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1、教学楼智能照明控制系统设计 摘要：改革开放30多年来，我国社会经济进入了高速发展的快车道，与此同时对于能源的依赖程度也越来越高，能源短缺和环境污染形势严峻。当前国家对高校教育非常重视投入了大量的资金，但是我们发现高校中教室照明用电浪费现象非常严重。常常出现“长明灯”，所以在党中央号召节能减排的大背景下进行教学楼智能照明控制系统的设计研究有非常重要的研究意思和经济效益。本文详细研究了大学教室的使用特点和照明需求及存在的问题,提出了一种网络化的教室照明智能控制系统，利用CAN总线和以太网技术和中控实验平台给出了教室照明控制器和上位机系统的设计方法,在此基础上,在实验室中实现了调试。针对教室的具体功
2、能设计了一键开关、人多、人少和放PPT等控制模式。还为教室的控制增加了无线控制模块，使得教室照明控制的方法更加的多样化和灵活化。对自习室主要是利用光照度传感器和人体感应器实现照明的自动控制功能。对于楼道走廊和洗手间这类不需要长时间开灯的地方利用光照度传感器和人体感应器实现当光照度不足且有人经过时才将灯打开，在离开后灯自动关闭。有效杜绝了高校教室照明用电的浪费现象。关键词：智能照明；CAN总线；以太网；上位机监控；远程集成Teaching building design of intelligent lighting control systemAbstract：In the past 30 y
3、ears of reform and opening up, Chinas socio-economic into the high-speed development of the fast lane at the same time for the increasingly high level of energy dependence, energy shortage and environmental pollution situation is grim. The current state of Higher Education attaches great importance
4、to put a lot of money, but we found that colleges and universities in classroom waste of electricity for lighting is very serious. Often long light, in the context of the CPC Central Committee called on energy saving the teaching building intelligent lighting control system design study has a very i
5、mportant meaning and economic benefits.In this paper, a detailed study of the university classroom use features and lighting needs and problems in a networked classroom lighting intelligent control system using CAN bus and Ethernet technology and in the control experiment platform classroom lighting
6、 controller and host computer system design, on this basis, achieved in the lab debugging. A key switch is designed for the specific function of the classroom, many people, and put the PPT control mode. Wireless control module for control of the classroom, classroom lighting control more diverse and
