李卫开题报告 7.docx

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李卫开题报告7

一、课题背景、目的意义及国内外研究现状

1.1课题背景

能源问题和环境问题一直是人类社会面对的重大问题，特别是到了二十一世纪，对降低能耗和保护环境的要求更成了国家长期发展的重中之重，我国也提出了“节能减排”的号召。

而在众多的能源问题中，电能的短缺是束缚经济发展和人民生活的重要能源问题之一。

据报道，用于照明的能源消耗占整个办公大楼能源消耗的20％~60％[1]，这部分能耗的多少很大程度上取决于照明的控制效果。

在现代建筑的教学楼系统中，照明控制是其中一个重要分支。

现代建筑对照明的要求很高，除了应该满足为建筑内人们在工作、学习、生活时对视觉环境的要求以外，还应该利用照明设备的不同类型及光线的变换为人们提供一个舒适、有美感的办公、学习和生活环境，此外，还应该提高能源的利用率，实现节能的目的[2]。

而传统的照明系统由于其管理落后、能源浪费、舒适性差、布线复杂以及灯具寿命短[3]，己不能满足人们的这种需求，所以研究新型照明控制系统，对减少这部分能源消耗、减少环境污染，同时更好的满足人们对照明质量的要求都有极其重要的意义。

新型的照明控制系统主要指综合了照明、自动化控制、计算机技术、电力电子技术和网络技术等的智能照明控制系统。

最根本的是通过充分利用自然光来减少人工照明带来的能源消耗[4]。

1.2课题研究目的及意义

传统的照明控制系统主要是由照明配电箱通过手动开关实现控制照明灯具通断的目的，或在照明回路中串入接触器，实现远距离控制[5]，在灯具的开关控制上采用手动开关，所以很大程度上依赖于人的主动性。

而智能照明控制系统根据某一区域的功能、每天不同的时间、室外光亮度或该区域的用途来自动控制照明。

它能充分利用自然光，实现照明管理智能化。

相对于传统照明，个人设计的教学楼照明系统，具体来说其优越性主要表现在以下几个方面：

（1）提高照明控制的智能化程度，使整个照明系统出去全自动状态，可以根据不同场合在不同时段中不同的情景需求，预先设定合适的照明效果，更加智能化和人性化。

（2）减低电能消耗，有良好的节电效果，充分利用自然光作为光源，以人工光为补充，并结合室内的人员情况，只有在必需时才开启照明灯具，节能效果十分显著，一般可以达到30％左右[6]。

（3）改善室内工作环境，提高室内人员的工作效率。

（4）提高教学楼的照明系统管理水平，将传统的人为开关控制转换为智能化的管理，将大大减少大楼的运行、维护和管理的费用。

总之，研究教学楼照明系统，对于节约照明用电，减少环境污染，满足在校师生的对照明质量、照明环境的需要以及对视力的保护，建立优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境的照明系统有着极其重要的意义。

1.3国内外研究现状

随着我国加入世贸（WTO），为了创造一个更加良好的学习环境，塑造一个美丽的国际化城市，更好的与国际接轨，全国各大高校的教学楼建设步伐都逐步加快，电力系统蓬勃发展，因此装扮美丽教学楼的照明工程得以迅猛发展。

国内近些年在教学楼照明工程中取得了丰硕的成果。

2010年，重庆大学黄海静[7]，研究大学教室照明中的光生物效应,以及基于此的教室照明中学生的视知觉心理感受、生理反应和视觉功效与光源光色、照明条件的关系,为教室照明中光生物效应作用的量化研究和合理的光源光色选择、照度标准值建议、照明节能研究提供更科学的依据。

2005年，武汉理工大学邹吉平[8]，从现场总线的角度来分析了智能照明控制系统的特点,并综合比较了市场中不同产品的现场总线类型,同时以C-BUS智能照明控制系统为例,通过在仙桃体育馆中的应用分析,阐述了现场总线在照明控制系统中的应用。

