没有接收到人体信息的同时，延时为30分钟后发现开着的窗帘时，指令信号发出的动作为关闭，但是条件为室外的光强度达到设定值后，才实施关闭动作。

【窗户智能自动控制系统，主要是通过室外湿度传感器与风力测速传感器、配合人体热释红外感应器，光电接近开关，步进电机转动检测计数传感器（光耦合微型电子开关）、室内温度传感器和室外温度传感器等组成。

把取得的信号传输给PLC，由PLC处理后发出指令给步进电机，经丝杆传动实施智能自动控制。

具体设计如下：

当室外湿度达到设定值时，湿度传感器输出一个信号给PLC，由PLC感知后与窗户驱动开和关动作的步进电机上的检测器加以分析，计算出窗户动作的状态，只要计算出窗户没有完全关闭或完全打开着的，就发出指令，让步进电机工作关闭窗户。

防止雨水进入房间、同时还可以配合防盗器一起动作，起到防盗又可抓贼。

风力传感器主要任务是完成风力测速，只要风力达到设定值，动作也和上述一样，关闭窗户保护室内环境的安宁与平静。

风力传感器另一个功能是，配合室内环境的自然温度与室外温度，室内温度平均值上升到28度以上时，只要计算得出室外温度低于室内，并且风力在3级以下，湿度感应器容许的情况下，时间在晚上20点以前的前提下，它就会自动开启提供室内通风。

（注；

当手动操作动作为关闭的时候，不会自动开启、只有等到白天和晚上交替过后才回到自动状态。

）。

窗户的手动控制的过程和照明一样，都由红外光电接近开关负责控制开启或关闭，不一样的地方就是在窗户设计卫点动作模式、只要人手碰触在受控的墙体上，窗户就会自动动作开或者关的行程，手一离开它就停止行程。

也就是碰一下动一下持续碰持续做往复行程运动的过程】。

（四）灯光照明控制模式

前面简单的提到过，也拿大门进入后的过道灯做了详细的例子解述，故在这里过道灯的控制模式不再详述。

根据房子的结构与布局不同，在灯光的设计方案也同时有所变动，故此现在就拿第一套的使用房和第二套的实验房，实际应用的控制模式来进行论述。

（1）第一套使用房的灯光控制模式

在室内空间光照明暗度（暗度）达到设定值，也就是室内在感应器感应范围内暗度达到一定值（设定值），当人体进入大门并被热释红外接收器，接收送入PLC的输入端X端，由PLC经室内与室外的采光度比较与计算后，发出指令，开启门庭过道顶灯实施照明。

开启的条件是，1必须室内达到设定的一定暗度、2必须有一定量度的热释红外辐射与光谱频段波长（因为感应器的设定红外接收波长为10UM左右）、同时接收器的安装位置也控制了感应的有效区域，本套使用房的门庭过道人体感应器安装于门内框顶上，只有当人体打开门并进入后，才会触动感应器控制灯光照明。

（因本套设计为第一套自动电气控制系统，经验不足，故而未有人体进入计数与人体活动区域的检测控制等综合测算能力，从而留下了一定的遗憾）。

当人体离开过道之后，因感应器未接收人体的特定红外光谱辐射，系统进入计时关闭程序，过30秒后自动关闭过道照明顶灯。

（此延时关闭时间可以根据要求进行调整与设定）。

（更改设置必须由电脑特定软件进入PLC的CPU里面，调出程序找到位置，才可更改设定）。

除手动触摸控制外，其余自动控制都受采光源钳位控制。

餐厅顶灯照明原理也和过道照明顶灯一样，只要人体进入（安装在餐厅顶上的人体热释红外感应器）感应范围内，设定条件的容许下自动开启照明顶灯，实施照明。

当人体走完后感应器持续无感应到达设定值（本设定值为3min）自动关闭照明，并同时程序复位，等待下一次的启动。

[在本套设计实施过程中，对于厨房、餐厅、更衣室、走廊的设计原理和动作模式都一样，因为热释红外感应器的工作原理和特性，它是捕捉活动人体的移动红外辐射线，与环境反射红外相比较，处理后输出信号源的，只要人体在感应范围内，（也就是以感应器的平面为顶点，按照115度的放射直线呈圆锥体有效取值为7m的圆锥体体积为感应范围）轻微活动，就可触发感应器、故在第一套实际使用中未设定锁定与自动检测功能。