7、 flexible. Study room light sensor and human sensor lighting automatic control functions. Such corridor corridors and toilets do not need a long time to turn on the lights using the light sensor and human body sensor when the illumination is insufficient and someone passes before the lights on, in t
8、he left rear light automatically shut down. Effectively put an end to the college classroom lighting electricity waste.Key words: Intelligent Lighting；CAN bus; Ethernet; host computer monitoring; remote integrated目 录 摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 选题背景11.1.1国内用电紧缺与“节约型社会”的提出11.1.2当前高校教室照明的主要控制方法与电力的浪费11.2
9、智能照明控制系统研究现状21.3 教学楼智能照明选题意义31.4 本论文的主要研究内容3第2章 智能照明控制系统的总体设计分析52.1 系统整体设计方案52.1.1 利用以太网实现区域化控制62.1.2 利用CAN总线将各个智能照明控制模块连接62.2 上课教室系统设计方案72.3 自习室系统设计方案82.4 走廊与洗手间系统设计方案92.5 上位机监控面板设计10第3章 智能照明控制系统的硬件设计113.1 数据采集模块的设计113.1.1 室内光照度采集113.1.2 室内人体感应153.2 现场调光模块183.3 无线控制模块193.3.1 无线发射模块193.3.2 无线接收模块20第
10、4章 智能照明控制系统的软件设计214.1 算法控制214.1.1 算法流程图214.1.2 照明控制算法214.2 软件介绍224.2.1 OptiVIEW224.2.2 OPC224.2.3程序语言234.3监控画面设计234.3.1 数据连接234.3.2 新建工程项目234.3.3添加窗口244.3.4 PLC与OPC数据连接244.4教室智能照明控制系统的软件设计254.4.1 模式设计254.4.2 灯的增亮、减亮设计284.4.3 人体感应和光照度复合功能软件设计294.4.4 无线模块场景化设计314.5 走廊与洗手间控制系统的程序设计334.6远程集成控制34第5章 实验结果
11、分析375.1 上位机实验结果375.2 远程控制实验结果38结 论39致 谢40参考文献41第1章 绪论1.1 选题背景1.1.1国内用电紧缺与“节约型社会”的提出进入二十一世纪能源与环境的问题越来越受到各国家的重视。如果说环境是人们赖以生存的基础，那么能源就是一个国家经济发展的动力之源。而电力正因为其清洁、高效、方便传输等优点越来越受到人们的青睐。改革开放30多年来，我国社会经济进入了高速发展的快车道，与此同时对于能源的依赖程度也越来越高，能源短缺和环境污染形势严峻。虽然近年来，我国的电力建设取得了很大发展，但是我国现在依然面临着电力供应不足与能源短缺问题。最近几年一到夏季与冬季电力供应问
12、题就会占据各大媒体的头条，也因为电力供应问题与百姓生活息息相关总是时时刻刻牵动各方的心。拉闸限电、错峰用电的新闻比比皆是，特别是经济发展比较迅速的长三角、珠三角地区缺电已经常态化了。正是在这种情况之下党中央国务院高瞻远瞩地提出了建设“节约型社会主义国家”。1.1.2当前高校教室照明的主要控制方法与电力的浪费高校教室的照明用电占到了整个用电量的65%-75%1,其实这个比例完全可以降低，就看照明控制的效果。当前高校的照明控制主要有三种：第一种，完全靠学生的自觉性由学生自己来控制照明的开关以及开关多少的灯。第二种，由专人负责照明的开关。第三种，采用声、光控制照明设备的开关。第一种方法电力浪费最为严