2004年，浙江大学系统工程研究所张岳军、吴明光[9]，楼宇自控系统（BAS）在照明装置上只能实现有限的控制，而面向照明系统的控制网络克服BAS的缺陷。

在阐述国内得到应用的照明系统控制网络的基础上，重点论述了欧洲安装总线和数字化可寻址调光接口两种协议的技术指标和产品特点。

2011年，华北电力大学陈勇[10]，提出一种基于CAN/LIN总线的教学楼智能照明控制系统。

根据CAN总线和LIN总线的相关协议规范,从而采用分两级网络管理的系统结构。

利用TSL230照度模块和HN911L红外检测模块的功能和设计相关电路,既而用DIALux软件对教室内照度情况进行仿真,从而确定检测模块的安装位置。

然后重点研究了总线接口电路的设计。

分析了CAN总线和LIN总线的相关收发器,确定了CAN总线节点、LIN总线主节点和LIN总线从节点的相关设计方案。

2009年，浙江大学城市学院周晓伟、蔡建平等人[11]，在ZigBee传感网技术的基础上提出了一种新型的室内智能照明控制系统,系统主要由若干个约半个手掌大小的集成了ZigBee协议栈的网络节点组成。

部分节点负责统计进入房间内人员的个数、判断人员在房间内的位置以及当前室内光线强度,并将这些信息反馈给中心控制节点,中心控制节点通过综合处理这些信息来自动设置房间的照明模式。

2011年，武汉理工大学钟震西[12]，针对目前几家专注于智能照明的电气公司所生产的调光产品或场景控制器基本上都是维持开环控制的现状，为了使人们在工作区域能够按照工作需求打开所需的光源，调节光源的光输出，设计了以单片机为控制核心的智能照明控制系统，实现了家居中的灯光的明亮、柔和以及微弱等不同明暗程度的遥控控制和智能化的节能控制，达到了所期望的照度水平。

2001年，岳阳师范张艳雯[13]，从现有教室照明系统存在的问题出发，对教室照明的运行进行了经济分析，并提出了改进措施。

2006年，福州大学张东旭[14]，设计了基于DALI的智能照明控制系统，旨在营造满足人们各种需要的光环境的同时，看达到节约能源的目的。

主要开展了以下几个方面的研究工作。

介绍智能控制的基本概念，指出了智能照明控制系统的特点、功能及可行性。

开发设计出基于DALI的数字可寻址调光镇流器和DALI主控制器样机看，其中数字可寻址调光镇流器包括EMI电路、PFC电路、调光控制芯片IR21592电路、微控制模块电路、电平转换电路及智能调光电路等功能模块。

通过分析数字可寻址调光镇流器及DALI主控制器的电路原理,指出了上述两种样机元器件选用与电路调试的技术方法。

2007年，华北电力大学杨臻[15]，应用SOPC（片上可编程系统）技术设计开发了智能照明控制系统。

通过图像处理技术判断教室内是否有人，并根据多种因素影响下的控制策略综合判定此时是否需要开灯，做到教室没有人时关闭电灯，节约电能。

此设计以NIOS软核作为核心处理器，通过SOPC的设计方法进行硬件和软件联合开发，应用VHDL完成FPGA的编程，并用C语言完成图像处理程序的设计。

上位机采用VC++编程完成显示控制界面的设计并实现和下位机的通信，接收下位机的结果及图像。

2007年，合肥工业大学顾威[16]，在整个系统采用三层硬件两级网络构成，即“教室检测控制单元—RS485通讯线—楼层显示控制单元—CAN总线—中央计算机单元”。

智能教室控制系统采用基于RS-485和CAN总线的分布式集散控制系统实现对教室温度、教室光照、自习学生人数，教室使用状态等的监控与显示，并对教室内部用电设备进行合理控制和管理，达到高校教学楼教室控制的智能化和节约化的目标。

从国内研究的现状可以看出，研究的方法方式各种各样，但由于单片机具有集成度高，处理能力强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉的优点，因此在教学楼照明工程中被广泛应用。

