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1、 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） (2011(2011 屆屆) ) 教室燈光智能控制系統(tǒng) 院 系 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名 方言 指導(dǎo)教師 王俊杰 助教 2014 年 5 月 學(xué)號(hào)：1108441109 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 1 - 摘摘 要要 隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源消耗的節(jié)奏也越來越快。電力資源 已經(jīng)成為一種稀缺資源。如何節(jié)能降耗已然成為近幾年來值得研究的熱 門話題。 在本文中，我們研究的教室燈光智能控制系統(tǒng)就是在針對(duì)我國城市 巨大的能源消耗而開發(fā)的新的節(jié)能控制系統(tǒng)。它是一個(gè)集電壓控制、軟 啟動(dòng)功能、智能自動(dòng)起停于一體

2、的教室燈的控制系統(tǒng)。晶閘管功率轉(zhuǎn)換 單元和智能控制系統(tǒng)的結(jié)合是這個(gè)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。 這里討論了教室燈光智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與構(gòu)思，介紹了儀器 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工作原理，分析了以AT89C51為主要控制單元的硬件電路的 設(shè)計(jì)。 實(shí)驗(yàn)表明，教室燈光智能控制系統(tǒng)可以明顯提高教室燈的功率效率， 在節(jié)約能源，電力資源合理利用今天的當(dāng)今時(shí)代，該系統(tǒng)有一個(gè)非常廣 闊的社會(huì)和商業(yè)前景。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: :節(jié)能控制，單片機(jī)，軟起動(dòng)節(jié)能控制，單片機(jī)，軟起動(dòng) 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 2 - Abstract With the rapid development of the Chine

3、se economy, electric power consumption also rises fleetly. recent years, the rising speed of electric power consumption ishigher than that of economy development remarkably. Electric power resource has become very scanty. Hence, how to economize energy sources and reduce wastage has become a hot pro

4、blem researched in recent years. The main feature is combining the SCR PowerC onversion and Intelligent Control System modules, the Power modules isolate high-voltage and low-voltage using Substation Converter Reactance, geting the fast winding of Reactor(high-voltage) and street lamp in series, inc

5、reasing the second winding (low-voltage)in the reactor. The secondary coil ,the SCR and the control systems of fuzzy control algorithms are associateing together, We discuss the concept of the intelligent system of energy-saving and controling street lamp,and introduce the system design of the insta

6、llation, operation. we detailed analysis connecti the hardware circuit design with a control unit of 89C5l, and its electrical connection. Experiments show that the intelligent system of energy-saving and controlling street lamp can significantly improved the systemstreet lamps electricity eficiency

7、 and improve the rata factor in energy. Nowadays,while is conservation and rational utilization of power resources, the device has a very broad social and busincss prospects. KeyWords: Energy-saving and contorling Soft Start 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 3 - 目目 錄錄 1 緒論 .- 1 - 1.1 課題概述.- 1 - 1.1.1 課題的題目

8、- 1 - 1.1.2 課題研究的背景 - 1 - 1.1.3 課題研究的目的及意義 - 1 - 1.2 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.- 1 - 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 - 1 - 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 .- 2 - 1.3 論文的主要研究內(nèi)容.- 2 - 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) .- 3 - 2.1 智能教室燈節(jié)能控制系統(tǒng)的構(gòu)思 .- 3 - 2.1.1 傳統(tǒng)節(jié)能方法 .- 3 - 2.1.2 具有智能控制的節(jié)能方法 .- 3 - 2.2 智能教室燈節(jié)能控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) .- 4 - 2.3 智能教室燈節(jié)能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .- 6 - 3 硬件設(shè)計(jì) .- 8 - 3.1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .- 8

9、- 3.2 光學(xué)信號(hào)的采集與檢測(cè)設(shè)計(jì).- 9 - 3.2.1 光源檢測(cè)原理 .- 9 - 3.2.2 檢測(cè)裝置所需器件及選型 .- 9 - 3.3 聲學(xué)信號(hào)的采集與棒測(cè)設(shè)計(jì) .- 10 - 3.3.1 聲學(xué)檢測(cè)原理 .- 10 - 3.3.2 檢測(cè)裝置所需器件及選型 .- 10 - 3.4 功率變換單元與觸發(fā)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .- 11 - 3.4.1 功率變換單元設(shè)計(jì) .- 11 - 3.4.2 觸發(fā)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .- 11 - 3.5 智能控制器硬件設(shè)計(jì) .- 13 - 3.5.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 .- 13 - 3.5.2 開關(guān)量輸入/輸出電路 .- 14 - 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .- 16 -

10、 4.1 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .- 16 - 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 4 - 4.2 數(shù)據(jù)采集與處理程序設(shè)計(jì) .- 17 - 4.2.1 標(biāo)度變換技術(shù) .- 17 - 4.2.2 有效性檢查 .- 17 - 4.2.3 數(shù)字濾波 .- 18 - 4.2.4 程序設(shè)計(jì) .- 18 - 5 總結(jié)與展望 - 22- 5.1 論文總結(jié) .- 22 - 5.2 心得體會(huì).- 22 - 致 謝 .- 24 - 參考文獻(xiàn) .- 25 - 附錄 .- 26 - 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 0 - 1 1 緒論緒論 1.11.1 課題概述課題概述 1.1.11.1.