13、重，由于学生的节电意识不同导致了自习室常常出现这种情况，人已经都走完了但教室的灯都还亮着或者是一个教室中明明只有一两个同学在学习但是却把所有的灯都打开了，白天依然存在着严重的电力浪费现象，白天光照度充足但还是有相当一部分教室的灯是开着的。第二种方法虽然较之第一种已经有了很大程度的提高，但是第二种方法依然存在着很多不足的地方，比如不能够实现人离开随即关灯，必须等管理员知道这个教室人都走完了才能实现灯得关闭，专人负责灯得照明不仅增加了管理员的工作量也增加了学校的运行成本。第三种方法在节能方面做出了表率但是还不够只是在楼道和洗手间实现了节能的功能应该最大化地发挥第三种方法。1.2 智能照明控制系统研
14、究现状目前国内几种常见的照明控制系统有以下几种:1. Dynalite智能照明控制系统该系统主要由调光模块、开关模块、制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、编程插口、时钟管理器、手持式编程器和PC监控机等部件组成。采用DyNet网络连接,DyNet是一个分布式智能化网络,使用RS-485通讯协议。系统的工作原理是:控制模块由微处理器控制,所有控制部件均互连在DyNet网络上,网络上每一个装置内的存贮器均存有操作所需的全部指令。用户利用控制面板按键选择一个预置场景是一种最简单的控制方式。每个调光器可以预置96个场景。利用时钟控制器也是一种常见的照明控制方式。另一常用设备是通用传感器,其由动静控测远
15、红外跟踪、光度检测光电管和用于遥控的接收器组成。2. C-Bus智能照明控制系统C-Bus系统是1994年由澳大利亚奇胜电气公司开发的,现已广泛用于很多国家和地区。C-Bus系统是一个二线制的总线型式的智能控制系统,主要用于对照明系统的控制。也可用于消防等系统中的联动控制,系统所有的单元器件(除电源外)均内置微处理器和存储单元,由一对信号线(双绞线)连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址并用软件设定其功能,通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时,输入单元将其转变为C-Bus信号在C-Bus系统总线上广播,所有的输出单元接收并做出判断,控制相应回路输
16、出。控制方式包括场景控制、定时控制、红外线传感器控制、就地控制、集中开关控制和集中调光控制、群组组合控制、系统联动及广域控制。3. ABB i-bus EIB智能安装系统EIB智能系统由总线、总线电源、智能传感器(光线传感器、模糊开关、时间控制器、移动传感器)、智能开关驱动器和其他智能元件(逻辑模块总线祸合器)构成。它是典型的现场总线系统,每个元件就是一个节点,这些节点连接在一根2芯双绞线介质的总线上,不分主从隶属关系实现相互之间的通讯从而实现控制和被控制1-3。1.3 教学楼智能照明选题意义针对目前高校教学楼照明控制系统智能化程度不足的现状，以提高教室照明设备控制的自动化为目的，有必要开发一
17、套功能比较完善的教学楼智能照明控制系统。教学楼的智能照明系统控制系统符合现今“建设节约型社会”的大形势，能在一定程度上减轻用电紧张的问题，为我国经济发展贡献一份力量。教学楼智能照明控制系统研究的具体意义如下：1、提高教学楼智能化管理水平：智能照明控制系统的使用，能大大提高教学楼的智能化管理水平，使其管理更加现代化，更加科学化。2、节约电力资源，降低成本：采用智能照明控制系统，能降低照明设备的电力消耗，节约电能，减少学校电费开支，降低运营成本。3、构成智能楼宇的一部分：照明控制系统的智能化是智能化楼宇的一部分，它既能独立运行，自动控制照明设备，也可以与其他子系统联接，组成完整的楼宇智能化系统。1
