【教室自动感应照明控制系统设计研究6300字（论文）】.docx

《【教室自动感应照明控制系统设计研究6300字（论文）】.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【教室自动感应照明控制系统设计研究6300字（论文）】.docx（16页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、教室自动感应照明控制系统设计目录第一章引言1第二章控制系统设计22.1 主要设计目标22.2 系统功能分析22.3 控制系统分析32.4 控制方案选择42.5 控制方案设计4第三章件系统设计63.1 输入输出点分配63.2 系统控制流程图设计63.3 PLC外部接线图设计73.4 梯形图程序设计8第四章系统仿真124.1 开始仿真124.2 结果分析15结束语16参考文献16第一章引言能源是二十一世纪的最重要的东西就是能源，但是随着科学技术水平的不断发展，目前能源浪费是越 来越严重。而本文所设计的智能照明控制系统也是在为节约能源。虽然目前我们的能源还够用，但是能源 储备已经越来越跟不上时代的需

2、要。很多能源的储存量已经告急，所以说节约能源已经被提上了日程。不 管是在工业生产当中还是在平常的生活当中。我们都应该养成节约的良好习惯。根据本文所设计的智能照明系统，我们这里选择了学校作为我们的研究对象。因为随着改革开放的不 断发展国家对于教育这一块投入越来越大，目前在校的学生数量非常多。所以我们这里通过学校的教室智 能照明系统来为整个社会的能源节约做出自己的贡献。学校从幼儿园到大学有很多这里选择的是大学校园 的教室作为设计对象，因为现在的大学管理都相对而言较开放。学生们的节能意识比较淡薄。所以说这一 块是我们需要尤为关注的。虽然本文是对教室的节能控制进行研究，但是不管在什么地方，我们都需要养

3、 成节约的好习惯。由于大学的学习体质问题。教室并没有像初中高中那样的使用率，所以会造成教室无人而灯还开着的 情况。虽然单次浪费的电量并不算太多，但是日积月累再加上教室的数量众多，这样一来所浪费的电能就 非常的多了。这里举个例子就按每个学校一万盏灯的情况来算，每盏灯的功率按照四十瓦每小时，每盏灯 每天工作10小时，这样就是40*10/100=0.4每盏灯每天使用0.4度电，每个学校每天的用电量是4000度电，按 每度电0.6元计算每天学校只是照明用电花费就已经达到了2400元，全年除去节假日照明用电的电费大概在 50万元左右，如果每盏灯每天浪费两个小时，全年电费就要多浪费10万元。电费还是其次，

4、最主要的是我 们造成了巨大的能源浪费。这仅仅只是一所学校的情况全国有那么多的大学，可想而知浪费是有多么的恐 怖。在每次教室停电时大家都是怨声载道，想想我们所浪费的能源是有多么的可惜。第二章控制系统设计2.1 主要设计目标设计并制作一个教室智能照明控制系统，通过光电传感器来对教室里面的自然光线，通过红外传感器 来检测教室里面各区域的人员分布。利用PLC控制系统来进行总、体的控制,根据时间段来进行对应的系统 控制。系统控制主要包括：1 .自然光检测电路，对照明现场的亮度进行检测，如果现场亮度符合照明要求，系统应关闭照明设备；2 .人体红外检测电路，当照明现场亮度不符合照明要求且有人经过时，系统启动

5、照明设备；3 .按照不同时间段来进行对应的照明控制，例如：正常上课时间，晚自习时间以及晚上的睡觉时间。2.2 系统功能分析目前市面上的绝大部分控制系统绝大部分都是采用的数字化的形式去进行管理的，它主要是由系统单 元、输入单元以及输出单元三个部分所组成。每一个单元他都有着固定而且唯一的单元地址。它的功能需 要利用软件来进行设计，当然这里面不包括电源设备，单元是不需要进行功能设计的。系统单元输入单元 以及输出单元这三个大部分。这三个单元的主要功能是通过数字化的形式对整个教室照明系统进行智能化 的控制。每一个单元的工作方式都是不一样的。以下就对整个三个单元的工作方式进行介绍：第1个系统单元，照明控制