11、1 課題的題目課題的題目 課題名稱：教室燈光智能控制系統(tǒng)研究。 1.1.21.1.2 課題研究的背景課題研究的背景 隨著社會(huì)的發(fā)展，能源問題已成為全世界最關(guān)注的問題，能源危機(jī)已經(jīng)成 為人類面臨的重大危機(jī)，特別是近年來我國電力非常緊張，電力短缺阻礙我們 日常的生產(chǎn)生活，甚至嚴(yán)重影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)文明的進(jìn)步。 在城市照明設(shè)計(jì)的亮化趨勢(shì)下，城市景觀照明同樣耗費(fèi)著我們的電力資源。 發(fā)電企業(yè)投資和建設(shè)需要較長的一段時(shí)間，快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要更充足的電力 供應(yīng)和消費(fèi)，電力供需之間矛盾重重。電力供應(yīng)在短期內(nèi)很難得到緩解，發(fā)展 與節(jié)約相結(jié)合從而成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的必然選擇。此時(shí)，節(jié)能照明行業(yè)也已經(jīng)成為 我們的必然

12、選擇。 1.1.31.1.3 課題研究的目的及意義課題研究的目的及意義 室內(nèi)燈光是中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家建設(shè)的必要電力設(shè)備，它在我國的總體 用電量中占了巨大的比例，如果通過節(jié)能設(shè)備有效地控制它們，就可以降低功 率損耗，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，有利于中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。 在本文中，我們研究的教室燈光智能控制系統(tǒng)是通過電源功率轉(zhuǎn)換組件， 可以在燈光的起止和運(yùn)行時(shí)，有效地調(diào)整教室燈的終端電壓，控制燈光的照明 亮度，從而改變燈光在不同時(shí)間的能耗，改善功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)電的目的。 1.21.2 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.11.2.1 國外研究現(xiàn)狀國外研究現(xiàn)狀 在過去的20年里，美國和

13、日本照明節(jié)能重點(diǎn)是緊湊型熒光燈(CFL)的使用 和日光燈鎮(zhèn)流器兩個(gè)方面，這兩個(gè)國家在新技術(shù)取代舊產(chǎn)品的過程中有點(diǎn)不同： 美國在2001年的銷售的鎮(zhèn)流器中電子的占53%，但日本只有36%。而他們?cè)阡N售 CFL燈所占的比例中，美國只占3%，日本占15%。這兩個(gè)國家的省級(jí)和地方都在 立法、鼓勵(lì)和推廣活動(dòng)這三個(gè)方面下文章，旨在促進(jìn)節(jié)能產(chǎn)品的廣泛使用。 國外的照明節(jié)能技術(shù)發(fā)展擁有以下特點(diǎn)： (1)大力推動(dòng)綠色照明，根據(jù)材料，使用有效的管理規(guī)范，出臺(tái)了一系列 標(biāo)準(zhǔn)和管理要求，將照明節(jié)能普遍推廣; 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 1 - (2) 提高電力設(shè)備的性能需求，主要反映在鎮(zhèn)流裝置

14、的技術(shù)的提升。通過 改進(jìn)鎮(zhèn)流器技術(shù)提高照明設(shè)備的功率因數(shù)。 1.2.21.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)研究現(xiàn)狀 在我國市場(chǎng)上有各種各樣的照明節(jié)能控制產(chǎn)品，可以達(dá)到一定的節(jié)能效果， 但在功能和效果方面不是很理想，主要有以下幾種情況： 采用自禍變壓器及磁飽和電抗器的降壓技術(shù)。它的不足是由于反應(yīng)速度慢， 在用電高峰電壓降低時(shí)，容易導(dǎo)致燈光閃爍，無法自動(dòng)調(diào)節(jié)，在電壓突然升高 的情況下，燈具將會(huì)無法避免地受到交流電的高壓沖擊，很難做到對(duì)燈具進(jìn)行 有效的保護(hù)，其穩(wěn)壓功能相對(duì)而言是比較弱的。針對(duì)于磁飽和的電抗器來說， 除去上面的缺點(diǎn)，其效率同樣也偏低。 采用了電子器件而構(gòu)成的可控硅式設(shè)備，該設(shè)備使用了簡單的控制手

