教室灯光智能控制系统的设计
教室灯光智能控制系统的设计[20200410135532]
摘 要
本研究通过探究分析目前各大高等院校教室灯光控制的现状，发现传统教室里常常会出现“长明灯”的现象，为了尽量避免教室里这种现象的频繁出现，而设计了这套教室灯光智能控制系统。该控制系统的研究不仅能够避免由于“长明灯”现象的频繁出现而造成的能源浪费，而且能够明显的降低人工管理的工作量。
确定好该研究课题后，查看了大量的资料，通过分析和研究，本文最终确定使用以PLC为主控制器的智能灯光控制系统的设计方法。从节约能源的角度出发，本文教室用灯采用的是LED节能灯。该智能控制系统是用西门子S7-200的PLC作为核心，并且通过可以检测人体存在的热释红外人体探测器以及检测光照亮度的光敏传感器配合使用，从而使得教室灯光可以达到智能控制。为了使教室便于管理，本文还提出了分区域管理的思想，这样就更加有效的避免教室用电的大量浪费，以达到节约用电的目的。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:PLC照明智能控制
目 录
1绪论 1
1.1智能控制系统的概述 1
1.1.1课题研究背景 1
1.1.2国内外研究现状与发展趋势 1
2系统方案的整体设计 4
2.1方案设计的整体思想 4
2.2方案设计的整体布局 5
2.3方案设计中的控制因素 6
3系统的硬件设计 7
3.1 LED灯 7
3.2 S7-200PLC 7
3.3 热释红外人体探测器 9
3.4 光敏传感器 10
3.5 PLC的外部接线设计 11
4.系统的软件设计 13
4.1输入输出的I/O地址分配 13
4.2程序流程设计结构 13
4.3系统的程序设计 14
5.系统调试运行和问题分析 16
5.1系统调试 16
5.2出现的问题和解决方法 22
6.论文的总结和展望 26
参考文献 27
附录一 28
附录二 29
附录三 34
附录四 35
附录五 38
致谢 41
1绪论
1.1智能控制系统的概述
1.1.1课题研究背景
纵观整个地球，随着科学技术的发展以及人类文明的不断进步，我们很明显的可以看出我们人类对化石能源越来越有依赖性。我们人类进行各种生产生活活动，都少不了化石能源给予我们的帮助，可是，我们大家都知道，这些能源是没有办法重生的，甚至有些专家预测说，在21世纪的末尾，地球上的化石能源就将不复存在了。照这样发展下去，我们所面临的能源危机日趋严重，并且还会加重由能源危机所引发的一系列的社会经济问题，更严重的后果也许会爆发第三次世界大战。
能源危机对于我们国家来说，已经造成了很多问题，例如：不断上涨的物价，失业人口的不断增加等等，都多多少少与能源危机有着剪不断理还乱的联系。甚至有些城市贪图眼前经济的利益，一味的盲目的寻求发展，而忽略了能源的节约，导致大量化石能源的严重浪费。其中比较突出的浪费现象之一就是用电量的严重浪费，如今高等教育在中国被高度的重视，各大类高等院校也在不断的扩招之中，教室也在不断的扩建之中，因而也就需要更多的教室用电，可是，现在大学的管理风格都是开放式的，对节约用电的意识看的比较浅淡，而且大多数学校都是依靠人工来管理这些照明系统的，工作量巨大并且难以管理，常常会出现无人灯亮，光强灯也亮的现象，这样的现象，有意无意的大大增加了用电量的浪费。因此为了解决这种长明灯的浪费现象，就必须从根本上提高教室用电的效率。
1.1.2国内外研究现状与发展趋势
1现状：自从九十年代到现在，智能灯光控制系统的发展由于技术水平、价格、消费意识、市场等这类因素的影响，该系统进展速度十分缓慢。在外国，智能灯光控制系统的一个子系统的智能产品定位太高，因而广大人民群众是只可远观而不可亵玩焉。在我国，智能灯光控制系统和其他用于日常生活的智能产品相类似，没有进行很大的宣传与推广，而智能也没有促进消费意识，所以大部分的研究机构和企业都惧怕投入太多的精力和资源【1】。
现阶段，灯具市场上已经涌现了众多结构愈加复杂的智能照明系统，灯具