18、.4 本论文的主要研究内容本论文在分析智能照明控制系统的发展背景和目前国内几种常见的照明控制系统基础之上，提出了应用于大学教学楼的智能照明控制系统设计方案，并且设计了上位机控制系统方便管理，和现场控制的无线模块并且将无线模块事先进行场景化。除此之外本智能照明控制系统的最大特点就是将光照度传感器和人体感应器综合利用起来，实现了教室灯的及时地开关，最大限度地减少浪费带来的损耗。论文共分为五个章节来阐述智能照明控制系统的详细设计方案，具体内容如下：第1章 主要研究了智能照明的发展背景，和现在主要的几种照明控制系统。并且根据大学教室的照明浪费现象和党中央号召节能减排的基础之上提出了智能照明应用性上的必
19、要性。第2章 首先，简述一下整个智能照明控制系统的结构框架和总体的设计思路，然后，再具体地分析上课教室、自习教室、走廊与洗手间的设计框架与设计思路。最后，就是上位机人际友好界面的设计思路的简述。第3章 围绕第二章所需要实现的功能对照明控制系统进行硬件的设计与布局，包括声控模块、无线模块、现场调光模块，重点是研究光照度传感器和人体感应器的设计与布局。第4章 围绕第二章所需要实现的功能对照明控制系统各个模块进行软件设计。包括上位机各个按钮所要实现功能的程序编写、光照度传感器和人体感应传感器相互配合的使用的程序编写、无线场景化接受模块与发射模块的程序编写，还有远程集成控制的实现。第5章 在实验室的环
20、境下对系统进行测试，分析数据，并验证控制策略的可行性。并总结全文的研究工作和在系统设计中的经验，指出系统还需要完善的部分。第2章 智能照明控制系统的总体设计分析2.1 系统整体设计方案考虑教室的智能照明节能，改进照明系统的运行，主要应关注两个方面，合理利用自然光作为辅助光源和根据教室内人数有效开启灯具的数量，这样能够在保证照明质量的同时有效避免能源的浪费3。充分地利用自然光找到自然光与灯具开启的最佳平衡状态能够减少能源的损耗并且也保证了采光质量不会受到影响。根据大学教室的实际使用类型有两种，一种是学生的自习教室，另一种是上课的教室。因此要设计一种兼顾了个别灯具的单独调光功能也要实现集中的调光与
21、场景化。智能照明控制系统应该包括CPU控制模块、开关驱动模块、调光驱动模块、信号检测模块、无线接收模块、无线控制面板、扩展通讯模块、房间控制模块、智能传感器、系统编程软件和计算机监控软件等部件组成。智能照明控制系统整体系统结构图如图2-1。图2-1 智能照明控制系统整体系统结构图2.1.1 利用以太网实现区域化控制以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。不论是无论是 10
22、M、100Mbit/s还是吉比特以太网，由于信噪比、碰撞检测、可用带宽等原因传输距离都是100m。所以很难得到在其他大领域的应用。为了适应高带宽的要求和更长传输距离的要求,10GE对原来的以太网技术也做了很大的改进，主要表现在物理层实现方式、帧格式和MAC的工作速率及适配策略方面。10GE只在光纤上工作，并只能在全双工模式下操作，这意味着不必使用冲突探测协议，因此它本身没有距离限制,使局域网的传输距离最大达到了40KM，使得以太网的更大的应用空间。网络化的控制方式可以让管理员在运行管理上位机实时地得到控制现场的信息,并以此作为控制的依据。从教学楼的整体出发,同时也可以依据教室用途及教学楼的整体
23、环境,比如:可以根据教学楼里正常上课、自习、集中考试和假期等不同阶段,对所有的照明灯具采取综合调控,实现较好的照明控制和节能效果。这样就实现了整个教学楼的照明都可以通过一台运行控制管理计算机控制。2.1.2 利用CAN总线将各个智能照明控制模块连接各个楼层的控制模块如：电源模块、CPU模块、调光驱动模块、和信号检测模块都采用CAN总线方式连接，CAN 总线是 ISO 国际标准化的串行通信协议。由于 CAN 数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，其应用范围扩展到了机械工业、机器人、家用电器及传感器等领域。CAN 总线能够以较低的成本、较高的实时处理能力在强电磁干扰环境下工作，已成为工业数据通