15、段， 其缺點(diǎn)在于元件容易發(fā)熱燃燒，因?yàn)槠涫褂玫南嗫丶夹g(shù)而產(chǎn)生了諧波，從而污 染了電網(wǎng)，使得日光燈和氣體燈閃動(dòng)，折損燈具壽命，削減照明效果，沒有做 到綠色環(huán)保，國家有關(guān)規(guī)定已經(jīng)禁止了此類無功補(bǔ)償技術(shù)和相關(guān)設(shè)備的使用。 另外使用系統(tǒng)節(jié)電濾波的形式，主要是可以達(dá)到凈化電網(wǎng)、對(duì)無功功率進(jìn)行補(bǔ) 充、補(bǔ)償電網(wǎng)的效果，但是其對(duì)有功電度表的計(jì)量系統(tǒng)而言，則顯得缺乏實(shí)際 節(jié)能效果。 1.31.3 論文的主要研究內(nèi)容論文的主要研究內(nèi)容 本文根據(jù)國內(nèi)外最新研究成果，比較了幾種常見的教室照明節(jié)能控制方法。 討論了基于可變電抗技術(shù)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。詳細(xì)地描述了教室燈 光智能控制系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)與電路系統(tǒng)的設(shè)

16、計(jì)，并使用模糊控制算法設(shè)計(jì) 控制算法，最后對(duì)成果進(jìn)行了仿真和調(diào)試，并分析了實(shí)驗(yàn)的整體結(jié)構(gòu)。 本文主要研究的內(nèi)容有： （1）基于可變電抗技術(shù)的功率單兀系統(tǒng)的組成設(shè)計(jì)； （2）教室燈光智能控制系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)； （3）教室燈光智能控制系統(tǒng)的仿真和試驗(yàn)研究。 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 2 - 2 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 2.12.1智能教室燈節(jié)能控制系統(tǒng)的構(gòu)思智能教室燈節(jié)能控制系統(tǒng)的構(gòu)思 2.1.12.1.1傳統(tǒng)節(jié)能方法傳統(tǒng)節(jié)能方法 長期以來，大多數(shù)的國內(nèi)教育機(jī)構(gòu)教室照明控制普遍采用傳統(tǒng)的控制方法， 主要有如下所示的若干種節(jié)能方法： 1，人工手動(dòng)控制節(jié)能：依據(jù)上下課

17、的時(shí)間安排，專門的工作員來進(jìn)行手 動(dòng)的開燈/關(guān)燈操作。 2，時(shí)間管控節(jié)能：在這里時(shí)間是僅有的開燈或關(guān)燈的根據(jù)，無論其它外 在情況怎么變動(dòng)，都僅僅能夠在所規(guī)定好了的時(shí)間進(jìn)行開燈或關(guān)燈。 3，光學(xué)控制節(jié)能：根據(jù)光線照明的強(qiáng)度度的不同進(jìn)而對(duì)教室的燈的開關(guān) 進(jìn)行控制。 這樣的節(jié)能辦法或多或少的有著各自的不足之處，我國絕大部分的教育機(jī) 構(gòu)的教室燈的開/關(guān)燈調(diào)控是使用各個(gè)變壓器或者配電箱分散調(diào)控的，盡管教 室燈的運(yùn)轉(zhuǎn)是有其特殊的控制線路，但其僅有控制的功能而沒有辦法實(shí)施監(jiān)測(cè)。 并且因?yàn)闊o法嚴(yán)格根據(jù)室內(nèi)外的自然光強(qiáng)度來進(jìn)行調(diào)控，造成了實(shí)時(shí)性較差， 故障頻率較高，能源浪費(fèi)情況嚴(yán)重的后果。此外，傳統(tǒng)使用的控制方

18、法需要工 作人員時(shí)時(shí)在崗，及時(shí)地對(duì)燈光的開關(guān)進(jìn)行控制，而人工的控制不可避免的會(huì) 產(chǎn)生誤差，這造成的能源浪費(fèi)是非常驚人的。例如：若使用定時(shí)器的控制方法， 因?yàn)樗募镜臅r(shí)差問題，需要頻繁地對(duì)定時(shí)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，由夏季至冬季，日出時(shí) 刻后退、日落時(shí)刻前移；由冬季至夏季，日出時(shí)刻前移、日落時(shí)刻推遲，據(jù)此 氣候原因，要求教室根據(jù)日出日落的時(shí)間調(diào)整照明燈的開與關(guān)。所以不僅造成 了人力資源的大量消耗，也可能是由于調(diào)整的不及時(shí)導(dǎo)致浪費(fèi)。 2.1.22.1.2具有智能控制的節(jié)能方法具有智能控制的節(jié)能方法 這種節(jié)能的方式是通過智能控制器控制動(dòng)力裝置，然后操縱變量電抗變換 器改變教室光輸出電壓，通過改變教室的燈光光照實(shí)現(xiàn)

