电力载波技术的智能照明控制系统设计(附件)【字数：12497】
摘 要随着经济的飞速发展以及计算机技术和智能化技术的发展，人们对照明的智能化需求也越来越高。对于高校来讲，传统主要以人工控制为主的照明控制方式不仅会导致开关灯不及时，还会造成人力资源和电力资源的极大浪费，而且也不能及时地了解各个教室的照明情况和灯具是否正常工作，而以自动控制为主、人工控制为辅的，以电子技术、计算机网络技术、通信技术、传感器技术为依托的智能照明控制系统的迅速发展，实现对室内灯光的智能控制，减少了资源浪费的同时也可节约电力资源，对“节约型”高校建设具有重要影响。本课题是对基于电力线载波技术的智能照明控制系统设计的研究。该系统中，利用电力线载波技术可在室内原有的电力线上直接进行载波通信，进行数据传输，可以通过计算机控制室内灯光的亮灭，而不需要重新布控制电缆线。此外，通过利用电力线载波通信技术实现计算机与教室的相互通信，及时地了解各间教室的照明情况的同时还能对各间教室的灯光亮灭进行控制；最后，通过计算机的控制界面，使得管理人员能够远程进行操作从而控制教室灯光的亮灭，实现了照明控制的智能化。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景和研究意义 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究意义 1
1.2课题的主要研究内容 2
第二章 系统的总体设计方案 3
2.1系统的设计要求 3
2.2系统的主要功能 3
2.3系统的功能特点 3
2.4系统的总体设计 3
第三章 系统的硬件设计 4
3.1电力线载波通信系统的设计 4
3.1.1电力线载波（PLC）的概述 4
3.1.2电力线载波通信（PLC）的特点 4
3.1.3电力线载波通道的总体架构图 5
3.2智能照明控制系统的硬件结构 6
3.3电力线网关的设计 6
3.3.1电力线网关的工作原理 6
3.3.2电力线网关的结构 6
3.3.3电力网关各模块的设计与选型 7
3.4电力线网关总体设计图 15
第四章 系统的软件设计 17
4.1通信协议与路由算法 17< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 4.2软件设计 17
4.2.1 STM32串口通信程序设计 17
4.2.2组网通信设计 18
4.3灯光控制程序设计 20
4.4智能照明控制程序设计 20
第五章 系统调试 22
5.1客户端操作控制界面调试 22
5.2照明控制系统调试 22
结束语 27
致 谢 28
参考文献 29
附录1 30
第一章 绪论
1.1课题的研究背景和研究意义
1.1.1研究背景
随着我国经济和信息技术的飞速发展，我国在电子技术、通信技术、计算机技术方面的研究和发展取得了很大的进步，现代化建筑中出现了很多不同功能、不同类型的控制系统，而且越来越复杂。在建筑系统中，照明控制系统占据着十分重要的位置。据统计，目前我国照明用电总量在建筑用电总量中的占比在25%35%左右，并且比重还在不断增长。而高校教学楼作为现代化建筑中的重要组成部分，其照明控制系统显得更为重要，其直接关系到学生学习环境的照度和电力资源的损耗。
如今很多教室在没有人或光线充足时，室内灯具仍处于长明状态，这会造成极大的电力资源浪费和经济损失。而这些都是传统照明控制系统存在的不足所造成的严重后果。现阶段教学楼教室照明控制系统基本是处于一种粗放式、机械式的管理状态，其管理一般为以下三种：一是没有专人负责，由学生自己控制灯具开关，再安排指定的值日学生在特定时间段开关灯具；二是实行定时开关灯具的模式，根据作息时间开启和关闭整个教学楼的照明电源；三是安排专门的管理人员控制灯具开关，由管理人员根据作息时间和实际情况控制灯具的亮灭。第一种模式的特点是可以灵活地进行调节来满足情况下对照度的要求，布线和控制简单，但也是最为浪费电能的一种方式，因为较大的照度差会影响人眼对灯具亮灭的判断。并且有时会由于学生的粗心大意造成在空闲时间灯具仍处于开启状态。第二种模式对电能的节约有较大的帮助，但是对不同教室对照度的不同要求无法同时满足，因为照度受多种因素的影响，这种模式难以满足不同的照明要求。第三种模式拥有前两种模式的优点，但浪费人力，而且人为控制的准确度和科学化水平较低。传统的高校照明控制方式还需通过铺设大量的电线电缆将被控制的设备与控制室连接，增加了投资成本的同时也增加了灯回路的辐射干扰，造成电磁污染。虽然有些高校采用单教室照明控制的方式，在一定程度上弥补了人工控制的不足，但是存在不能及时了解各个教室的照明情况，不能及时发现灯具故障的缺点。因此，急需对传统的照明控制方式进行改进，使照明控制方式更加智能化。
1.1.2研究意义
针对目前高校教学楼照明控制智能化程度不足的情况，以提高高校教学楼照明设备控制系统的智能化水平为目标，设计符合现阶段高校教学楼照明现状的智能照明控制系统。本系统在改变以往传统照明控制模式的同时，不需要架设新的传输网络，可直接利用原有电力线进行数据传输，减少了布线和费用的支出，并提高了对教学楼照明控制的效率和智能化水平，减少了人力和物力的消耗，克服了人为管理控制存在的不足，并在一定程度上减少了电能的浪费，缓解用电的紧张，使得教学楼照明控制更加智能化。
1.2课题的主要研究内容