]

当餐厅有人照明开启后，门庭的顶灯因为受室内采光度的控制，自动退出照明，还有走廊装饰灯也自动退出、这样设计的目的，第一是为了节能，节约不必要的浪费。

第二是为了合理的利用灯光切换，避免灯具长时间点亮而影响使用寿命。

室内和室外暗到一定程度后，人体只要进入厨房，厨房的顶灯就会开启，每当人体运动一次，感应器就会产生一个动作脉冲，并自动计时清零一次，如此循环、直到人体走出空间无感应后持续等待3min自动退出照明，

（条件是确定空间内持续无人3min，可燃气必须是关的情况下，因为厨房的橱柜里安装有可燃气泄露报警器，和可燃气流量计量器。

客厅照明控制部分，由走廊顶照明灯和走廊照明（人体热释红外）人体感应器、客厅人体主感应器、客厅装饰吊灯、客厅顶装饰灯、客厅主照明灯1、客厅主照明灯2、（手控）触摸控制屏所组成。

走廊顶灯照明是单一的一个个体，它是起到间接照明作用。

当人体从餐厅或者从门庭过道移动到客厅的区域，它只是在空间明暗度，暗到设定值时给走廊和客厅延时照明40S时间，过了40S必须要从新触发进入下一个动作行程才可点亮。

当客厅的照明度达到一定亮度是，为了节能它是不会再次启动的。

人体进入到客厅空间，安装与客厅顶中间的人体感应器（被动式人体热释红外接收器）首先接受感应，发出信号给PLC，（在明暗度条件容许下）PLC发出指令，第一个照明灯（也就是客厅装饰灯）点亮、（它的条件是在一定的暗度情况下有人体移动才点亮，在无接收人体活动迹象的前提下，计时延时3min后自动关闭、在这延时时间段内有信号触发，PLC计时清零从新计时。

）维持客厅照明。

当人需要客厅更亮辉度时，只要安装在客厅墙体上的触摸屏，人体去触摸一下就可开启客厅主灯照明。

（客厅照明主动有2种模式，客厅主灯1卫白天手动开启照明，客厅主灯2为晚上主照明、这2个照明顶灯需手动才可开启，目的是为了人可需辉度即照明亮度而设的。

关闭时手动只要再触摸一下触摸屏就可，设置为一开一闭的模式。

人不去关也可自动关闭，具体如下：

在白天时手动开启后，客厅主人体感应器持续无感应计时为10min自动退出关闭，晚上手动开启后到第二天早晨，PLC运行到晚上和白天交换时关闭、这样设计的目的是为了人性化，当人需要晚上亮着灯，等人或者休息或者一个人的时候害怕而设的程序）。

客厅触摸屏位置

客厅触摸屏红外扫描器安装位置图、上面为客厅装饰吊灯触摸控制、下面为客厅主灯触摸控制。

客厅触摸屏红外扫描器反射镜安装位置

有图可见，触摸屏的红外扫描器安装隐蔽，目的是为了保证空间的整洁与美观，另外还有增加了控制的随意性与方便性、不用去找开关的位置就可以操控。

大大方便了人们的物质生活、改善了人们在晚上能见度差的情况下到处找开关的麻烦，更加贴近了现代自动化物质起居的生活要求。

客厅背景灯（客厅装饰灯）可以随意切换，即控制模式切换、只要长按客厅触摸屏的上方3S时间PLC就将设置自动修改、因为此系统最大的优点是引用了CPU即PLC的核心处理器，真正做到了数字化控制与处理模式，提高了信息时代应用范围。

客厅灯光布局

中间三角区的小方块为客厅主人体感应器

三角区的凹槽内为客厅装饰灯

三个小吊灯为客厅装饰吊灯

左上角的大长方形灯为客厅主灯

客厅边，走廊顶灯开启

客厅装饰灯开启照片

客厅触摸动作照片

客厅主灯开启照片

走廊装饰灯开启照片、左边小方块为走廊装饰灯人体感应器

门庭顶照明顶灯、靠右门框上的白色小方块为顶灯人体感应器

第一套使用房系统主控制箱

主控制箱中的主处理器三菱PLC

以上的论述与图片可以说明，事物的转归都是以对立而又统一的模式存在的，它也不例外。

虽然看上去很简单，其实内在的控制，真正的运行系统是复杂而又繁琐、外面的灯光没有任何开关，墙体看过去整洁而又大方，之所以它接近了现代化的控制模式要求，也体现了现代化数字应用的广泛性。