之间通过媒介联系，给人们的操作管理带来了方便，智能化水平也在不断的提高。根据各类产品使用不同的通信媒介这个特点，可以大致将智能灯光控制系统分为三大类【2】。
（1）总线类产品
这是主要利用总线连接灯具的一类产品，它属于高档产品，标准非常成熟，性能十分可靠，功能异常强大，但是由于它的价格太高，按照过程繁琐，因而不适用于高等院校的教室用电系统。
（2）电力载波类产品
这是依靠电力线连接系统中各个灯具节点的一类产品。这类产品本着通过免布线来实现系统的简单安装，可是现实情况下，大多都要重新加上零线，因而并不能达到预期的效果，并且这类产品有一个极大的缺点，它会给电力线带来非常大的电磁干扰，因此，也就会对通信的质量造成相当大的影响，综上所述，这类产品并不实用。
（3）无线类产品
可想而知这类产品是通过无线电使系统中各个节点相互通信的，这类产品不仅价格公道，而且真正意义上避免了布线的过程，很适应智能控制系统的发展需要。
2发展趋势：如今世界正在高速的不断的发展与进步，提高了自动化的现代化程度，普及了计算机技术，甚至照明管理也向自动化，智能化的方向在不断的发展【3】。如今的社会应该要紧随网络时代发展的脚步，不断加强智能化的发展。原先各大公共场所都是采用的传统的照明系统，不仅耗费人工而且管理繁琐；而随着时代的进步与智能化的发展，灯光系统越来越智能化，逐一的不断去探索解决浪费用电，污染环境，耗费人工，管理繁琐等等一系列的问题。
目前，智能照明系统主要有这4个优点：（1）能达到节约用电的效果：我们之所以要不断加强灯光智能化的发展，最主要也是最重要的原因就是希望通过该系统能够达到节约用电量的目的。智能灯光系统能够充分的利用太阳光，并且可以对处在各个时间各种环境的光照做出精准的设置与合适的管理，从而能够节约能源。（2）延长灯具寿命：该控制系统能够充分的抑制电网的冲击电压和浪涌电压，而损坏灯具的最主要的原因之一就是过高的电网电压，并且它还避免了灯具开启时的电流的热冲击，因为智能灯光控制系统采用的是软启动和软关断技术，由此看来，智能灯光控制系统能够延长灯具的使用寿命。（3）改变工作环境，提高工作效率：该系统是基于自我控制为主，辅以人工控制。调光器模块，它取代了传统的平面控制面板开关控制照明，从而有效地控制每个房间的整体光照，提高了照明的均匀性。（4）多种照明效果的实现：现代建筑不仅仅是为了满足人们生活所需，而且更加应该具有各种控制方案，增加建筑的艺术性，生动性。智能灯光控制系统能够根据不同环境下所需用途，效果，时间，通过采用相应的预设情景进行控制来达到多彩的具有艺术性的效果【4】。
为了适应世界的发展，我们国家正在努力建设成为一个环境友好，资源节约型的国家。传统的灯光控制系统是不能够适应快速发展的世界的，因而智能灯光控制系统是社会科技发展的必然产物，是满足人们日益增长的物质文化需求的必然发展方向。在未来的发展中，智能灯光控制系统会朝着标准化，人性化，网络化，嵌入式，可扩展性的方向不断发展进步下去的。
2系统方案的整体设计
2.1方案设计的整体思想
目前，各大高等院校基本上都是采用人工控制的管理模式，长明灯的现象比比皆是，随处可见明显的浪费现象。虽然各大高校的教室灯光的开关都能够分区域控制灯光的亮暗，但是根本没有学生会去在意哪个开关对应的是哪一排的灯，所以基本上是没有起到任何节约用电的作用。因此，既要让学生们在自习或上课时能够得到合适的亮度环境，又要避免用电量的浪费，所以提出了智能灯光控制系统，通过合理科学的管理控制来达到两全其美的效果。
在确保教室里的灯能够正常照明的前提下，智能灯光控制系统的设计采用PLC作为控制器，利用它的自主控制方法来实现智能控制对灯光亮暗的控制，以达到节约用电的效果。同时利用热释红外人体探测器来探测教室里是否有人存在，以及利用光敏传感器来检测教室里的光照强度是否合适。除此以外，还需要有时间控制教室里灯光的开与关以及个别情况下的手动控制教室里灯光的开与关。如下图1系统整体框图所示。
摘 要