6、系统的主系统对各区域进行同级和同时的数据采集。再进行统一的处理而子 系统则负责各个区域，主系统和子系统之间需要实现连接这样才能保证整个采集数据过程的及时性。第2个是输入单元，输入单元的主要设备是光航传感器以及红外感应器这两个。首先是光敏传感器来感 知外界的光照程度与此同时红外传感器同时检测区域内是否有人在。这两个传感器是同时进行工作的，在 工作的时候不分先后顺序。这两个传感器将收集到的信号传输到PLC当中去进行处理这就是输入单元功能。第3个输出单元，输出单元再接收到PLC经过处理过后的数据以后，将其输出到对应的终端设备当中， 以完成对整个系统的控制。输出单元一般情况下会有各种形式的继电器。本文

7、所设计的这种输出是通过灯 光来进行输出的。但是有一些其他的控制系统当中。也会有对应的其他的一些终端设备来接收输出单元输 出的信号进行工作。以上三个就是整个系统的功能组成。通过我们的设计校园教室智能照明控制系统会有以下的一些优点，首先第1个是它的节能效果很好。通 过这种方式能够精确地控制教师照明用电可以最大程度地避免造成电能的浪费；科学的使用照明系统再加 上智能控制能够极大地弥补校园在照明用电上的浪费。整体的节能效果可以达到30%甚至更多。第2点是由 于采用了智能控制的系统，极大地延长了灯具的使用寿命，灯具的使用寿命延长不仅能节约了学校在照明 系统上的投入同时侧面的也反映出其对节约所作出的贡献。

8、2.3 控制系统分析在对整个智能照明控制系统进行设计之前，我们需要对教师照明系统的需求进行充分的分析。首先要 考虑到整个不同教室的学生的作息时间是否一致以及学校是否有一些特殊的安排。其次是教室那么大是不 是每次都必须打开所有的灯光。这些都是我们在设计整个照明控制系统时所要关注的问题。针对整个系统的具体控制而言我们需要从以下的几个方面去进行设计：(1)由于大学不像初中和高中，大学的课程相较而言较为自由，每个班级都不是固定在一个教室上课 的所以在设计爆明系统的时候要考虑整体利用的问题。根据实际情况添加每个学校的使用时间。(2)学校有周末、假期以及其他的一些作息时间这些因素我们在设计系统的时候也需要

9、考虑进行去。(3)每个班级的学生不一样，而教室的大小相对比较统一，所以是不是每次开灯都是需要全部打开， 还是打开一部分灯光即可。(4)为了应对一些特殊的情况我们不仅仅需要设计采用PLC进行控制的照明系统，而且还要设计传统 的手动控制开关，这样方便我们来应对可能出现的一些特殊情况。总体来说我们设计的教室智能照明控制系统，它的主要输入参数是自然的光照强度和人体是否存在这 两组数据，另外需要手动控制和自动控制相互融合。2.4 控制方案选择随着工业自动化发展趋势的逐步改善和市场环境的转变，确定了自动化技术的深入，广泛的发展趋势, 并提高了相关技术的综合性。智能照明技术发展迅速。智能照明技术也多种多样，

10、其设计方案也在不断改 进。针对智能爆明控制设计了三种方案设计，并比较了所计划方案的优缺点。方案一：使用传统的继电器-交流接触器电源电路自动控制系统设计方案。由继电器和交流接触器组 成的控制回路，其技术成熟而完善，并广泛应用于各个领域。但是该方案花费高昂，布线复杂，并且拓展 灵活度低。方案二：基于单片机设计并执行智能照明控制系统的设计方案。选择单片机设计作为主要的系统软件 来收集传感器数据信息，并控制实际的操作机构进行工作。该方案投入较低，布线简单。但是由于单片顺 序执行指令的工作原理，其编程相对复杂。目由于单片机通常内部RoM较小，大多需要其他的外部拓展。方案三：基于PLC的控制系统设计。PL

