徐木政（福建水利電力職業(yè)技術學院，福建永安，366000）

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基于LonWorks的教學樓智能照明的設計

徐木政
（福建水利電力職業(yè)技術學院，福建永安，366000）

［摘要］本文通過認真分析教室內的光照，按照預設條件，設計出一種基于LonWorks技術的教學樓智能照明控制系統(tǒng)。系統(tǒng)能自動調節(jié)教室內的燈光的照度以達到理想的照明，在為師生提供良好教學環(huán)境的同時達到節(jié)能減排的目的。

［關鍵詞］LonWorks；教學樓；智能照明

伴隨著我國教育信息產業(yè)技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)校園模式發(fā)生巨變，而智能化無疑是現代校園建設的發(fā)展方向。教室是孩子們最重要的學習、成長環(huán)境，然而，教室照明設備老化、使用不當等因素造成教室照明環(huán)境不舒適，既影響了教學效率，也是導致學生近視的主因之一。與此同時，學校內普遍存在“人走燈亮”等浪費能源的現象。因此在現代教學場所應用智能照明系統(tǒng)很有必要。

本文通過認真分析教室內不同環(huán)境、時間的光照，設置合理舒適的照度條件，設計出一種基于LonWorks技術的教學樓智能照明控制系統(tǒng)。

1　智能照明的原理

智能照明控制系統(tǒng)采用的是一個分布式、總線型的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各個可調光電子鎮(zhèn)流器均有控制、存儲單元，在系統(tǒng)中有獨立的單元地址[1]。由于各種傳感器和遙控接收設備、控制單元能與鎮(zhèn)流裝置相連接，因此系統(tǒng)布線就很大程度的減少。鎮(zhèn)流裝置將根據傳感器狀態(tài)改變或某個按鍵開啟，按照預先配置的控制模式向總線發(fā)出控制指令。

LonWorks是用于開發(fā)監(jiān)控網絡系統(tǒng)的一個完整的技術平臺，并具有現場總線技術的一切特點，支持不同的傳輸媒介進行通信，并遵守ISO/OSI的七層模型協(xié)議，具有從300b/s~1.25Mb/s的數據傳輸率，一個Lonworks網絡上的節(jié)點數可達32000個，在樓宇自動化系統(tǒng)中具有突出的表現。

2　智能照明的硬件設計

2.1總體組成

智能照明控制器硬件如圖1所示，包含了數據采集模塊、執(zhí)行器模塊、處理器、總線接口、微處理器外圍電路等組成。首先由數據采集模塊采集教室內有人與否以及教室內的光照強度等信息，然后利用ARM S3C44B0X處理器反饋給執(zhí)行器模塊對燈的開關加以控制。ARMC44BOX是16/32位RISC處理器，具有高達66MHZ工作頻率，具有各種通用接口，特別具有功能強大的以太網控制器，非常適用于在工業(yè)以太網系統(tǒng)中作為底層控制器使用。如果教室的光照強度比預設值高，控制電路開啟燈光的開關；只有當教室有人，且教室光照強度比預設值低，燈被執(zhí)行模塊中的控制電路開啟。當教室內的人離開后，燈將延遲后關閉。

圖1　智能照明控制器硬件框圖

2.2紅外探測模塊的設計

紅外探測模塊利用采集的教室內人員的位置和數量等信息，對燈光分區(qū)域實行控制。將控制范圍分成若干個區(qū)，當檢測到有人在某個區(qū)域時自動打開照明設備；如果檢測到沒有人，自動關閉。這樣就能防止燈長時間開著從而浪費電能。

設計采用HN911L作為紅外探測模塊，該傳感器工作較為穩(wěn)定，能將人體特有的輻射信號分離出來單獨分析處理，這是因為傳感器具備了溫度補償功能。處理器S3C44B0X的PortA0腳與HN911L的1腳相連，即當HN911L探測到有人時，S3C44B0X的PortA0為“1”；當HN911L探測到沒有人時，S3C44B0X的PortA0為“0”。HN911L的紅外探測模塊如圖2所示。

圖2　 HN911L的紅外探測模塊

2.3執(zhí)行模塊的設計

執(zhí)行器模塊的設計包含了調光控制單元的設計和開關控制單元的設計。

圖3　開關控制器設計電路圖

開關控制器設計電路如圖3所示，處理器S3C44B0X的PE3口與控制端CON相連，當控制端CON為“0”時，由于三極管Q截止，此時高電平輸出，所以導通繼電器，開啟燈Ds1[2]。當控制端CON為“1"時，由于三極管Q導通，此時低電平輸出，所以阻斷了繼電器，關閉燈Ds1。另外與PE4口相連接的按鍵能夠實現對繼電器的手動控制。