24、信的主流技术之一11。CAN 总线的主要技术特点如下：（1）CAN 总线上任意节点均在任意时刻主动地向其他节点发起通信，节点不分主从，通信方式灵活12。（2）将 CAN 总线上的节点信息，按对实时性要求的紧急程度，分成不同的优先级，最高优先级的数据可在最多 134s 内得到传输，以满足控制的通信需要13。（3）采用载波监听多路访问、逐位仲裁的非破坏性总线仲裁技术。（4）只需通过报文滤波便可实现点对点、一对多等几种方式传输数据，无需专门的“调度”。（5）设有出错检测、标定和自检的强力措施，数据出错率低。（6）CAN 直接通信距离最远就可达 10km（速率小于 5Kb/s），最高通信速率为 1Mb
25、/s(此时通信距离为 40m)。电源模块主要给CPU模块和CAN总线功能模块供电，该模块的输入电源是市电AC220V，输出电源为DC24V。LC313-1模块是智能照明控制系统的CPU模块，可以通过CAN总线使用CANopen协议（主要采用DS-401规范）下挂14个I/O模块。与上位机连接通过10M/100Mbps以太网。另外，该模块还带有1个RS232接口、1个RS485接口（预留），可以支持Modbus协议和自由协议，1个CAN总线接口，用于跟I/O模块通讯。本模块可以跟其他不同厂商采用CANopen协议的I/O模块通讯。调光驱动模块LA304-8开关/调光驱动器用于控制带模拟调光接口的
26、电子镇流器，接收通过CAN总线传来的数据，它能控制继电器的输出状态和模拟量的输出，从而达到调光和控制开关的目的。它还可以直接通过面板上的按键来控制继电器的输出状态和模拟量的输出,需软件支持。信号检测模块用于将外部照度检测和移动侦测等传感器信号接入，从而达到根据外部事件进行照明控制和调节的目的。 XI308为建筑照明控制系统中的综合检测模块，作为控制系统的组成单元。其具有检测0-10V电压信号和无源开关量信号，并将其转化为数字信号通过CAN总线传送给CPU及其它模块。 可联动消防火灾报警系统，通过消防报警系统所提供的无源干接点区域信号，切换照明系统。2.2 上课教室系统设计方案上课教室因为使用的
27、时间都比较固定，并且灯具的开关都比较及时所以不需要进行声光自动控制。但是上课教室还是有要进行改进与设计的地方。因为每次上课的人数不同、时间不同所以灯具开关多少和亮度都不同，还有在上课的过程中灯也需要有不同的变化模式，如在放PPT时应该将讲台的灯熄灭其他各排的灯由讲台往后依次降低亮度，并且还可以根据需要成比例地加减亮度。当上课人数比较多时就要求教室中的灯具全部打开并根据实际自然光的光照度增加或降低灯具的亮度。当上课人数较少时就只打开前几排的灯具降低电力的损耗。当上完课后需要最简便地将所有灯都熄灭。将以上几种情况分别作为人多模式、人少模式、放PPT模式、增减亮模式和一键开关模式，作为场景固化在无线
28、模块中这样上课时老师只需要通过遥控器就可以实现不同场景的转换而不需要老师来回地跑来控制教室中的灯具。手持遥控器发射315MHz频段的无线信号与无线接收模块通信，在不同的按键下编写不同的功能，可以通过遥控器按键实现照明控制系统的开关、调光及情景控制。无线接受器接收315MHz频段的无线遥控数据，并将已经学习记忆过的遥控数据通过CAN-bus CANopen协议发送到调光模块，用以控制分布式智能照明控制系统中负载的开关和调光。下图2-2是无线控制面板和教室中灯的排放情况。图2-2 无线控制面板和教室中灯得排放位置情况2.3 自习室系统设计方案自习教室是高校教室照明浪费最为严重的地方，常常出现人走了
29、灯还在亮，只有几个人在上自习却把所有的灯都打开了，白天灯也照开不误很少有人自觉地及时关灯所以说造成了很大的浪费。针对上述问题，作出了如下的分析与方案设计：1. 为了尽最大的可能性利用自然光的照明时间，减少开灯的时间和杜绝白天开灯的情况，采用光照度传感器来确定什么时候开灯，并且同时确定使之达到什么样的亮度。即通过编程在不同的光照度之下对应着不同的亮度模式。2. 为了杜绝高校中出现的“长明灯”和“无人亮灯”等现象，减少因未能及时关灯所带来的电能损耗，采用人体感应来确定教室中有没有人。当教室中有人时打开灯当人员离开教室时自动熄灭灯。实现“人来灯开，人走灯灭”的智能控制方式。所以，根据上面两条很容易得
