图书馆照明控制系统设计

毕业设计

《图书馆照明控制系统》

The design of Lighting Contro1 System for the library

学生学号：

学生姓名：张竞文

专业班级：电气

指导教师：图萍给

职称：

起止日期：

长春光华学院Changchun Guanghua University

目录

图书馆照明控制系统设计

描要: 本文介绍了基于单片机AT89S51的图书馆照明控制系统及其原理,提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今比较成熟的传感技术和单片机定时控制技术,利用多参数来实现对学校图书馆照明的控制。

系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。该照明控制系统的主控制器是以AT89S5l单片机为基础,实現了通信、信号采集、控制等功能。文中详细地描述了控制电路的设计过程,包括:环境光照度信号取样电路、人体信号采集电路、继电器驱动电路以及信号处理电路等。对于软件一设计主要有主控制器的数据传输程序设计以及灯光控制、延时控制、A/D转换等程序设计。

工作时,光信号取样电路采集光照最弱、人体信号采集电路采集室内是否有人信息并将信号送到单片机,单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作,从而实現智能照明控制,以送到节能的目的。

关键词：智能控制,热释红外,传感器.单片机,定时控制

The design of Lighting Contro1 System for the library Abstract: This article desiribes Library Based on Single- Chip Microcomputer at89s5l Lighting Control System and its principles, proposes effective energy- saving control-method.The system uses the current sensing technology is more mature and timing of single .chip computer contro1 techno1ogy using multiple parameters to achieve control over lighting in the school liblary.

System design includes hardware, design and software design of two parts. The Master 0f lighling Contro1 System is based on the at89s51 single chip,enabling communication,data accquisition,contro1,and other functiolns.The text of the control circuit are described in detail in the design process,including: ambient light signa1 sampling circuit,the body's signal acquisition .circuit,the relay driver circuit and signa1 processing circuit and so on.Software Design for data transfer program, as we11 as the main controller lighting control, Timer control, a/d control program design.

Work, the optica1 signa1 Sampling Circuit capture,light, strong or weak, human acquisition of signal acquisition Circuit Indoor If anyone, whether working for the information and send a signal to the SCM, single- chip Mircomputer based on this information by contro11ing circuit for lighting switches, enabling Intelligent Lighting Contro1, to achieve energy- saving purposes.

Keywords: lntelligent Control;0utside;Sensors;SCM;timing Contro1

引言

随着国民经济的快速发展和社会进步, 教育在全社会越来越被关注和重视,校国规模也随着受教育者的数量增加而不断扩大。但由于学校开放型的管理模式, 高校的教室在白天室内照度很高的情况下, 仍然普通存在开灯作业,即使室内无人或人数很少的情况下, 也是全部开启室内照明,绝不会有师生因为只有少数人而仅开几盏灯。长明灯比比皆是,人走不关灯的现象到处存在。这种有形和无形的

消费, 给校方的水电支出带来了沉重的负担学校的水电支出约占全校经费支出的l/4-1/5, 电费支出占据较重比例。

能源短缺是2 1世纪国际面临的新课题。在寻找新的能源之外,节约能源,提高效益也就成为了我们研究的课题。所以学校如何来节省电力能源也成为下一个迫切需要解決的问题。从节约资源、对社会贡献、节省高校经费支出和学生的健康等多方面考虑,高校教室照明的节电问题不得不提到重要的议事目程上来。

智能控制技术发展方向主要有基于人工智能技术的智能控制方向、智能控制的模糊控制方向和智能控制的人工神经网络控制方向, 在智能控制的人工神经网络控制方向上, 基于人工神经网络和模糊逻辑有机结合的神经模糊技术, 已成为近年来的一个热门课題。

“智能建筑'' 是综合计算机、信息通信等方面最先进的技术, 使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盜、运输设备等,实现建筑物综合管理自动化、远程通信和办公自动化的有效运作, 并使这三种功能结合起来的建筑。