为了解决传统教学楼室内照明控制方式存在的问题，本文提出了基于电力载波技术的智能照明控制系统的设计方案，主要由计算机、电力线网关、客户端操作界面等组成。通过查阅大量文献资料，对电力载波传输通信的理论、通信协议与路由算法进行了研究。项目技术的基础理论，是从众多涉及信息传输和无线通信的应用领域最底层中抽取出来的关键、共性技术。电力线网关是通信的基础，并采用了模块化设计，其数据传输的效率（频谱和功率效率）直接决定了整个系统的效率。在充分分析现有PLC通信协议体制的基础上，选择适合电力载波的物联网控制传输的通讯协议。收集到的信息通过电力线传输到电力线载波模块进行解调后送到计算机，管理人员通过计算机根据收集到的信息对灯具的亮灭进行相应的控制，以达到照明的智能化，同时也可以节约能源。
第二章 系统的总体设计方案
2.1系统的设计要求
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景和研究意义 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究意义 1
1.2课题的主要研究内容 2
第二章 系统的总体设计方案 3
2.1系统的设计要求 3
2.2系统的主要功能 3
2.3系统的功能特点 3
2.4系统的总体设计 3
第三章 系统的硬件设计 4
3.1电力线载波通信系统的设计 4
3.1.1电力线载波（PLC）的概述 4
3.1.2电力线载波通信（PLC）的特点 4
3.1.3电力线载波通道的总体架构图 5
3.2智能照明控制系统的硬件结构 6
3.3电力线网关的设计 6
3.3.1电力线网关的工作原理 6
3.3.2电力线网关的结构 6
3.3.3电力网关各模块的设计与选型 7
3.4电力线网关总体设计图 15
第四章 系统的软件设计 17
4.1通信协议与路由算法 17< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 4.2软件设计 17
4.2.1 STM32串口通信程序设计 17
4.2.2组网通信设计 18
4.3灯光控制程序设计 20
4.4智能照明控制程序设计 20
第五章 系统调试 22
5.1客户端操作控制界面调试 22
5.2照明控制系统调试 22
结束语 27
致 谢 28
参考文献 29
附录1 30
第一章 绪论
1.1课题的研究背景和研究意义
1.1.1研究背景
随着我国经济和信息技术的飞速发展，我国在电子技术、通信技术、计算机技术方面的研究和发展取得了很大的进步，现代化建筑中出现了很多不同功能、不同类型的控制系统，而且越来越复杂。在建筑系统中，照明控制系统占据着十分重要的位置。据统计，目前我国照明用电总量在建筑用电总量中的占比在25%35%左右，并且比重还在不断增长。而高校教学楼作为现代化建筑中的重要组成部分，其照明控制系统显得更为重要，其直接关系到学生学习环境的照度和电力资源的损耗。
如今很多教室在没有人或光线充足时，室内灯具仍处于长明状态，这会造成极大的电力资源浪费和经济损失。而这些都是传统照明控制系统存在的不足所造成的严重后果。现阶段教学楼教室照明控制系统基本是处于一种粗放式、机械式的管理状态，其管理一般为以下三种：一是没有专人负责，由学生自己控制灯具开关，再安排指定的值日学生在特定时间段开关灯具；二是实行定时开关灯具的模式，根据作息时间开启和关闭整个教学楼的照明电源；三是安排专门的管理人员控制灯具开关，由管理人员根据作息时间和实际情况控制灯具的亮灭。第一种模式的特点是可以灵活地进行调节来满足情况下对照度的要求，布线和控制简单，但也是最为浪费电能的一种方式，因为较大的照度差会影响人眼对灯具亮灭的判断。并且有时会由于学生的粗心大意造成在空闲时间灯具仍处于开启状态。第二种模式对电能的节约有较大的帮助，但是对不同教室对照度的不同要求无法同时满足，因为照度受多种因素的影响，这种模式难以满足不同的照明要求。第三种模式拥有前两种模式的优点，但浪费人力，而且人为控制的准确度和科学化水平较低。传统的高校照明控制方式还需通过铺设大量的电线电缆将被控制的设备与控制室连接，增加了投资成本的同时也增加了灯回路的辐射干扰，造成电磁污染。虽然有些高校采用单教室照明控制的方式，在一定程度上弥补了人工控制的不足，但是存在不能及时了解各个教室的照明情况，不能及时发现灯具故障的缺点。因此，急需对传统的照明控制方式进行改进，使照明控制方式更加智能化。
1.1.2研究意义
针对目前高校教学楼照明控制智能化程度不足的情况，以提高高校教学楼照明设备控制系统的智能化水平为目标，设计符合现阶段高校教学楼照明现状的智能照明控制系统。本系统在改变以往传统照明控制模式的同时，不需要架设新的传输网络，可直接利用原有电力线进行数据传输，减少了布线和费用的支出，并提高了对教学楼照明控制的效率和智能化水平，减少了人力和物力的消耗，克服了人为管理控制存在的不足，并在一定程度上减少了电能的浪费，缓解用电的紧张，使得教学楼照明控制更加智能化。
1.2课题的主要研究内容
为了解决传统教学楼室内照明控制方式存在的问题，本文提出了基于电力载波技术的智能照明控制系统的设计方案，主要由计算机、电力线网关、客户端操作界面等组成。通过查阅大量文献资料，对电力载波传输通信的理论、通信协议与路由算法进行了研究。项目技术的基础理论，是从众多涉及信息传输和无线通信的应用领域最底层中抽取出来的关键、共性技术。电力线网关是通信的基础，并采用了模块化设计，其数据传输的效率（频谱和功率效率）直接决定了整个系统的效率。在充分分析现有PLC通信协议体制的基础上，选择适合电力载波的物联网控制传输的通讯协议。收集到的信息通过电力线传输到电力线载波模块进行解调后送到计算机，管理人员通过计算机根据收集到的信息对灯具的亮灭进行相应的控制，以达到照明的智能化，同时也可以节约能源。
第二章 系统的总体设计方案
2.1系统的设计要求
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