30、出这样的设计方案：综合利用光照度传感器和人体感应。当光照度不足时并不会立即打开灯，只有人体感应器检测到了对应的灯下有人了之后才打开相应的灯，并根据光照度传感器的具体数据来最终确定所打开灯的亮度是多少。其他没有感应到人的对应灯具则不会打开。自习室智能照明控制系统流程图如下图2-3所示。图2-3 自习室智能照明控制系统流程图为了满足教室控制的多元化，在教室现场也设置了调光模块可以通过按键调节灯得亮度，同时也可以通过上位机进行调节。2.4 走廊与洗手间系统设计方案走廊和洗手间具有人员出现时间的不确定性和所需要提供的照明时间短等特点不适合将灯一直打开，在光照度不足的情况之下并且有人经过或者进入才将灯打
31、开并且在人员离开后自动再将灯关闭。采用人体传感器和光照度传感器综合使用的方法来控制。工作流程图如图2-4所示：图2-4 走廊与洗手间智能照明控制系统流程图2.5 上位机监控面板设计上位机采用PC机,利用PC机的10/100M通讯接口，Modbus/TCP协议,实现与教室照明控制器的通讯。上位机是整个教室智能照明控制系统的核心,其功能是接收教室控制器所发送的现场采集的数据,通过编写的照明控制策略程序的判断,给出照明控制命令,并发送回教室控制器,从而控制照明灯具的开关。其系统软件由VisualBasic语言开发,后台连接Access数据库来存储和管理数据。通过上位机的系统管理员还可以远程掌握教室现
32、场的光照度、室内人数、灯具开关情况等。第3章 智能照明控制系统的硬件设计3.1 数据采集模块的设计为了对教室中的灯进行智能照明控制，必须借助传感器来检测使用环境中的光照强度和室内占用情况等参数,来确定灯具的开关时刻及开关位置,以便在节能的同时,为使用者提供较好的视觉舒适度。所以,用于照明控制的数据采集模块主要包括教室内光照度采集和室内人体感应两部分。3.1.1 室内光照度采集1. 光照度探测研究（1）光源在单位时间内向周围空间辐射出去的，并能使人眼产生光感的能量，称为光通量，以符号表示，单位为lm（流明）。人眼对不同波长的可见光具有不同的灵敏度，对黄绿光最敏感。人们比较几种波长不同而辐射能量相
33、同的光时，会感到黄绿光最亮，而波长较长的红光与波长较短的紫光都暗的多，因此不能直接以光源的辐射功率来衡量光能量，而要采用以人眼对光的感觉量为基准的基本量光通量来衡量。常见光源的光通量见表3-1。 表3-1 常用灯源的光通量光源种类光通量/lm光源种类光通量/lm太阳3.91028荧光灯 20W1200月亮81016荧光灯 40W3300蜡烛11.3荧光灯 100W9000卤钨灯 50010500汞灯 25010500钠灯 60W5000汞灯 400W21500白炽灯 100W15700汞灯 700W39500白炽灯 1000W21000荧光汞灯 400W21000（2）光照度是指物体表面被照明
34、的程度。由发光体发出的光能,在单位时间内通过某一截面的光能数量,叫光通量。光通量的数量越大,即表示该发光体所发出的可见光就越强。光通量的计数单位以流明表示。照度为照射到表面一点处的面元上的光通量除以该面元的面积。照度的符号为E(Ev);单位为勒克斯(流明/单位面积),符号为lx,1lx=1lm/m2 。其数学表达式为:其中，光通量，S面积。1lx相当于1m2被照面上接收到的光通量为1lm照度。在夏季阳光强烈的中午，地面照度约为50000lx;在冬季的晴天，地面照度约为2000lx;而在晴朗的月夜，地面照度约为0.2lx。对于不同的工作场所，根据工作特点和保护视力的要求，国家规定了相应的照度值。
35、学校建筑照明的照度标准值如表3-2所示。表3-2 学校建筑照明的照度标准房间或场所参考平面及其高度照度标准值（Lx）UGRRa教室课桌面3001980实验室实验桌面3001980美术室桌面5001980多媒体教室0.75m 水平面3001980教室黑板黑板面500-80照度标准值表中的UGR为统一眩光值评价，Ra为显色指数。其中，Ra值越大，光源的显色性能越好。2 .光照度传感器的选择为了探测室外的光照度来确定天是否黑暗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。光照度传感器按其工作原理通常分为三类：一是外光电效应元件, 此类光
