智能照明控制系统的设计.docx

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智能照明控制系统的设计

摘要

针对学校教学楼等各种场合照明系统电能浪费严重的现象及对照明效果的要求，提出了一种节能控制的新方法，实现了节约能源以及舒适照明的良好效果。

为达到教学楼照明智能、节能的目的,本文设计了基于C51单片机的校园教学楼宇智能照明系统,包括日光强度测量电路、热释电红外人体测量电路、数字可调光电子镇流器和灯具及配套的软件。

系统以C51为控制核心,通过RS2485通信接口及RS2232/485电路完成与PC机通信,实现对每个教室工作状态的监控及工作参数的设置，并选用上位机实现各教室照明系统的网络化管理，实现了智能控制、节约能源的目标。

每个教室等场所的照明单独控制，某个场所的照明系统出现问题不会影响到其他场所的正常照明控制。

每个照明场所的照明管理实现了智能控制与人工应急控制相结合，在中央控制室可以对每个场所的照明进行实时监测与控制，可以实现自动照明场景转换，配合学校各种照明场所的照明需要。

该系统的设计实现了智能控制与绿色照明，节约能源的完美结合，为学校节约能源的同时，也为学生，老师提供了良好的学习办公环境，美化了校园，提高了校园的管理水平。

测试结果表明,系统达到设计技术指标,调光误差低于5%,满足教学楼照明要求。

关键词：

智能控制双元型热释电红外传感器绿色照明单片机AT89S52

ABSTRACT

Basedonmanyoccasionssuchaslightingsystembuildingenergywasteisseriousphenomenonandtherequirementoflightingeffect,thispaperputsforwardanewmethodofsavingenergycontrol,realizetheenergysavingoflightingandcomfortablegoodeffect.Toachievetheteachingbuildinglightingintelligence,thepurposeofenergy-savingdesign,thispaperbasedonC51microcontrollercampusteachingbuildingintelligentlightingsystem,includingsunlightintensitymeasurementcircuitandpyroelectricinfraredhumanmeasurementcircuit,digitaladjustablephotoelectronballastandlampsandlanternsandrelatedsoftware.SystemwithC51ascontrolcore,RS2485throughcommunicationinterfaceandRS2232/485circuitandPCcommunications,realizetheworkingstatusofeachofthemonitoringandworkingparametersSettings,andrealizetheclassroomcomputernetworkmanagementoflightingsystem,intelligentcontrol,energysavinggoal.

Eachclassoftheplacesuchaslightingcontrolalone,aplaceoflightingsystemproblemswillnotaffectotherplacesnormallightingcontrol.Everyplaceofilluminationlightingandintelligentcontrolandmanagementoftheartificialemergencycontrol,combiningincentralcontrolroomineachplacecanreal-timemonitoringandcontrollighting,canrealizetheautomaticilluminationsceneconversion,coordinatestheschoolplacesoflightingillumination.Thedesignofthesystemrealizedintelligentcontrolandgreenlighting,theperfectcombinationofenergysaving,energysavingforschool,butalsoforthestudent,teacherprovidesagoodlearningenvironment,beautificationofficeofthecampus,improvethemanagementlevelofcampus.Testresultsshowthatthesystemdesign,technicalindexdimmingerrorlessthan5%,satisfybuildinglightingrequirements.

KeyWords:

IntelligentcontrolDualpyroelectricinfraredsensorGreenlightingMCUAT89S52

1绪论

介绍智能照明系统及单片机

1.1本课题的来源

随着全球能源问题日益突出和我国科技经济逐步发展，节约能源已是世界发展的趋势，而现代建筑物的能耗相当大，据有关统计资料显示，建筑的能耗达整个国家能耗总量的30％，建筑物的能耗通常体现在建筑设备的能耗上。

建筑物的设备能耗按不同类别划分，照明及办公设备用电占建筑设备用电的39％。

建筑节能成为建设节约型社会的重要方面。

根据建设部确立的建筑节能要求的具体措施与发展方向,节能工作已在全国范围内全面启动、实施。

能否降低建筑电气照明能源标准，提高建筑电气照明的能源利用率,是建筑节能设计中的重要环节。

1.2课题研究的目的意义

在照明领域，照明控制起到了重要的作用。

传统的照明控制是在靠近回路处加上开关，由开关来控制照明。

很难达到“由管理室对全体照明实行成批监视、控制”，“在现场也可以灵活控制照明”的要求。

而智能照明系统是先进、节能、便于管理的配线系统。

世界经济结构向国际化和高增值型方向发展信息行业和计算机产业猛增信息时代的前进步伐将越来越快传统的工作经济遭到网络知识经济的强有力地挑战；楼宇自动化（BA）、通信自动化（CA）、办公自动化（OA）、家庭自动化（HA）飞速发展；人们的物质与精神生活水平迅速提高,对工作和生活不断地追求灵活、高效和舒适,对照明的要求也越来越高。

