毕业论文：校园路灯智能控制系统设计.doc

毕业论文（设计）题目：校园路灯智能控制系统设计学生学号：作者姓名：指导教师：完成日期：系电气自动化专业08自动化（2）班2011届专科生毕业设计（论文）I摘要校园智能路灯是为在满足需求的情况下节约能源而设计的，其中最重要的问题是设计有合理的控制系统，要有足够敏捷的应变能力。全国各地高校为电力方面支付了高额的费用，原因有很多，主要是由于设计或管理不够合理浪费了很多的电力资源，还有就是现有的照明设备没有做到很好的规划。在理论研究和实地考察实验的基础上，对校园智能路灯进行了实时在线巡回监测与控制系统的设计和研制。在不影响路灯正常工作的情况下对其进行节能研究有着重要的意义，从各个可以节能的角度，且在设备成本不能过高的前提下设计出符合实际的智能控制系统。探讨在线测量，思考和计算设计控制系统当中要运用到的理念与数据，基本做到了“按需控制”的目的，节约电力资源和保护路灯。减少了“全夜灯”、“后夜灯”、电灯在后半夜的高电压状态下工作的情况，这样不仅节约了电能资源，而且还保护了电灯，延长了其使用寿命。正目前,学校路灯有些是全夜灯也有些是后夜灯,基本上是人工控制,劳动强度大,繁琐,由于工作人员开启或关闭路灯不及时,造成不方便路人与浪费用电的现象时有发生,于是,设计并研制性能价格比较高的校园智能路灯控制系统很有必要。由于校园路灯分布范围很宽、很广，校园各条道上路灯的监控和管理并不是那么的容易，基于传感器能及时响应和软件的基础上，根据外界的条件感应器会有相应的动作，由每个路灯中的传感器将准确数据通过有线数传输模块发送给控制模块，控制模块再根据要求作出相应的响应动作，及时可靠的开关方便经过的人或者汽车也节约能源。管理人员在控制室就可以很轻松就做好管理校园路灯的工作，实现校园路灯自动化、智能化。关键词：路灯；智能控制；合理设计；节能2011届专科生毕业设计（论文）IIABSTRACTCampusintelligentstreetlampisforthedemandofcircumstancestosaveenergyanddesign,oneofthemostimportantquestionsisdesignedtohaveareasonablecontrolsystem,wanttohaveenoughdexteritycapability.Collegesanduniversitiesalloverthecountryfortheelectricpoweraspectpayahighercosts,manyreasons,ismainlyduetodesignormanagementunreasonablewastealotofpowerresources,therestheexistinglightingequipmentdonotverygoodplan.Intheoryresearchandon-the-spotinvestigationbasedonexperiment,thecampusintelligentlampsandreal-timeon-linecircuitmonitoringandcontrolsystemdesignandmanufacture.Thisdoesnotaffectthenormalworkundertheconditionofthelampsontheenergysavingisofgreatsignificancetothestudyfromvariousangles,andcanbeenergy-savingequipmentcosttoomuchonthepremiseofdesignthatmeetstheactualintelligentcontrolsystem.Exploreonlinemeasurement,thinkingandcalculatingdesigncontrolsystemoftoapplytheconceptanddata,basicdid"on-demandcontrol"purpose,savingelectricityresourcesandprotectionofthestreetlamp.Reducethe"wholenightlight","afternightlight",lightsinthehighvoltageconditionaftermidnight,suchnotonlyworktosaveelectricityresources,butalsoprotecttheelectriclight,extenditsservicelife.Isnowtheschooliswholelampssomenightlightissomeareafternightlight,basicallybeartificialcontrol,laborintensive,trival,becausethestaffopenorclosestreetlampisnotseasonable,inconveniencepassers-byandwasteelectricityphenomenonoccursfrequently,andhence,designanddevelopmentperformancepricehighercampusintelligentstreetlampcontrolsystemisnecessary.Asthecampuslampsdistributionawiderangeisverywide,campusroadlampsofvariousmonitoringandmanagementisntsoeasy,basedonsensortimelyresponseandsoftware,basedontheoutsideconditionssensorswillhavecorrespondingaction,byeverystreetlampofmultisensordataaccuratelybycableseveraltransmissionmodulesenttocontrolmodule,controlmoduleagainaccordingtorequirementmakecorrespondingresponseaction,timelyreliableon-offconvenientpassorcaralsosaveenergy.Managementpersonnelinthecontrolroomcaneasilydomanagementofcampusandtorealizethecampuslamps,automaticandintelligent.KEYWORDS：thestreetlamp；Intelligentcontrol；Reasonabledesign；energy-saving目录摘要.IABSTRACT.II第一章引言.11.1校园路灯控制的发展现状.11.2课题的提出及研究的意义.11.3本文的设计思路及预期结果.21.3.1本文的设计思路.21.3.2预期结果.2第二章校园路灯智能控制系统设计基础知识.32.1灯光智能控制技术.32.1.1智能化的相关概念.32.1.2自动控制路灯的分类及特点.32.1.3智能照明系统中元件设备的相关概念.52.1.4光敏元件的分类及特点.72.1.5声敏元件的分类及特点.82.2中间器件及模块的选择.82.2.1整流.82.2.2滤波.82.2.3稳压.92.2.4延时电路.9第三章校园路灯智能控制系统的具体设计.113.1设计思路.113.1.1论文设计过程：.113.2设计结构.123.2.1电源电路.123.2.2光控控制电路.123.2.3声控控制电路结构图.133.2.4延时控制电路.133.3设计中需解决的问题及分析.143.4电路组装.14第四章系统的调试及结果分析.154.1电路的调试.154.1.1调试方法.154.1.2调试步骤.154.1.3故障查询.164.2系统测试结果.164.3系统完成.16总结.17致谢.18参考文献.192011届专科生毕业设计（论文）1第一章引言随着时代的进步和发展，智能控制自然而然的走进我们的日常生活，这也成为控制领域的普遍追求之一。自动控制系统涉及到我们的生活，工作，科研等各个领域，它已经成为一种比较成熟的技术。校园路灯控制自然地地于自动化的要求也越来越高。为了更好的适应社会发展的理念：绿色环保，低碳生活。我们从几个方面思考了节能的设计方法。我们探讨的节能途径有两个：一个是采用节能光源；二是采用合理的控制线路。本文在使用节能光源的情况下采用合理的控制线路来实现路灯节能。在供电系统中，为避免送电过程中的线路损耗和用电高峰时造成末端电压过低，供电部门均采用较高电压进行传输。根据调查，有很多学校晚上23：00过后校园里就几乎没有行人来往了，然而较园路灯却是“通宵达旦”。为了避免出现这种不合理的用电现象，我们提出了这么一个设想作为论文的研究课题，这具有很积极的意义。设计电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应和通过照明灯开关对声强的感应设置两级开关，控制照明灯的亮灭。能够实现有光线时灭，无光线时有声亮，并且照明灯点亮一段后自动关断。1.1校园路灯控制的发展现状如今我国经济高速发展，人民生活水平日益提高，能源和资源变得日益紧张，电力短缺已成为制约国民经济发展的突出矛盾。目前我国照明消耗的电能约占电力生产总量的10%20%，而公共照明则在照明耗电中占30%，并且近几年教育及社会发展迅速全国路灯的数量仍在迅猛地增长。照明灯节能的口号便由此而提出。1.2课题的提出及研究的意义随着现代化建设的发展，校园路灯及城市照明建设越来越注重于它的形象，道路照明和景观照明的要求和数量不断增加，今后照明管理部门除了管理校园道路照明外，还将参与校园景观灯的美化，很明显这将代表一个学校的形象。因此校方及师生对校园的建设、道路照明和景观照明提出了更高的要求。