所以在看过此系统模式的人大都都认为太过简单，没有任何的技术要求和科学含量，故而造成了被贬视的原因，迟迟未能应用。

当然人们的接受度是要受2方面因素所决定的、一，人们已经用惯了传统的机械开关的控制模式，一下子产生了“排斥”现象、二，一个产品被人们所认可，必须要经过认识与接受和认可这必然的过程。

还有一个产品也必须要经过产生与成功和完善，还有改进与发展的过程、这的确需要时间和资金能力作为后盾力量所支持、它不是一个单一的产品，而是一个全新的工程系统模式、看过去像是单一的个体，其实是一个整体相互联系并不独立的完整体，是缺一不可的。

房间的控制模式：

首先看一组图片、

房间2、门内框顶夜灯照明人体感应器。

（上方白色小方块）

房间2、顶灯（夜灯和房间照明主灯合在同一盏灯里，对光拍摄很难分辨）。

右边小方块为房间内人体感应器。

房间2、触摸屏。

（左边2个小方块为红外扫描器的反射镜）

房间2、触摸屏

上下2个红外扫描器

上一个为床头灯触摸开关

下一个为房间主灯照明触摸开关

床头灯与触摸屏

床头灯的开启、（只要碰触一下触摸屏的任何一段，上方就可以开启床头灯，关的时候也是碰一下就可）。

房间2、写字台、当人体靠近一定距离时灯就会开启，人体离开后延时1.5min自动关闭。

写字台下的人体感应器（靠右边的方块，中间一个圆点就是）

写字台的照明被开启。

两个房间模式都一样，除了触摸控制不受采光源钳制外，其余都受室内外采光源的控制。

手动启动后房间内人体感应器与房间夜灯人体感应器在白天5min内都没有接收人体感应信号，灯光自动退出、晚上手动启动后必须手动关闭，只有当PLC收到晚上与白交换信号时才会由PLC发出指令，关闭灯光。

房间2的电视机电源插座也受PLC的控制，受控的模式，主要体现在时间控制方面，即定时控制。

目的是为了防止小孩不分时间观看电视而影响学习与视力，此设置可以随时更改，在此设计方面为了操控的方便性，位于PLC的旁边安装了一个多段数字控制时间控制器（即微电脑时控器），配合PLC的同步操作，设定受控时间段和日期。

（图片请看系统主控箱，照片。

当人体进入房间2的门时，夜灯人体感应器接收到人体辐射的热释红外线，在空间内光照度暗到一定量的程度时，PLC就会发出指令，安装在顶照明灯内的夜灯开启（夜灯和房间顶灯合装在一起，主要是为了整体的简洁与美观而设计的、不同的是夜灯的辉度与主照明顶灯的辉度有很多得差别而已，即主灯亮，夜灯暗）。

只有当房间内人体感应器与夜灯人体感应器都无感应时，才计时40s关闭。

还有当人体去手动触动触摸屏，指令关闭时，夜灯也动作为关闭状态、当人体在触摸屏上触摸，开启主照明灯，或者开启床头灯时，夜灯也动作为关闭状态、人体在触摸屏上触控将房间内所有灯关闭后，夜灯将不再启动，只留下当人体走进房间门时短暂的开启一下，给人增加可见辉度，时间控制为40s自动关闭，房内人体走动，不靠近房间门时，是不会触动夜灯的。

这样设计也是为了节能而做的，在不影响正常照明的前提下，竟可能的去实现节能的效果。

卫生间的布局，在设计上它有两部分组成、第一部分为更衣室，第二部分是卫生间和洗浴室。

更衣室与卫生间的照明控制，首先都受室内与室外的采光源控制、在设定条件容许下，当人体进入受感应区域灯就会自动亮起、这两个空间都没有安装触摸屏，也就是不受手动控制。

在这里首先，先提一下前面说过的人体热释红外感应器的工作过程、它接收的热释红外线是根据热血动物特有的产生热量而散发出的红外线，故此称它为热释红外辐射线，随着心脏的搏动因此血流也随之流速快慢的变化流动、从而在体外产生了一种根据热血动物心脏搏动而变化的辐射线，人体热释红外接收器就是根据人体散发的特有10um波长的红外辐射，作为感应接收源的原则而设计的。