19、節(jié)能。這種方法利用了 人類的眼睛在晚上對(duì)光線不敏感的特點(diǎn)，改變了教室燈的端電壓，在不同的時(shí) 間根據(jù)實(shí)際需求獲得相應(yīng)的照明度,實(shí)現(xiàn)教室燈的亮度智能化調(diào)節(jié)。 其基本思想為：將繞組的可變電抗變換器直接接教室燈負(fù)載，增加變換器 次級(jí)線圈，將次級(jí)線圈連接到電源轉(zhuǎn)換器和智能控制器上。通過智能控制器與 電力電子功率變換單元來控制可變電抗器的二次繞組，從而實(shí)現(xiàn)改變可變電抗 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 3 - 變換器一次阻抗的目的，進(jìn)而改變教室燈的輸入電壓，使教室燈不但可以實(shí)現(xiàn) 軟起動(dòng)又可以任意調(diào)節(jié)其照明度。 其工作過程是：首先通過采集光照信號(hào)，由智能控制器判斷教室燈照明系 統(tǒng)是否需要運(yùn)

20、行，如需要運(yùn)行則由動(dòng)力單元完成教室照明燈的軟啟動(dòng)（一棟教 學(xué)樓的照明系統(tǒng)通常由幾十個(gè)甚至幾百個(gè)教室照明燈組成）。教室燈打開之后， 根據(jù)地面安裝的聲控傳感器采集到的學(xué)生或教室所發(fā)出的步行聲信號(hào)由智能控 制器來發(fā)出控制信息，通過電源轉(zhuǎn)換單元確定教室燈光控制可變電抗變換器輸 出電壓的大小，如果檢測(cè)到的聲源信號(hào)較強(qiáng)，即需要教室燈的照明度較高，系 統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)提高教室燈的輸出電壓；如果檢測(cè)到的聲源信號(hào)較弱，即教室燈的 照明度不需要很高，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)需求自動(dòng)調(diào)低教室燈的輸出電壓。 午夜時(shí)分，教室里基本不會(huì)有人在，這時(shí)教室燈的照度可以調(diào)低，能滿足 最低限度的照明即可，而這一時(shí)段通常為4-5個(gè)小時(shí)，在此期間的合

21、理控制教 室燈光照明度，減少電力損耗，不僅能夠節(jié)約大量的能源，而且可以提高燈具 的利用率，延長它的使用壽命，從物資材料的損耗上節(jié)約其成本，以達(dá)到更高 效率的經(jīng)濟(jì)節(jié)約。 智能控制器作為整套系統(tǒng)的核心部分其控制方式選取的為模糊控制算法， 通過采集外部信號(hào)放大，轉(zhuǎn)換輸入到微處理器的控制器內(nèi)，在這里我們需要收 集兩種信號(hào)，即光和聲音信號(hào)。光信號(hào)用于控制系統(tǒng)的起停，聲音信號(hào)是用來 反映外部環(huán)境的要求，通過模糊控制的數(shù)據(jù)集合進(jìn)行處理比較，選取最優(yōu)化的 控制信號(hào)進(jìn)行輸出。 2.22.2智能教室燈節(jié)能控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)智能教室燈節(jié)能控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的教室燈節(jié)能控制系統(tǒng)需要遵循的原則主要有以下三點(diǎn)： (

22、1) 電壓控制：任何功率電器在使用過程中都應(yīng)處于其穩(wěn)定的電壓范圍內(nèi)， 作為與我們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的教室燈照明設(shè)備就更應(yīng)該穩(wěn)壓工作，要保持教 室光線穩(wěn)定，電壓的節(jié)能和效率兩個(gè)方面都有非常重要的影響。因此不管是在 耗電的峰值期還是低峰期都要控制總體照明系統(tǒng)電壓穩(wěn)定維持在許可的范圍內(nèi) 是教室燈光控制的重點(diǎn)問題之一。 (2) 軟起動(dòng)功能：由于教室燈并聯(lián)之后是大功率的用電器，但是現(xiàn)在所用 的照明系統(tǒng)啟動(dòng)方式皆為直接啟動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)電流太大，對(duì)照明燈具的使 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 4 - 用壽命會(huì)有相對(duì)的損傷，并且此起動(dòng)時(shí)的電流還將引起電網(wǎng)的電壓迅速下降， 電壓頻率也將發(fā)生不