對燈光的調控用到的是調光控制器，本設計中采用的調光控制器是型號為IR21592型。IR21592調光控制電路如圖4所示。

圖4　 IR21592調光控制電路圖

在本設計中IR21592的DIM腳的信號由微處理器S3C44B0X的PE6腳提供的。首先一個PWM信號由S3C44B0X的PE6腳輸出，經過R2和C2濾波后轉換為有256個不同電平的模擬電壓輸入到控制器IR21592的DIM腳[3]。通過設置IR21592引腳5 “MAX”和引腳6“MIN”外部電阻值來控制燈的功率達到“最大”還是“最小”，達到調節(jié)光亮暗的目的。

3　系統(tǒng)軟件的設計

首先程序開始時要對程序中用到的參數進行初始化需要做初始化寄存器，給定系統(tǒng)參數以及定義系統(tǒng)各變量的工作，還有要對常量以及各控制變量進行定義和賦值等。每個節(jié)點燈組照明的控制方式有手動和自動兩種選擇。

圖5　照明控制主程序

系統(tǒng)處于自動模式時，首先利用紅外線傳感器采集數據，測量出室內的照度,再根據室內有人與否、人的活動情況和預先設定的照度值進行自動調節(jié)和控制。手動模式下，室內人員可以依據室內的實際光照環(huán)境對相應的開關進行控制。程序流程如圖5所示。

4　 LonWorks網絡監(jiān)控

LonWorks網絡結構中上位機節(jié)點與下位機節(jié)點的物理連接是通過LNS網絡接口來實現的，將LNS DDE服務器以及集成工具Lon Maker在上位機上運行，監(jiān)控界面的開發(fā)則采用西門子公司的組態(tài)軟件——視窗控制中心（SIMATIC WinCC）。

圖6　教學樓智能照明監(jiān)控界面

本設計以教學樓智能照明為模型設計了監(jiān)控界面，如圖6所示。組要實現以下三種控制方式：

（1）自動模式1。當紅外探測模塊檢測到教室內有人后啟動控制程序，根據設定的時間和光線控制光線強度。

（2）自動模式2。根據設定值控制調光程序，當環(huán)境光線低于設定值調光程序打開，反之則關閉，環(huán)境的光線強度隨燈光光線強度的變化而變化。

（3）手動模式。人為控制是否通電，光線強度則可以通過燈光控制滑塊控制，范圍為0- 500LX。

本文介紹了基于LonWorks的教學樓智能照明控制系統(tǒng)的設計。先從智能照明控制原理入手作出總體設計；接著針對教學樓照明的特點和要求，介紹紅外探測模塊和執(zhí)行模塊的設計；其次寫出軟件設計流程；最后是應用組態(tài)軟件實現實時監(jiān)控。系統(tǒng)能自動調節(jié)教室內的燈光的照度以達到理想的照明，在為師生提供良好教學環(huán)境的同時達到節(jié)能減排的目的。

[參考文獻]

[1]朱惠梁.智能建筑照明之智能功能應用分析[J].建筑與發(fā)展2011.

[2]秦佳.基于C51的單片機電動機控制器制作[J].科協(xié)論壇2013.

[3]倪曉峰.現代建筑中的“綠色照明”管理應用研究[M].東南大學2008.

5　結語

The Design of Intelligent Lighting of Teaching Building Based on LonWorks

XUMuzheng
(Fujian College of Water Conservancyand Electric Power, Yong'an366000, Fujian)

［Abstract］By a careful analysis of the light in the classroom, according to a preset condition, this paper designs the intelligent lighting control system of teaching building based on LonWorks technology. The system can automatically adjust the illumination lights in the classroom in order to achieve the desired lighting, which provides a good learning environment for teachers and students and at the same time achieves the purpose ofenergysaving.

［Key words］LonWorks; teachingbuildings; smart lighting

［作者簡介］徐木政（1980-），男，福建漳平人，福建水利電力職業(yè)技術學院講師，研究方向：電路基礎、電機與拖動、PLC應用。

［收稿日期］2015- 5- 7

［中圖分類號］TP334.7

［文獻標識碼］A

［文章編號］1671- 5004（2015）03-0017-03