11、C控制是根据继电器-交流接触器控制的发展趋势而形成的。其 投入适中，并且具有良好的拓展性和适应性。在现阶段，随着PLC技术的发展趋势和应用，PLC控制系统 正在逐步取代继电器-交流接触器控制系统。上述三种方案的优缺点如表所示。表2-1控制方案比对表方案投入硬件复杂度拓展性可靠性方案一较低极其复杂极低极低方案二较低相对复杂灵活相对较低方案三适中相对简单非常灵活可靠在经过比对之后，决定选择了方案三的基于PLC的控制系统。此方案投入虽略高，但是拥有较高的可靠 性，抗干扰性。并且硬件系统简单，易于维护，不易故障。2.5 控制方案设计在设计整个控制系统之前我们要预先设计一个控制对象这里我们需要满足以上所

12、提到的一些控制要 求，所以选择了一个较大的教室作为控制对象进行控制。一般的教室周围都有窗户。基本上都能接收到外 界的光线，所以这里我们选择1楼的教室用于控制系统设计，因为1楼大多数可能会有树木遮挡会造成自然 采光效果不好。这样的选择更加能够体现我们控制系统设计作用。因为本文选择的是较大的1楼教室，所 以要考虑到几种情况，一是教室比较大。可能会有学生做不满的情况，其次是处于1楼周围可能会有树木 遮挡住自然光，导致教室内光线不好。所以这里我们将教室分为5个区域。首先最上面的是讲台是，其次 从左到右分别是一、二、三、四这四个区域。这样我们在每个区域加装红外感应器以及光敏三极管进行数 据的收集。这样能

13、保证每个区域都可以单独控制将节能效果做到最好。同时也能够保证老师和学生们都能 够正常的工作或学习。我们需要在每个区域内加装红外感应器以及光敏传感器。红外感应器一般可以安装 在屋顶或者说光源灯的旁边。这样就可以有效的探测到范围之内是否有学生存在，另外光敏传感器最合适 的安装位置是在靠角落的位置，因为这样能够更好地判断整个教室的光亮程度，进而判断是否需要打开教 室的照明系统。第三章件系统设计3.1 输入输出点分配针对于PLC的输入输出接口分配，首先我们在选择PLC的输入输出接口数量的时候，首先第1个考虑的 因素就是控制系统，实际所需要的输入输出接口量，在满足实际控制需求的输入输出接口数量之后，在此

14、 基础之上还要额外增加10%20%左右的预留量，这样做的目的就是为了防止如果后期对控制系统有其他的 额外需求,或者说有调整的时候预留出一部分量。不必为了调整一小部分功能而更换整个PLC;第2个就是 在选择输入输出口数量的时候，需要尽可能地考虑经济因素，不要预留太多接口,避免造成浪费。表3-1 I/O分配表输入信号输入点输出信号输出点启动按钮10.0讲台区域灯Q0.0停止按钮10.1区域1灯Q0.1投影开关10.2区域2灯Q0.2光电感应器110.3区域3灯Q0.3光电感应器210.4区域4灯Q0.4光电感应器310.5光电感应器410.6光电感应器510.7红外感应器111.0红外感应器211

15、.1红外感应器311.2红外感应器411.3红外感应器511.43.2 系统控制流程图设计进行完输入输出端口分配后，对系统的整体控制流程进行设计，方便后续程序的编写。系统控制流程 图如图3-1所示。开始图31系统控制流程图3.3 PLC外部接线图设计根据输入输出分配进行PLC的外部接线设计，在设计之前要了解基本的电路接线原理，因为PLC的接线 也是建立在传统的电路原理之上的，如下图3-2就是PLC的外部接线图。启动开关10.0停止开关一10.1投影开关IO.2q00L1光电感应器10.3 PLCQ0.1L2光电感应器2I0.4光电感应器3IO.5Q2L3光电感应器4I0.6光电感应器5IC)7 CPU224 qo 3L4红外传感器111.0红外传应器2 l11Q0.4L5红外传应器311.2红外传应器411.3红外传应器511.4LM图3-2 PLC外围