遼寧省機(jī)電工程學(xué)校 朱向東

智能照明控制系統(tǒng)在節(jié)能和節(jié)省燈具使用的同時(shí)，有效節(jié)省了電費(fèi)與管理費(fèi)用的支出。根據(jù)一般的教學(xué)大樓使用的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，節(jié)能效果能達(dá)到40%以上，一般的商場(chǎng)、酒店、地鐵站等節(jié)能效果也能達(dá)到25%-30%；

1.方案的擬定

1.1 設(shè)計(jì)要求

教室智能照明控制系統(tǒng)的作用是在保證教室正常照明的前提條件下，利用PLC自動(dòng)控制的方法對(duì)日光燈的亮滅實(shí)行智能控制從而達(dá)到節(jié)能的效果，同時(shí)也有效地延長(zhǎng)了燈具的使用壽命。

1.2 總體設(shè)計(jì)方案

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1 選擇PLC類型

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要從保證系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性和可擴(kuò)展性等方面入手。本控制系統(tǒng)采用可靠性和可擴(kuò)展性很好的西門子S7-200PLC系列的PLC作為控制器，對(duì)于每個(gè)教室輸入點(diǎn)主要來(lái)自以下四個(gè)方面：?jiǎn)?dòng)開關(guān)、停止開關(guān)、體存在傳感器和光電傳感器；輸出點(diǎn)主要輸來(lái)自每個(gè)教室五個(gè)區(qū)域的燈。根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)選擇CPU224模塊，每個(gè)教室有13點(diǎn)輸入，5點(diǎn)輸出。用人體存在傳感器和光電傳感器作為檢測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)教室中是否有人和教室的光照強(qiáng)度。運(yùn)用擴(kuò)展模塊EM235將信號(hào)輸入到PLC中，控制系統(tǒng)的框圖如上圖所示。

2.2 數(shù)據(jù)采集電路

教室中的環(huán)境光和人體存在與否是系統(tǒng)的主要輸入?yún)?shù)，因此教室中的環(huán)境光和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對(duì)象。常見(jiàn)的環(huán)境光采集器件光電傳感器有光敏二極管和光敏三極管，根據(jù)需求，選用靈敏度較高的光敏三極管。此外，人體傳感器要求靈敏度高，可靠性強(qiáng)，本系統(tǒng)采用了邏輯電平輸出的HP-208型號(hào)的人體存在傳感器。

2.2.1 環(huán)境光采集電路

光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電量的傳感器。采用的光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。在無(wú)光照時(shí)三極管的穿透電流很小，為暗電流Iceo有光照時(shí)，產(chǎn)生的Ib增大，成為光電流Ie。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。因此光敏三極管靈敏度高，而且體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

環(huán)境光采集電路原理圖如下圖所示。當(dāng)自然光強(qiáng)大于一定程度時(shí)，光敏三極管D6呈現(xiàn)底阻狀態(tài)小于1K歐，三極管Q12的基極電壓升高，Q12管飽和導(dǎo)通，集電極輸出低電平。當(dāng)自然光強(qiáng)小于一定程度時(shí)，光敏三極管D6呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，100K歐，使三極管Q12截止，集電極輸出高電平。其中可變電阻R26可調(diào)節(jié)，調(diào)R26阻值的大小，使Q12三極管受環(huán)境光影響在適當(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。

2.2.2 人體存在傳感器的工作原理

本系統(tǒng)采用的是熱釋電紅外傳感器，人體存在傳感器主要采用了紅外傳感器的原理，人體發(fā)射的10μM左右的紅外線通過(guò)菲尼爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能由人體存在的信號(hào)。

2.2.3 人體存在信號(hào)采集電路

人體傳感器HP-208基于紅外線的智能產(chǎn)品，它的主要特性如下：

(1)感應(yīng)為全自動(dòng)方式，人進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)輸出高電平(高3.3V)，人離開應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平(低0.3V)，其高低電平利于采集；

(2)采用可重復(fù)觸發(fā)方式。即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果二人體在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時(shí)15秒后將高電平變?yōu)榈碗娖剑?/p>

(3)人體傳感器工作電壓寬為DC3VDC24V；

(4)人體傳感器制作成錐面形狀，感應(yīng)范圍大，小于140度錐角，感應(yīng)距了為7米以內(nèi)；

(5)其靜態(tài)電流小于50微安，功耗低；

(6)工作溫度介于－15度和+70度之間，適應(yīng)性強(qiáng)；

(7)靈敏度高，可靠性強(qiáng)。

人體傳感器的1號(hào)引腳為電源信號(hào)端，3號(hào)引腳為地信號(hào)端，2號(hào)引腳為采集信號(hào)輸出端。在電路設(shè)計(jì)中，為了使人體傳感器的工作更加可靠，介于人體傳感器的信號(hào)引腳2與地信號(hào)引腳3之間加一個(gè)6800pF的電容，另外人體存在傳感器的信號(hào)引腳2與PLC EM235相連。

上述光電傳感器與人體存在傳感器輸出信號(hào)為電壓信號(hào)，屬于模擬量信號(hào)，所以需要將兩種傳感器通過(guò)EM235擴(kuò)展模塊與PLC相連接，由于光電傳感器與人體存在傳感器輸出的模擬量信號(hào)共有10路，故需EM235模塊3個(gè)。24V DC電源正極接入模塊L+端子，負(fù)極接入M端子，輸入的電壓信號(hào)正極接入X+端子，負(fù)極接入X—端子，RA懸空，由于會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)接口不使用的情況，未用端口應(yīng)用短路子短接以免受到外部干擾。

表1 I/O地址分配表

3.軟件設(shè)計(jì)

3.1 程序流程

由于上述具體控制要求，將各模塊進(jìn)行連接，最后經(jīng)過(guò)調(diào)試、完善、實(shí)現(xiàn)控制要求。

3.2 輸入輸出編址

系統(tǒng)輸入點(diǎn)及地址：?jiǎn)?dòng)I0.0停止I0.1、紅外探測(cè)器I1.0～I(xiàn)1.4、照度計(jì)I0.3～I(xiàn)0.7投影儀信號(hào)I0.2。為了減少輸出點(diǎn)數(shù)，一個(gè)區(qū)域作為一 個(gè)輸出點(diǎn)，其地址Q0.0～Q0.4。

4.結(jié)束語(yǔ)

教室節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)只是智能控制模型中的一個(gè)典型應(yīng)用，由此可開發(fā)其它智能系統(tǒng)，如智能家居系統(tǒng)、智能溫室系統(tǒng)、智能汽車駕駛系統(tǒng)等?？萍及l(fā)展日新月異，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)為核心的信息技術(shù)取得了更加迅猛的發(fā)展，各種裝備與設(shè)備上嵌入式計(jì)算與系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，大大地推動(dòng)了行業(yè)的滲透性應(yīng)用。智能系統(tǒng)將逐步走進(jìn)我們的生活。

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