因此本课题也是使用基于单片机的研究教学楼照明系统的设计。

二、课题研究的主要内容、研究方法

为达到教学楼照明智能、节能的目的,设计了基于89c51单片机的教学楼智能照明系统,包括日光强度测量电路、热释电红外人体测量电路、遥控发送接收电路、数字可调光电子镇流器和灯具及配套的软件。

系统以89c51为控制核心,实现对每个教室工作状态的监控及工作参数的设置。

图1系统组成框架图

设计系统以单片机89C51为核心[17]的智能照明系统。

系统中有若干照明单元（即灯具）,每个照明单元都有自己的环境检测、控制。

照明单元的环境检测由热释电传感器模块完成,用于检测该单元所在区域内是否有人。

整个教室配备了一个日光照度检测模块,该模块采用光敏电阻作为传感器[18],配合A/D实现日光照度的检测功能,把日光照度数据送给单片机,以做出正确控制动作。

系统的执行机构是数字可调光电子镇流器[19~20],用来控制灯的亮度或亮灭。

其主要的内容：

1.硬件方面设计

（1）日光强度检测模块设计

光照度不能直接进行测量,先测量出室内光的辐射照度,然后根据光照度和辐射照度的计算公式求得光照度。

探测室内光照度要用到光照度传感器。

光照度传感器采用光敏探测器，将光照强度转换为电流信号，再经过运算放大器转换为电压信号输出。

（2）热释电红外人体检测模块设计

利用热释电红外器,可以实现对人体进/出门方向的判断,通过后续电路对传感器信号进行处理,单片机对进/出人员计数得到室内的总人数。

（3）键盘输入模块

（4）LED显示模块

2.软件方面设计

单片机软件主要的功能是:

将测量的辐射照度转换成光照度；根据进出室内的人员数量计算出室内的人数；根据设定的条件,对各组灯具的开/关进行控制。

3.系统测试

在实验中，通过分析数据，进行对不同环境条件下的光照度信号采集、红外人体信号采集和控制效果的测试。

3、现有基础和具备的条件

1、近四年的学习，已经积累了一定的相关知识水平，对本课题所涉及的部分在生活中时刻接触者，并且实用性很强。

2、系办实验楼提供了相关实验室，可以模拟仿真。

3、学校图书馆收藏很多和本课题相关的书籍有利于我对该课题的开展。

4、校园官方网站中的中国知网能够提供很多与课题相关的技术和理论。

5、优秀老师的指导以及师生间相互交流。

4、本课题研究的工作任务，进度安排及预期结果

1.总的工作任务

在计划时间内完成本毕业设计并符合学校论文条例要求

2.进度安排

2012年12月1日~12月30日查资料、熟悉课题、完成论文开题报告。

2013年1月1日~1月30日完成电路原理图、装配工作。

以单片机为核，辅以相应外围电路及其相应软件编程，实现对原始参量的数据预处理。

2013年2月1日~3月28日完成该课题的程序设计、提交程序设计框图及程序设计清单。

2013年3月1日~3月30日完成硬件与软件的综合测试、能实现预定功能和主要技术指标。

2013年4月1日~4月30日整理论文。

2013年5月1日~5月20日毕业设计的撰写、整理并对毕业设计调整、修改、完善。

即等待答辩

3.预期结果

（1）、教学楼区别于一般建筑物的显著特点是使用时间集中,非使用时间关闭照明设备电源,可节约能源。

（2）、光强度和热释电红外线，仿真当光强度大于规定值，显示为“0”，表示照明关闭。

小于或等于就显示为“1”，表示照明开启。

当红外线感应大于规定人数时，显示为多个“1”，开启相应的照明灯管。

如果小于规定人数时，显示为“0”，该照明不开启。

（3）、能按时完成，并顺利仿真。

能通过所有考核与检查，力争优秀毕业设计论文。

参考文献

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