23、小的變化，這將破壞其他設(shè)備與電網(wǎng)的正常運(yùn)行，所以我 們應(yīng)該采用軟啟動(dòng)的方法來點(diǎn)亮教室燈，從而可以防止照明電路啟動(dòng)時(shí)大電流 對(duì)各照明設(shè)備可能造成的各種不良影響。 (3) 自動(dòng)啟停：教室燈作為廣大師生日常學(xué)習(xí)生活中必備的公共設(shè)施，它 的啟動(dòng)與關(guān)閉與當(dāng)前教室內(nèi)的師生需求有著重大的關(guān)系，無論是在夜幕將至的 黃昏時(shí)分還是在陰云密布的悶熱午后，它都會(huì)根據(jù)外部環(huán)境所影響到室內(nèi)的明 暗程度來自動(dòng)判斷照明系統(tǒng)是否需要啟動(dòng)或關(guān)閉。 除了上面所提到的三條基本原則之外，本文擬采用的教室燈節(jié)能控制方案 的特點(diǎn)也是因?yàn)槠潢P(guān)鍵之處在于添加了智能調(diào)壓控制部分，基于模糊控制算法 的該智能控制器可根據(jù)教室內(nèi)人聲的喧嘩程度來判斷教

24、室內(nèi)當(dāng)前人數(shù)的多少， 進(jìn)而間接地自動(dòng)調(diào)整教室照明系統(tǒng)的供電電量的高或低。通過控制教室燈光輸 出電壓的大小，降低其在室內(nèi)人數(shù)較少（但也不是沒有）之時(shí)的燈光照明度， 這種節(jié)能方式的提出，相比之下，與傳統(tǒng)的教室燈節(jié)能手段相比具有質(zhì)的飛躍。 其綜合的性能見表2-1。 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 5 - 由上表可知，智能教室燈節(jié)能控制系統(tǒng)對(duì)比目前市場(chǎng)上常用的照明控制節(jié) 能方法來說，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，從產(chǎn)品的成本和其消耗使用效率上來看也 具有很強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。所以總的來說，智能教室燈節(jié)能控制系統(tǒng)在教室燈照明 節(jié)能領(lǐng)域一定會(huì)大放異彩。 2.32.3智能教室燈節(jié)能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)智能教

25、室燈節(jié)能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)由可變電抗變換器、動(dòng)力裝置、智能控制器組成。其中 可變電抗變換器與動(dòng)力裝置共同組成可變電抗器，將可調(diào)整電抗變換器的一次 線圈與教室燈負(fù)載串接，構(gòu)成串聯(lián)電路阻抗，第二次線圈型二次阻抗轉(zhuǎn)換電路 與功率轉(zhuǎn)換單元，利用調(diào)整二次阻抗改變阻抗和負(fù)載阻抗比關(guān)系，實(shí)現(xiàn)負(fù)載傳 遞函數(shù)，從而改變教室燈的輸入電壓。 功率變換單元由觸發(fā)控制器、電力電子功率器件、信號(hào)檢測(cè)與處理器等組 成。通過調(diào)節(jié)晶閘管的控制角的大小來控制可調(diào)整電抗變壓器次級(jí)線圈電流， 使教室光總線電壓變化來改變你的光的照明強(qiáng)度，其工作原理見圖2-3： 觸 發(fā) 裝 置 脈 沖 生 成 晶 閘 管 工 作 電 壓

26、 受 控 圖2-3 功率單元工作原理圖 智能控制器通過處理采集到的信號(hào)，輸出控制信號(hào)以提供實(shí)時(shí)需要。傳感 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 6 - 器連接到控制器有兩種：光學(xué)傳感器和聲學(xué)傳感器，光與影通過光學(xué)傳感器轉(zhuǎn) 化為模擬信號(hào)，智能控制器基于信號(hào)輸出的處理控制教室燈的開啟或關(guān)閉：而 現(xiàn)場(chǎng)的聲音情況通過聲學(xué)傳感器的采集和處理也會(huì)得到相應(yīng)的模擬信號(hào)，將此 信號(hào)輸入至智能控制器中，令其基于模糊控制算法調(diào)整輸入電壓，讓教室內(nèi)的 燈光照度與教室內(nèi)的人數(shù)多少相對(duì)應(yīng)，使其亮度達(dá)到最好最恰到好處的效果。 智能控制器的控制流程圖見圖2-4： 光學(xué)傳感信號(hào)采集 聲音傳感信號(hào)采集 智 能 控

27、制 器 教室燈光開啟/關(guān)閉 調(diào)節(jié)燈光亮度 圖2-4 智能控制器控制流程圖 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 7 - 3 3 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 3.13.1硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 智能教室燈節(jié)能控制系統(tǒng)的由智能控制器和功率變換單元組成。硬 件系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖3-1所示： 聲音信號(hào) 信號(hào)放大 聲音傳感器 模數(shù)轉(zhuǎn)換 CPU信號(hào)采集與處理 數(shù)模轉(zhuǎn)換 功率單元 光信號(hào) 光學(xué)傳感器 開關(guān)電路 受控教室燈光 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 8 - 圖3-1 硬件結(jié)構(gòu)圖 其工作原理為： (1) 通過檢測(cè)光信號(hào)判斷教室內(nèi)是否存在師生，以判斷照明系統(tǒng)的 開與關(guān)； (2)