本研究通过探究分析目前各大高等院校教室灯光控制的现状，发现传统教室里常常会出现“长明灯”的现象，为了尽量避免教室里这种现象的频繁出现，而设计了这套教室灯光智能控制系统。该控制系统的研究不仅能够避免由于“长明灯”现象的频繁出现而造成的能源浪费，而且能够明显的降低人工管理的工作量。
确定好该研究课题后，查看了大量的资料，通过分析和研究，本文最终确定使用以PLC为主控制器的智能灯光控制系统的设计方法。从节约能源的角度出发，本文教室用灯采用的是LED节能灯。该智能控制系统是用西门子S7-200的PLC作为核心，并且通过可以检测人体存在的热释红外人体探测器以及检测光照亮度的光敏传感器配合使用，从而使得教室灯光可以达到智能控制。为了使教室便于管理，本文还提出了分区域管理的思想，这样就更加有效的避免教室用电的大量浪费，以达到节约用电的目的。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:PLC照明智能控制
目 录
1绪论 1
1.1智能控制系统的概述 1
1.1.1课题研究背景 1
1.1.2国内外研究现状与发展趋势 1
2系统方案的整体设计 4
2.1方案设计的整体思想 4
2.2方案设计的整体布局 5
2.3方案设计中的控制因素 6
3系统的硬件设计 7
3.1 LED灯 7
3.2 S7-200PLC 7
3.3 热释红外人体探测器 9
3.4 光敏传感器 10
3.5 PLC的外部接线设计 11
4.系统的软件设计 13
4.1输入输出的I/O地址分配 13
4.2程序流程设计结构 13
4.3系统的程序设计 14
5.系统调试运行和问题分析 16
5.1系统调试 16
5.2出现的问题和解决方法 22
6.论文的总结和展望 26
参考文献 27
附录一 28
附录二 29
附录三 34
附录四 35
附录五 38
致谢 41
1绪论
1.1智能控制系统的概述
1.1.1课题研究背景
纵观整个地球，随着科学技术的发展以及人类文明的不断进步，我们很明显的可以看出我们人类对化石能源越来越有依赖性。我们人类进行各种生产生活活动，都少不了化石能源给予我们的帮助，可是，我们大家都知道，这些能源是没有办法重生的，甚至有些专家预测说，在21世纪的末尾，地球上的化石能源就将不复存在了。照这样发展下去，我们所面临的能源危机日趋严重，并且还会加重由能源危机所引发的一系列的社会经济问题，更严重的后果也许会爆发第三次世界大战。
能源危机对于我们国家来说，已经造成了很多问题，例如：不断上涨的物价，失业人口的不断增加等等，都多多少少与能源危机有着剪不断理还乱的联系。甚至有些城市贪图眼前经济的利益，一味的盲目的寻求发展，而忽略了能源的节约，导致大量化石能源的严重浪费。其中比较突出的浪费现象之一就是用电量的严重浪费，如今高等教育在中国被高度的重视，各大类高等院校也在不断的扩招之中，教室也在不断的扩建之中，因而也就需要更多的教室用电，可是，现在大学的管理风格都是开放式的，对节约用电的意识看的比较浅淡，而且大多数学校都是依靠人工来管理这些照明系统的，工作量巨大并且难以管理，常常会出现无人灯亮，光强灯也亮的现象，这样的现象，有意无意的大大增加了用电量的浪费。因此为了解决这种长明灯的浪费现象，就必须从根本上提高教室用电的效率。
1.1.2国内外研究现状与发展趋势
1现状：自从九十年代到现在，智能灯光控制系统的发展由于技术水平、价格、消费意识、市场等这类因素的影响，该系统进展速度十分缓慢。在外国，智能灯光控制系统的一个子系统的智能产品定位太高，因而广大人民群众是只可远观而不可亵玩焉。在我国，智能灯光控制系统和其他用于日常生活的智能产品相类似，没有进行很大的宣传与推广，而智能也没有促进消费意识，所以大部分的研究机构和企业都惧怕投入太多的精力和资源【1】。
现阶段，灯具市场上已经涌现了众多结构愈加复杂的智能照明系统，灯具