人工智能技术在建筑与照明中的应用趋势不断扩大。正如英国的Glasgow 市报指出: Glasgow正在成为一个研究和发展太空时代智能建筑的国际组织的神经中枢区在智能建筑中的智能照明、供热、空调、通讯及办公设备将全部由电子计算机进一行控制与管理面对这一发展趋势,开发了不少智能照明设计, 如智能灯具、智能照明控制与管理系统,包括在照明方面的计算机硬件和软件。此外计算机在照明设计和测试方面也得到广泛应用。澳大利亚邦奇开发的Dynalie智能照明控制系统, 美国的智能照明建筑, 特别是現代化办公公司的智能照明技术等都值得我们研究与借鉴。

智能照明控制系统是指用计算机技术并辅助以其它手段,对电力照明实行自动控制,提供合适照明光环境的同时降低照明系统电能消耗和其它使用费用。智能

照明控制系统于手动照明控制系统相比有很多优点,包括创造环境气氛, 改善工作环境、提高工作效率,良好的节能效果,延长光源寿命,管理维护方便等。

智能照明控制系统主要由输入装置、处理器和执行器三个部分组成. 输入装置可以不断检测周围环境的照度水平,可以探测到某个区域是否有人移动, 以及输入人们的控制指令, 并把相应的信号传送给处理器。输入装置包括传感器、定时装置和控制面板或遥控器。处理器接受输入装置的信号,经过信息处理、判断、分析,输出控制信号。执行器与灯具直接连接, 控制灯光回路的闭合或断开和调节灯光到相应的水平,包指一手动开关。

澳大利亚邦奇开发的Dynaiite分布式智能照明控制系统的特点是模块化结构和分布式控制, 各功能模块之间通过网络总线直接相互通信,当系统中某个模块出现故障时不会影响其它模块,可靠推性高。

美围IC&D智能照明控制系统是一套由计算机微处理器控制的低压继电电器配电盘组成, 按照客户対室内外照明的具体要求, 设定照明控制的时间、区域、方法来控制每一个独立的回路, 也有手动开关直接控制。

国内生产的真善美智能照明系统具有集中控制、多点操作、集中显示、停电自锁、免打扰、遥控功能等智能功能,使家居生活更加方便和舒适。

但是,国内外智能照明系统的研究存在着如下问题:

(1)、现有国外智能照明系统主要控制照度这个数量指标, 国外的研

究主要集中于办公室照明, 以节能为主要目的,但据照明科技最新研究成果表明, 非定量指标(如舒适性和艺术性等)对室内照明光环境质量影响更大。

(2)、国内一些智能照明控制系统能够实現集中控制和集中显示,具有一定的智

能性,但其只能控制房间中的一个灯或一组灯的开关, 不能实现场景控制, 也不能对灯光的亮度进行调节,不能产生多种照明数果。

(3)、针対住宅照明光环境研制的智能照明控制系统产品很少,还有

很大的开发前量。

目前常用的节电方式为手工控制,声控型,太阳能灯等。手工方式操作起来不灵活,费时费力。声控型往往判断不准确,不需要的时候也也会经常亮。太阳能设备投资比较大,且容易受光照强度的影响。因此市场上迫切需要一种操作方便、价格低廉、便于大面积推广的新型节能方案。

图书馆是学校师生学习的主要场所,这就决定学校图书馆的场地面积比较大, 灯光控制比较复杂, 如果单单依靠手动,不仅大大浪费了人力还会造成极大的浪费,于是开发出一种智能的照明系统使具有現实的意义,首先图书馆可以起到一个很好的示范效应,其次图书馆作为科研的重要阵地,也起到实验的作用,通过不断的实验改进,进而开发出一种通合大面积推广的系统,实现有规模的节能的目的。

第一章图书馆照明控制系统的提出及控制方案的分析

1.l图书馆照明控制系统的提出

学校图书馆的阅览室、自习室以及书库等地是出入人数较多的地方. 因此, 这些地方的灯光照明几乎是从上班一开始直到下班为止,不管这些地方是否有人,

也不管有多少人, 当日照满足照明度要求时,把灯媳灭,一旦自然光照度难以满足人的需要时, 不能及时打开灯光,给人的视力带来损害。显然这种照明方式, 从照明的角度上来说是非节能的。从人的角度来看,根本不能満足人的基本的照明要求科技以人为本, 从人的需求出发: 即在有人活动的地方必须有是够的照明(不论是日光照明还是人工照明),没有人的区域,应该熄灭灯光,以节约能源图书馆照明控制系统可实现有效的室内灯光智能控制。其输入参数主要是人体存在信号和环境光信号等的外界因素,环境光的强度达到定值时不开灯,环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯, 理论和实验证明用这种方式来対室内灯进行智能控制可以实现上述目标 .