28、通過檢測(cè)聲音信號(hào)判斷教室內(nèi)師生的活躍情況，進(jìn)而判斷教室 內(nèi)人數(shù)的多少，從而改變照明系統(tǒng)的燈光照明度。 3.23.2光學(xué)信號(hào)的采集與檢測(cè)設(shè)計(jì)光學(xué)信號(hào)的采集與檢測(cè)設(shè)計(jì) 3.2.13.2.1光源檢測(cè)原理光源檢測(cè)原理 光源檢測(cè)實(shí)際上是使用光電傳感器。所謂的光電傳感器是設(shè)備將光 能轉(zhuǎn)換成電能，稱為光電設(shè)備。其物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，光電效應(yīng)是指 物體內(nèi)部傳導(dǎo)電子的運(yùn)動(dòng)變化由于吸收輻射，導(dǎo)致電特性變化的現(xiàn)象。 它的應(yīng)用在現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)中非常廣泛。 光電傳感器由光源、光路和光電元素三部分組成。其基本原理是基 于光電效應(yīng)，測(cè)量變化成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光 信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電效應(yīng)是指光照亮一個(gè)對(duì)

29、象，可以被看作是一系 列的一定能量的光子轟炸對(duì)象，光子的能量傳遞給電子和光子的總能量 是一次性吸收電子，電子在光子的能量轉(zhuǎn)移將會(huì)改變它的狀態(tài)，從而使 拍攝對(duì)象通過輕工業(yè)生產(chǎn)相應(yīng)的電效應(yīng)。 3.2.23.2.2檢測(cè)裝置需要器件及選型檢測(cè)裝置需要器件及選型 在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，使用的光源檢測(cè)系統(tǒng)的啟動(dòng)和關(guān)閉，所以 我們需要內(nèi)部光電效應(yīng)的光電傳感器。 光敏裝置包括光敏二極管、光敏電阻和光敏三極管等。光敏電阻的 工作原理是光電導(dǎo)系統(tǒng)光電設(shè)備也被稱為光管，它是基于半導(dǎo)體光電效 應(yīng)工作。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用加直流偏壓時(shí)， 也可以加交流電壓。光敏電阻(黑暗)阻力很大時(shí)，電路電流小。當(dāng)

30、收到 有某些波長的光的光敏電阻時(shí)，其電阻(光電阻)大幅下降，所以電路的 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 9 - 電流也就會(huì)迅速增加。 因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)包括光源提供系統(tǒng)起停控制信息集合，所以采用光敏 電阻就能滿足系統(tǒng)的要求。 該電路由兩部分組成。電阻R、電容C和二極管D組成半波整流電路。 CdS光敏電阻和J組成光控繼電器。教室燈接在繼電器常閉觸點(diǎn)上。 3.33.3聲學(xué)信號(hào)的采集與棒測(cè)設(shè)計(jì)聲學(xué)信號(hào)的采集與棒測(cè)設(shè)計(jì) 3.3.13.3.1聲學(xué)檢測(cè)原理聲學(xué)檢測(cè)原理 聲音信號(hào)采集原理如圖3-2所示。其中，外部麥克風(fēng)語音信號(hào)傳輸， 并通過運(yùn)算放大器將疲軟的音頻輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為信號(hào)電平(電壓)，

31、電壓 信號(hào)是由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的數(shù)字 信號(hào)處理和空間轉(zhuǎn)換的分貝值，最后根據(jù)單片機(jī)實(shí)時(shí)控制光照亮度的強(qiáng) 弱。 聲 音 信 號(hào) 傳 聲 器 運(yùn) 算 放 大 器 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 器 單 片 機(jī) 亮 度 反 映 圖3-2 聲音檢測(cè)結(jié)構(gòu)框圖 3.3.23.3.2檢測(cè)裝置需要器件及選型檢測(cè)裝置需要器件及選型 本系統(tǒng)中的路面聲音信號(hào)的采集裝置選用傳聲器。傳聲器 microphone俗稱話筒，是將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換器件設(shè)備。 麥克風(fēng)作為聲音收集系統(tǒng)的第一部分，應(yīng)該做到結(jié)構(gòu)強(qiáng)勁、質(zhì)量性能穩(wěn) 定、能夠滿足基本的要求，以便在特定的條件下使用。 傳聲器分為很多種不同的類型，