但它并不完美，它是捕捉移动的目标，也就是人体在感应范围内有活动，即移动的时候才会被捕捉并接收，否则它会把一切静止的事物都当作环境辐射来处理，过滤在外不被接收处理。

所以在目前没有跟好感应器开发出来前，只能把它当作唯一人体感应接收器来使用。

只不过在信号处理上加以模拟量，并适当延时来弥补它性能上的不足，目前只能做到这一点。

至于以后在研究上必须先着手开发一款符合性能要求的感应器，目前设想是开发一款《人体心频率无线监测器》来取代人体热释红外感应器。

但工程量是大的，这需要时间，资金，与开发人的耐力和毅力。

这里顺便提一下《人体心频率无线监测器》开发的可行性，学过生理学的人都知道，热血动物都是以心脏搏动推动血液流动而存活的、那么心脏又是靠什么来维持搏动的呢，这就必须学过医和生物生理学的人才有解释能力了。

心脏的搏动是靠电介质（钾、钠、钙的三元素）失衡原理来产生脉冲，使心肌收缩与放松运动，就像电容器充电与放电一样都会产生一个脉冲，在这心肌做缩放运动中，因电介质灌流与回流，会放射出一个有规律的P.Q.R.S.T.U等六个微小电波，其中Q.R.S波为心肌的脉动主波、因此人们才发明了医学上的心电图机。

有了这个基础，我想就有了开发定位的目标、至于具体的事项要等以后再说了。

更衣室与卫生间是没有一个照明开关的，都是根据人体的辐射红外来感应控制的过程。

当条件容许情况下，先是人体进入更衣室，更衣室顶灯被点亮并计时。

无感应的前提下持续计时为1min，灯自动关闭、只要人体在这一次动作的计时范围内，轻微移动，感应器从新给PLC输入信号，PLC将计时清零，从新开始计时、直到人体不在感应范围内持续1min后自动关闭退出。

下面是一组更衣室与卫生间的照明照片

更衣室顶照明灯与人体感应器，右边白色小方块为人体感应器

卫生间斜视图，白色的小方块为人体感应器

卫生间仰视图

卫生间镜前灯

位于卫生间台盆下的两个感应器，中间黑色的为室内采光源光敏感应器，旁边为镜前灯人体感应器。

镜前灯被点亮的照片

卫生间除了淋浴取暖器为手控外，其余都为感应控制模式。

原理和更衣室的控制模式一样，只不过控制的时间不同而已，这可以在PLC上可以随时设置的。

这是因为各人对冷热接受度不同，而放弃自动控制，让各自随喜好去自行控制、但是当人体不在的情况下PLC会自动关闭取暖器电源。

至于房间1和房间2的控制模式是一样的，所以在这里不以详细解说了、具体去看房间2的控制过程就可以了。

房间1，门顶上的夜灯人体感应器（白色的小方块）

房间1，柜子下的木制床头灯，下面是触摸屏

床头灯开启的效果

触摸屏控制的两个红外扫描器

触摸屏两个红外扫描器的反射镜

顶灯与房间内人体感应器（左上角的白色小方块为人体感应器）

（夜灯装于顶住照明灯内）。

阳台的人体感应器，在这里只是为了感应套房里是否有人体的存在而设的，这是为了便于PLC整体感应搜索人体的存在，因为PLC还有一个程序，当套房内确定无人体的时候，PLC就要计时30min自动退出，将所有控制程序归零并关闭自身电源、只有当人体再次进入套房内，PLC再次启动。

介于第一套的设计方案，并实施使用之后发现有很多的不足之处，这因为由于新的项目没有任何参照物的前提下所进行的，一个是经验不足，二者缺乏对感应器与布线方面认识度、故而遗留下了一定的遗憾。

所以在第二套的实验套房中有了很多弥补与改进。

它的优点在于整体视觉上的整洁与操控的简便和节能效果，在一定程度上无需人为去操控，都可以实现自动开启与关闭、在控制方式与动作过程可以灵活的在PLC程序上，进行随时的变动