36、电转换元件有光电管、光电倍增管等。二是内光电效应元件, 此类光电转换元件有光敏电阻、光导管等。三是光生伏特效应元件, 此类光电转换元件有光电池、光电晶体管等。光照度传感器按其使用环境分为室内型和室外型两类。因为本课题是要探测室外的光照度所以选用室外型的光照度传感器。室外型LC1112传感器采用先进的电路模块技术开发的变送器，用于实现对环境光照度的测量，并限流输出标准电流信号；采用硅光电池，传感器灵敏度高产品外观精美；采用了防水接头，可以广泛用于温室，智能门窗，楼宇等环境的光照度测量。室外型LC1112传感器外形如图3-1所示：图3-1 室外型LC1112光照度传感器室外型LC1112传感器的技
37、术指标如表3-3所示。表3-3 光照度传感器技术指标序号技术指标性能参数1电源DC24V2工作温度-20603相对湿度0-100%RH，无凝露4传感器感应硅光电池5测量0-2000Lux;0-20,000Lux;0-200,000;可选6测量精度2%7外壳材料塑料防水外壳8接线三线制9输出4-20mA10防护等级IP6511安装方式吸顶安装3. 光照度传感器的布局现在的相关研究中，多数文献采用的方式是在室内安装照度传感器来探测室内光照度的变化，作为控制灯具开关的依据，从而实现：当自然光照充足时，关闭灯具,当自然光不足以满足人们的视觉要求是,开启灯具。这种布局方法虽然可以近距离的探测到室内照度的
38、变化,但因为光照度传感器接收的不仅是自然光照,也包括室内照明灯具自身的光线,所以探测到的是自然光和人工光的混合光。所以很容易出现这种情况：当灯亮时,传感器会探测到光照度(实际为自然光和人工光的混合光照度)充足的结果,引起控制器发出关灯的信号,而关灯后,传感器会探测到光照度值(仅为自然光照度)不充足的情况,引起控制器发出亮灯信号。如此反复,造成室内的灯具的忽亮忽暗,不仅影响室内人员的正常活动,而且降低了合理利用自然光实现节能的效果。解决这种情况的一种方法是在室外安装室外光照度传感器。根据教学楼的实际情况可知，每个自习教室只有一边有窗口，所以自然采光都是通过此面的窗户采光。因此，照到窗户上的光多少
39、决定了室内的光照度的多少，它们之间正相关。因此，将室外光照度传感器安装在窗户的上边沿并且无遮挡物，这样就避免了上面室内传感器所遇到的问题。虽然，室外传感器采集到的数据与室内的真实光照度有点偏差但是完全可以同软件将这个差距缩小。比如，通过实验得知在窗外的传感器光照度为200Lux时，测得室内的实际光照度为170Lux,这样我们就大致的了解到了室外与室内的差距，这样在室外采得200Lux时软件上控制灯亮度时按170Lux来处理9-10。室外型光照度传感器安装布局如图3-2所示。图3-2 室外型光照度传感器的安装布局3.1.2 室内人体感应室内占用情况是决定照明灯具的开关及位置的重要依据，即需要检测
40、一个房间内的被占用情况。当室内被占用时对应的地方将灯开启，没有被占用的地方则不开启灯。所以需要用人体感应器来确定室内的占用情况。1. 室内人体感应探测研究红外探测的原理：人体发出的 9-10m 的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集在红外感应源上，红外感应元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电平衡，向外释放电荷，并经由后续电路检测处理后产生探测信号。目前，人体检测的方法有很多。根据普朗克定律，黑色的单色辐射强度随波长和热力学温度T而变化的关系式为： (3-1)其中：为黑体的单色辐射强度（）;为普朗克第一辐射常热（）；为普朗克第二辐射常热（）； T为黑体的绝对温度。在温度低于3000K的可
41、见光范围内，一般采用维恩公式来代替式3-1，即： （3-2）2. 红外人体感应传感器的选择DT-7380吸顶式被动红外与微波复合智能型入侵探测器是采用能量堆积逻辑处理、随机动态时间分割技术的数码未处理控制功能的双鉴探测器。外形设计新颖，线条流畅，动态LED显示。红外部分采用精密菲涅尔透镜技术，提高能量接收的效率，微波部分使用先进的平面天线微波发射，采用四重屏蔽技术，有效控制微波的探测区域，从距探测器0.5米到10米范围内都极强的灵敏度，配合先进的能量堆积逻辑处理随机动态时间分割技术能使其对真正的入侵者还是其他可能引起误报的干扰因素做出准确的判断。具有超高的探测和防误报性能，不会对一只重量20K