因此传统的照明控制技术受到了时代的强烈冲击，计算机技术、网络通信技术、现代控制技术不断地渗入到照明控制系统中来,所谓的“智能照明”技术随之出现并迅速向前发展，以至形成未来照明发展的一个重要趋势。

作为用电大户的各总大、中、小学校，照明时间长，照明场所多,照明用电超过本单位所有耗电量的40%。

学校教学楼内灯具大多采用手动控制，即使严格管理，仍不可避免地出现忘记关灯的时候，教室出现“长明灯”的现象屡见不鲜，造成巨大的能源浪费。

另外，因为线路及灯具选型的不足，很多教室的照明效果达不到国家要求的照明标准，这也是造成学生视力下降，影响学习效率的一大因素。

因此把绿色照明，节约能源的观念带进教学楼照明系统的设计中具有十分重要的意义。

1.3本文的主要内容

设计一种基于C51单片机的校园教学楼宇智能照明系统。

首先通过对智能照明系统的结构原理出发，建立由日光强度测量电路、热释电红外人体测量电路、数字可调光电子镇流器、灯具及配套的软件构成的照明系统整体方案。

然后详细描述智能照明系统涉及到的各种传感器设计，提出以C51为控制核心，通过RS2485通信接口及RS2232/485电路完成与PC机通信组网方案设计，实现对每个教室工作状态的监控及工作参数的设置，并选用上位机实现各教室照明系统的网络化管理，以实现智能控制、节约能源的目标。

2智能照明系统发展趋势

2.1智能照明系统的应用前景

自1789年爱迪生发明碳丝白炽灯以来电光照明便与人们的生产、生活密不可分。

发展至今，一方面，照明用电在国民用电总量中占到相当的比率（一般为10%～20%），对于建筑物而言,照明负荷一般约占整个建筑物用电负荷的30%左右，推广节能照明对于提高能效,保护环境而言意义重大。

另一方面，照明设计已由原来单纯以照度、均匀度、眩光、显色指数等物理量作为设计标准和评价指标,发展到综合考虑人的视觉特性、舒适感、照明艺术等因素的总体效果评价。

技术的进步与社会的发展以及人们对照明越来越高的要求，促使照明系统向高效、节能、环保与灵活、舒适、人性化方向不断进步。

照明控制系统也由传统控制模式发展成为数字化、分布式、集成化的智能照明控制系统。

作为现代建筑重要组成部分的照明系统,面对不断发展的需要,要求照明系统智能化,具备场景模式等复杂功能,便于控制、监管,并能与安防、三表等系统集成。

微电子技术、网络通讯技术的纵深发展,照明控制技术面临革命性的变革,变革所呈现的三大趋势是:

电子化—电子元器件替代传统的机械式开关；

网络化—网络通讯技术成为智能照明系统的技术平台；

集成化—系统集成技术平台使照明、安防、上网成为一个整体解决方案。

2.2照明控制的几种方式

根据光源的种类不同,照明控制一般可分为开关控制和调光控制。

对于热辐射型光源,可以实现连续调光的功能,而对气体放电灯来说,除了低功率的气体放电灯配置可调光的电子镇流器外,只能实现开关控制的功能。

在照明设计中,合理和正确地选用照明控制方式是实现照明艺术性和舒适性的有效手段,是达到绿色照明和节约能源的有效措施。

照明控制方式多种多样,按其实现方式大致可分为以下3种：

2.2.1传统照明控制方式

传统照明控制方式主要以手动控制为主,依靠供电回路中的手动开关来控制回路的通断,实现灯具的开关控制;利用供电回路中的手动调节元件来调节回路的电压以实现调光控制。

传统方式相对简单、有效、直观,但它过多依赖手工操作整个系统相对分散,无法实现有效地管理,其适时性和自动化程度太低。

传统的照明系统目前仍被广泛使用,其基本结构是动力线根据设备控制需求进行分线,用机械式开关直接控制电源的开与关;其特点是动力线与控制线重叠,不存在控制信息流的概念。

此类照明系统原理简单直观,缺点是一旦完成后,系统就固定、无法再改动。

此外,要实现复杂的控制要求,如实现总控制模式或场景模式时,布线量呈几何级数增加,同时降低了系统的可靠性,并导致安装费用、维护工作量的增加。

随着大量智能楼寓住宅的推出,管理人员和住户对照明系统提出形形色色的个性化要求,而传统的照明控制对此无能为力。

2.2.2自动照明控制方式

该控制方式利用DDC技术遥控灯具的开关,通常是控制中心发出信号,通过直接数字控制器控制供电回路中接触器的分、合,从而控制供电回路的通、断,实现灯具开关控制。

采用该方式,解决了传统控制方式的相对分散和无法有效管理等问题,实现了照明控制的自动化,但却无法实现调光控制功能,有很大的局限