32、可以大體上分為動(dòng)態(tài)、電容、電磁、 壓電、半導(dǎo)體傳聲器，而根據(jù)接收聲波的方向可以分為無方向的、雙向 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 10 - 的、定向的，而根據(jù)使用可分為立體聲、有線、無線話筒等。 無線傳聲器與接收機(jī)應(yīng)是唯一對(duì)應(yīng)的，需要配合使用，不能張冠李 戴。接收機(jī)是專用的調(diào)頻接收機(jī)，不過一般的調(diào)頻接收機(jī)只需要正確地 調(diào)整其調(diào)頻諧率，則同樣可以收聽到無線傳聲器發(fā)出的聲音。 無線傳聲器有規(guī)模小、易使用、音質(zhì)好、操控自由、傳動(dòng)功率很小 等優(yōu)點(diǎn)，所以它在教室里、舞臺(tái)上乃至電視內(nèi)都已得到廣泛應(yīng)用。 3.43.4功率變換單元與觸發(fā)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)功率變換單元與觸發(fā)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.4.1

33、3.4.1功率變換單元設(shè)計(jì)功率變換單元設(shè)計(jì) 方案內(nèi)已經(jīng)聲明，動(dòng)力裝置在低壓變反應(yīng)堆控制繞組方面，我們采 用晶閘管交流電壓調(diào)節(jié)方法，控制改變反應(yīng)堆的低壓端的電壓，高壓側(cè) 變量電抗。功率換算單位功率的電力電子設(shè)備，觸發(fā)控制器、信號(hào)檢測(cè) 和處理器等。通過調(diào)節(jié)晶閘管的控制角的大小來控制可變電抗變壓器次 級(jí)線圈電流。使教室照明系統(tǒng)的電壓發(fā)生電話以達(dá)到改變光照強(qiáng)度的目 的。 交流電壓調(diào)整的原理是：在交流電源和負(fù)載之間，有兩個(gè)晶閘管串 聯(lián)后并聯(lián)交流電路，通過控制晶閘管改變交流電源，電路不改變頻率的 交流電(Ac)，稱為交流電源控制電路。每半個(gè)周期內(nèi)晶閘管開放階段的 系統(tǒng)，可以很容易地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值。

34、形導(dǎo)通角的大小，依據(jù)不同的三相聯(lián)結(jié)形式，三相交流調(diào)壓電路也 具有多種不同的形式。包括線路控制三角形聯(lián)結(jié)、星形聯(lián)結(jié)、支路控制 三角形聯(lián)結(jié)、中點(diǎn)控制三角形聯(lián)結(jié)。本文使用了星形電路三相四線制連 接，此時(shí)，相當(dāng)于單相交流調(diào)壓電路的組合，三相互錯(cuò)開120工作。 由于教室燈是阻感性負(fù)載的，所以當(dāng)晶閘管交流調(diào)壓電路帶有阻感 性負(fù)載時(shí)，移相角a只有在 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit ADC_CS =P24; sbit ADC_CLK=P25; sbit ADC_DO =P26; sbit ADC_DI =P27; sbit

35、out=P12; sbit in =P20; uint a=0; uchar h1,l1,date; unsigned char adval; void delay(uint z) uchar y; for(;z0;z-) for(y=1;y0;y-); unsigned char ReadADC(void) /把模擬電壓值轉(zhuǎn)換成8位二進(jìn)制數(shù)并返 回 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 19 - unsigned char i,ch; ch=0; ADC_CS=0; ADC_DO=0;/片選，DO為高阻態(tài) for(i=0;i240) goto end; l1=date; h1=

36、(255-date); out=1; delay(h1); end: out=0; delay(l1); void main() uint m; out=0; while(1) if(in=1) /如果收到信號(hào) for(m=1000;m0;m-) if(in=1) m=1000; liangdu(); /給定個(gè)延時(shí)次數(shù) 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 21 - 5 5 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 教室燈光智能控制系統(tǒng)的開發(fā)是國內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)話題。眾所周知， 電力設(shè)備中室內(nèi)照明設(shè)備使用量所占比例巨大。教室燈光智能控制系統(tǒng) 是專為大中型照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能設(shè)備。這將是有效發(fā)展節(jié)能照明設(shè)

37、備 的重要的途徑和方法。因此，教室燈光智能控制系統(tǒng)的開發(fā)對(duì)人類生產(chǎn) 和生活節(jié)能降耗具有著無比巨大的意義。 這是一個(gè)研究和發(fā)展型的項(xiàng)目，在開發(fā)方面有著一定的難度，需要 我們不斷重復(fù)測(cè)試和持續(xù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。 為了進(jìn)一步研究主題，本章節(jié)將為當(dāng)前的研究做一個(gè)總結(jié)，并對(duì)未 來的前景做一次展望，內(nèi)容包含：論文總結(jié)、心得體會(huì)和對(duì)接下來進(jìn)一 步工作的安排。 5.15.1 論文總結(jié)論文總結(jié) 本文通過系統(tǒng)建設(shè)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào) 試，證明所設(shè)計(jì)的教室燈光智能控制系統(tǒng)總體上說是成功的。通過對(duì)這 個(gè)課題的設(shè)計(jì)與研究，我們可以得出以下結(jié)論： (1) 教室燈光智能控制系統(tǒng)采用智能技術(shù)，可以根據(jù)不同環(huán)境的