42、G的宠物或者老鼠、飞鸟等活动引起误报、漏报，其性能远远超出其他普通的被动移动感应器。其探测区域测试图如图3-3所示：图3-3 DT-7380探测区域测试图DT-7380的具体技术指标如表3-4：表3-4 DT-7380的技术指标序号技术指标1探测距离：直径10m2防宠物：20KG3输入电压：9-16VDC4消耗电流：大约15mA/12VDC5最大覆盖面积：10*10m6输出：固态继电器，无源干接点，常闭和常开各1个7吸顶安装高度：2.4-4.8 米8工作温度：-10-503. 红外人体感应传感器的布局室内的人数和所处位置决定了需要开灯的数量和位置,在现有的照明控制的研究中,红外人体感应传感器常
43、用于室内人数的统计,主要方法是将红外人体感应传感器安装在教室门内外两面,当人经过门口时,出和入触发两个传感器的先后顺序不同,通过该顺序来判读人体出入的不同状态,连续探测下就能统计处室内现有的人员总数,依此作为控制开灯数量的判断依据。这种方法在探测的基础上结合了人体活动的规律,对于小型室内人数活动较少的环境具有很好的效果,但用于大学教室的人数统计却有很多不足值处。因为,教室作为学生上课仔细的活动场所,其人员流动量大且复杂,同时教室的门一般较宽敞,很容易出现多个人同时进出教室的情况,而这回严重影响传感器的状态判断,从而导致统计人数的严重误差。所以,这种方法对于大学教室的照明控制是不可取的。为了避免
44、上述错误的出现,在本系统的设计中,红外人体感应传感器仅作为探测室内不同区域有无人活动的手段,而对于室内人数的统计则采用人数预测模型的方法, 在每个照明灯具旁安装红外人体感应传感器,通过在菲涅尔透镜上加阻挡物,将每个红外传感器的探测范围调整到仅灯具下方的座位区域,且不同的灯具没有重叠范围。这样,红外传感器就可以准确得探测到不同区域内是否有人体活动,并将此信息提供给控制器和上位机系统,作为照明控制的一个重要判断依据。将自习教室分为五个区域，用五个人体感应器来控制这五个区域。自习教室的人体传感器布局如图3-4所示：图3-4 自习教室人体传感器布局如图所示我们学校的自习教室长1054cm宽780cm,
45、座位前排到教室前墙为284cm。这样在除了黑板的284*780cm2区域外平均安装四个人体感应器。每一个传感器探测范围大概是340*340 cm2。3.2 现场调光模块DALI数字式可寻址灯光接口（Digita Addressahle Lighting Interface）镇流器，是当前最新型的可调光荧光灯镇流器，1999年Philips,ORSAMTridonic 等公司共同制定了DALI的工业标准，纳入IEC929，保证不同的制造厂生产的DALI设备能全部兼容。DALI是一个数据传输的协议，它定义了电子镇流器与设备控制器之间的通信方式，应用DALI协议标准可以创建一个结构简单、安装方便、操
46、作容易、功能优良的智能型灯光控制系统。DL系列DALI调光驱动模块具有DALI控制接口，能对外部DALI调光镇流器进行控制，从而达到对灯具进行调光控制的目的，DALI调光驱动模块按型号的不同具有1、2、4 路的DALI总线控制接口供用户选用，每个DALI控制接口最多可控制4组共64 个DALI荧光灯镇流器，即每组16个，共4 组4,5。DALI调光驱动模块可选规格型号如表3-8。表3-8 DALI调光驱动模块可选规格型号序号型号规格安装位置及方式1DL301-11路DALI总线控制接口，可控制16个DALI荧光灯器；安装方式：箱体内DIN35 导轨安装；安装位置：合理安装于照明电气控制箱体内或就近照明电气控制箱附近单独设置箱体安装2DL302-12路DALI总线控制接口，每条总线可控制16个DALI荧光灯镇流器，2组共控制32个DALI荧光灯镇流器；3DL304-14路DALI总线控制接口，每条总线可控制16个DALI荧光灯镇流器，4组共控制64个DALI荧光灯镇流器；表3-9 LA304-8模拟调光驱动器技术参数表序号性能指标性能参数1电源DC24V（18V30V）2工作温度-20653相对湿度0-100%相对湿度，无凝露4模块功耗 3.5W5输入信号类