1.2图书馆指照明控制系统方案的分析

1.2·1图书馆照度标准

图书馆照度标准根据我国?民用建筑照明一设计标准? (GBJ133-90) 的设计要求,针対图书馆各类阅览室、研究室、视听室、休息室、走廊、接梯等场所的照度制定了不同的标准要求,作为照明设计的数据参照。

1. 2. 2阅览室的照度要求

图书馆一般阅览室、少年儿童阅览室的照度水平应该设置在150Lx(低), 200Lx(中), 300Lx(高)如果是属于老年读者阅览室,其照度标准应该适当提高到200Lx(低) , 300Lx(中), 500Lx(高)。

如l表l. l所示.

1. 2. 3书库的照度要求

图书馆书库的照度应设宣为l50Lx(低), 200Lx(中), 300Lx(高) , 距地面0_ 25m处书架上的垂直照度应设置为30Lx(低) , 50Lx(中) , 75Lx(高) 为宜。表1.2

1. 2. 4其他地方照度要求

图书馆休息室、陈列室、视听室及一些公共场所的照度标准见表l. 3 所示。

1·3图书馆照明设计的基本方法

图书馆的照明设计包据了灯具类型的选择、灯具安装高度的确定、工作面的照明方式等内容,不同的参数选择直接影响到照明效果的优劣。同时,需要根据既定的设计方案计算照度负荷,了解电能的消耗情况。

1.3. 1灯具的选择

常用的灯具有以下几种方式的分类;

( 1 )按安装方式分类:

一般可分为嵌顶灯、吸项灯、吊灯、壁灯、活动灯具、建筑照明等六种

(2)按光源类型分类:

可分为白炽灯(紧凑型荧光灯归为这一类)、荧光灯、高压气体放电灯、低压卤钨灯等。

(3)按使用场所分装:

可分为民用灯、建筑灯、工矿灯、车用灯、船用灯、舞台灯等。

(4)按配光曲线的形状分类:

国际照明委员CIE, 根据灯具向下和向上投射光通量的百分比, 将灯具分为以下五种类型:

直接照明型：灯具向下投射的光通量占总光通量的90%-100%, 上射光通量为0%- 10%

②半直接照明型:灯具向下投射的光通量占总光通量的60%-90%, 向上投射的光通量只有10%-40%。

⑤均匀漫射型:灯具向下投射的光通量与向上投射的光通量差不多相等, 各为40%-60%之间。

④半间接照明型:灯具向上投射的光通量占总光通量的60%-90'%,,向下投射的光通量只有10%-40%

⑤间接照明型:灯具向上投射的光通量占患通量的90%-100%, 而向下投射的光通量极少仅为0%-100%。

(5)按灯具的结构特点分类:

(1）、开启型:其光源与外界空间相通, 如一般的配照灯、广照型灯和深照型

灯等。

（2）、闭合型:其光源被通明灯單包含,但内外空气仍能流通,如困球灯、双單型灯和吸项灯等。

（3）、密闭型:其光源被透明灯罩密封, 内外空气不能对流, 防潮灯、防水防空灯等。

(4)、增安型:其光源被高强度透明,灯罩密封, 且灯具能承受足够的压力, 能安全地使用在有爆炸危险介质的场所。

（5）、隔爆型:其光源被高强度透明灯罩封闭,当气体在灯罩内部爆炸时, 高温气体经过隔爆间隙被充分冷却,从而不致引起外部爆炸性气体爆炸。因此隔爆灯具,也能安全地使用在有爆炸危险介质的场所。

对于图书馆的阅览室一般可进用开启型或闭合型的各种吊灯或吸顶灯，门厅、走廊等处一般选用闭合型的各种吊灯或吸顶灯。

l. 3. 2灯具安装位置的确定

一般,图书馆照明灯具的安装位置可以根据照明区域的不同需求确

定, 通常阅览室的灯具可以采用以下三种布置方案:

(1)均匀布置

灯具在整个房间内均匀分布, 灯具的分布位置与需要照明的具体位置无关,如图1.l所示。