38、需 要，選擇不同大小的功率控制模式；采用可變電抗器技術(shù)，以提高設(shè)備 的可靠性；它的控制單元通過插件方式安裝，為日后維護(hù)和更替新元件 提供了極大的方便。 (2) 教室燈光智能控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、調(diào)節(jié)效果非常明顯，可以從零 電壓開始連續(xù)調(diào)節(jié)，可以做到不過流，起動(dòng)力矩也大，對(duì)電網(wǎng)沖擊較小。 同時(shí)，教室燈光智能控制系統(tǒng)可以很好的控制裝置的電壓的大小，照明 燈的起動(dòng)過程損傷小，可以顯著延長照明設(shè)備的使用壽命。 5.25.2 心得體會(huì)心得體會(huì) 整個(gè)系統(tǒng)的研制與優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的工程量很大，從中我學(xué)到了很多 的理論知識(shí)，也得到了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。收獲不少，不過也經(jīng)歷了許多 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)

39、） - 22 - 困難，在這里我想寫一些結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)： (1) 由于整個(gè)系統(tǒng)涉及到大電流、模擬電路、數(shù)字電路、PLC硬件設(shè) 計(jì)和軟件編程知識(shí)，是一個(gè)自動(dòng)化的集成應(yīng)用系統(tǒng)，需要大量的理論知 識(shí)，因此，在理論研究階段，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這樣就可以避免走不必 要的彎路； (2) 在硬件設(shè)計(jì)和制作的過程中，必須仔細(xì)認(rèn)真，端正態(tài)度，并試 圖減少硬件電路的干擾和誤差； (3) 軟件編程的時(shí)候，要多考慮程序設(shè)計(jì)的不同方法，多做實(shí)驗(yàn)來 證實(shí)各種編程思想，并做好記錄文檔；發(fā)現(xiàn)問題一定要深入分析，不要 急躁，必須冷靜思考解決方法；寫程序時(shí)要養(yǎng)成勤加注釋的好習(xí)慣，對(duì) 長而復(fù)雜的程序尤為必要。 合肥師范學(xué)院 2015 屆

40、本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 23 - 致致 謝謝 經(jīng)過幾個(gè)月的努力，我終于完成了自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)。但坦率地說，這種設(shè) 計(jì)并不完美，仍有許多需要改進(jìn)和提高的地方。在設(shè)計(jì)的過程中，雖然困難重 重，但是辛苦中同樣也包含著無限的快樂。尤其是在編程的時(shí)候，每想到一個(gè) 好主意，一個(gè)好方法，我都激動(dòng)不已。調(diào)試程序的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)走投無路， 幾乎想要選擇放棄的情況，身心疲憊的自己頓時(shí)又振作起來。 最后，我衷心感謝我的母校合肥師范學(xué)院，她們?yōu)槲覀兊膶W(xué)習(xí)成長創(chuàng) 造了如此好的環(huán)境。我真誠地感謝老師們對(duì)我默默無聞的幫助以及潛移默化的 影響，為我的未來發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；我也真誠地感謝周圍的同學(xué)對(duì)我無 私的關(guān)心和支持，

41、給了我很多寶貴的建議。總而言之，我畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，其 中凝聚著老師們辛勤的汗水與朋友們不厭其煩的幫助。你們辛苦了！ 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 24 - 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1. 余發(fā)山，單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù). 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003 2. 賈振國，DS1820 及高精度溫度測(cè)量的實(shí)現(xiàn)J.電子技術(shù)應(yīng)用，2000 3. 余永權(quán)，單片機(jī)原理及應(yīng)用. 北京：電子工業(yè)出版社，1997 4. 袁占生，白瑞鋒，楊像閩.電氣照明1-i能技術(shù)研究，內(nèi)蒙古民族師院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2000 5. 胡興軍，發(fā)展中的智能照明系統(tǒng).光源與照明，2004 6. 仇齊武，關(guān)于照明節(jié)能的措施和方法討論當(dāng)代建設(shè)，2000 7. 景春國，顧德英，舒冬梅.基于C+Builder的城市路燈無線數(shù)傳監(jiān)控軟件設(shè)計(jì).工業(yè)控 制計(jì)算機(jī)，2003 8. 張開羽，劉驪，呂楊.基于DALI協(xié)議的智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì).電子一工程師，2004 9. 謝子殿，朱秀，基于單片機(jī)控制的智能化路燈節(jié)能裝置的設(shè)計(jì).微計(jì)算機(jī)信息，2005 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 25 - 附錄： 1、 完成品實(shí)物圖： 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 26 - 2、SCH 原理圖： 3、PCB 圖： 4、仿真圖： 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） - 27 -