之间通过媒介联系，给人们的操作管理带来了方便，智能化水平也在不断的提高。根据各类产品使用不同的通信媒介这个特点，可以大致将智能灯光控制系统分为三大类【2】。
（1）总线类产品
这是主要利用总线连接灯具的一类产品，它属于高档产品，标准非常成熟，性能十分可靠，功能异常强大，但是由于它的价格太高，按照过程繁琐，因而不适用于高等院校的教室用电系统。
（2）电力载波类产品
这是依靠电力线连接系统中各个灯具节点的一类产品。这类产品本着通过免布线来实现系统的简单安装，可是现实情况下，大多都要重新加上零线，因而并不能达到预期的效果，并且这类产品有一个极大的缺点，它会给电力线带来非常大的电磁干扰，因此，也就会对通信的质量造成相当大的影响，综上所述，这类产品并不实用。
（3）无线类产品
可想而知这类产品是通过无线电使系统中各个节点相互通信的，这类产品不仅价格公道，而且真正意义上避免了布线的过程，很适应智能控制系统的发展需要。
2发展趋势：如今世界正在高速的不断的发展与进步，提高了自动化的现代化程度，普及了计算机技术，甚至照明管理也向自动化，智能化的方向在不断的发展【3】。如今的社会应该要紧随网络时代发展的脚步，不断加强智能化的发展。原先各大公共场所都是采用的传统的照明系统，不仅耗费人工而且管理繁琐；而随着时代的进步与智能化的发展，灯光系统越来越智能化，逐一的不断去探索解决浪费用电，污染环境，耗费人工，管理繁琐等等一系列的问题。
目前，智能照明系统主要有这4个优点：（1）能达到节约用电的效果：我们之所以要不断加强灯光智能化的发展，最主要也是最重要的原因就是希望通过该系统能够达到节约用电量的目的。智能灯光系统能够充分的利用太阳光，并且可以对处在各个时间各种环境的光照做出精准的设置与合适的管理，从而能够节约能源。（2）延长灯具寿命：该控制系统能够充分的抑制电网的冲击电压和浪涌电压，而损坏灯具的最主要的原因之一就是过高的电网电压，并且它还避免了灯具开启时的电流的热冲击，因为智能灯光控制系统采用的是软启动和软关断技术，由此看来，智能灯光控制系统能够延长灯具的使用寿命。（3）改变工作环境，提高工作效率：该系统是基于自我控制为主，辅以人工控制。调光器模块，它取代了传统的平面控制面板开关控制照明，从而有效地控制每个房间的整体光照，提高了照明的均匀性。（4）多种照明效果的实现：现代建筑不仅仅是为了满足人们生活所需，而且更加应该具有各种控制方案，增加建筑的艺术性，生动性。智能灯光控制系统能够根据不同环境下所需用途，效果，时间，通过采用相应的预设情景进行控制来达到多彩的具有艺术性的效果【4】。
为了适应世界的发展，我们国家正在努力建设成为一个环境友好，资源节约型的国家。传统的灯光控制系统是不能够适应快速发展的世界的，因而智能灯光控制系统是社会科技发展的必然产物，是满足人们日益增长的物质文化需求的必然发展方向。在未来的发展中，智能灯光控制系统会朝着标准化，人性化，网络化，嵌入式，可扩展性的方向不断发展进步下去的。
2系统方案的整体设计
2.1方案设计的整体思想
目前，各大高等院校基本上都是采用人工控制的管理模式，长明灯的现象比比皆是，随处可见明显的浪费现象。虽然各大高校的教室灯光的开关都能够分区域控制灯光的亮暗，但是根本没有学生会去在意哪个开关对应的是哪一排的灯，所以基本上是没有起到任何节约用电的作用。因此，既要让学生们在自习或上课时能够得到合适的亮度环境，又要避免用电量的浪费，所以提出了智能灯光控制系统，通过合理科学的管理控制来达到两全其美的效果。
在确保教室里的灯能够正常照明的前提下，智能灯光控制系统的设计采用PLC作为控制器，利用它的自主控制方法来实现智能控制对灯光亮暗的控制，以达到节约用电的效果。同时利用热释红外人体探测器来探测教室里是否有人存在，以及利用光敏传感器来检测教室里的光照强度是否合适。除此以外，还需要有时间控制教室里灯光的开与关以及个别情况下的手动控制教室里灯光的开与关。如下图1系统整体框图所示。
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