希望实现校园照明现代化、美化校园、节约能源等目的，使校园路灯控制系统真正达到智能化走在科技前沿。正目前,学校路灯有些是全夜灯也有些是后夜灯，基本上是人工控制，劳动强度很大，繁琐，由于工作人员开启或关闭路灯不及时，造成不方便路人与浪费用电的现象时有发生，于是，设计并研制性能价格比较高的校园智能路灯控制系统很有必要。再有，路灯之类的设施实施节能改进，不仅可以降低能耗成本,而且有助于缓解政府能源供应和建设压力，对减少废气污染保护环境也有巨大的现实意义，我们要努力落实以人为本，全面、协调、可持续的科学发展观，减轻环2011届专科生毕业设计（论文）2境污染，实现人与自然和谐发展的重要举措。这在一定程度上提高了人们的生活水平。校园路灯稳定可靠的工作是关系到校园全体师生的大事，事关人身安全与财产安全，科学合理的设计出这么一个控制系统具有很重要的社会意义。1.3本文的设计思路及预期结果1.3.1本文的设计思路下图为设计的电路原理框图：设计的这一控制系统有话筒MIC，它负责接收声音信号然后转换成电信号，又因为设计的后面加了电子开关，因而要加个放大器放大该信号。后面有个倍压整流电路，它是把声音信号变成直流控制电压。接下来加入的是本电路当中重要的元件光敏电阻，它通过对光线变化的大小自动改变阻值进而改变电路电压信号的强弱，光线强时，光敏电阻RL的阻值变小；光线弱时，光敏电阻RL的阻值变大。当电压信号达到预设值时电子开关闭合，当电压信号小于该值时电子开关关断。延时电路的核心部分是555集成电路，延时中将它设置成40秒左右。后面再加一个交流开关对电路进行接下来的控制作用。1.3.2预期结果预期通过感应外界环境的光照强弱变化和声音大小来控制路灯的开关与强弱的调节，这两种控制同时作用，路灯的光亮分为两个调档。首先由光敏元件感应外界的光亮，当亮度没能达到某一个值时开启电灯开关。然后是进一步控制，当光亮低于某一定值或者声敏元件感应到的声音达到某一强度时，工作进入二档模式；当光亮和声音两条件同时满足感应器的调档时也可以进入二档。所设计出的控制电路系统要做到电路能够实现有光线时灭，无光线时有声亮，并且照明灯点亮一段后自动关断。并且在点亮期间又有新的声源出现时，路灯又重新开启。2011届专科生毕业设计（论文）3第二章校园路灯智能控制系统设计基础知识2.1灯光智能控制技术灯光智能控制技术：灯光智能控制系统，用于特定环境（或装配）光亮、声音信号的采集，并通过声音放大元件将信号放大，然后再经倍压整流光敏电路、延时电路等的综合处理，系统快速的根据原本设置好的数据自动做出相关动作。应用场景：·校园路灯自动控制·广场布景灯光智能控制·车间或日常设备灯光控制2.1.1智能化的相关概念智能控制的概念：智能控制是研究对外界信号在允许范围内的变动从而使被控过程采用人工智能的方法有效地克服系统的不确定性使系统从无序到预计的有序状态转移的方法及其规律。它是在无人干涉的情况下由一系统自主地实现其目标的过程。控制理论的发展历史：控制理论发展至今有一百多年的历史，它在经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，现在已经进入了更加高级的阶段“大系统理论”和“智能控制理论”。20世纪80年代以来，信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为了当今社会科学前沿的趋势。2.1.2自动控制路灯的分类及特点1、自动控制路灯的分类自动控制路灯分为声光控制式和定时控制式两种，两个系统的设计理念没有共同之处。声光控制是通过声敏电阻与光敏电阻的感应且相互作用而让电路通电达到开灯并控制灯亮程度的效果；定时控制是根据时间系统早已设置好的通电与否的要求而做的电路设计。2、自动控制路灯的特性国内与国外的智能路灯控制系统设计水平不一，原器件的差异也较大，设计理念跟要求也不同。不光如此，就国内各大厂商间也还是存在较大的差异的，因而用户怎样选择好合适的且性能价格比最优的理想产品要考虑的因素很多，做出这么一个决定并非易事，需要对这方面的知识要有一个深入的认知。（1）系统反应灵敏性智能路灯系统中光敏、声敏器件的精度应达到±3%±5%，如果达不到这个水平灵敏性会很差难以满足日常工作所需，甚至会很容易地发生交通事故等意外2011届专科生毕业设计（论文）4事件。因而，出于安全方面因素必须对此严格要求！在实际使用中，由于灰尘、油污及汽车尾气等的影响，每当使用一段时间后，会产生老化、精度下降，声敏、光敏器件的精度水平要结合长期稳定性去判断。通常情况下，长期稳定性和使用寿命是影响关键器件的重大问题，系数年漂移量控制在1%左右的产品并不多，一般的大约都在±2%，甚至更高。（2）互换性现今，光电、声电普遍存在着互换性较差的现象，同一型号的器件不能互换，严重影响了使用效果，给维修、调试增加了困难，很多厂商跟专业人士都努力往这方面做了些深入的专研。通过改变元器件及技术等途径，最终信号与电力之间取得了较好的效果。（3）电路长期稳定性动态电路在运行中受到各种扰动而不引起工作状态质的变化，或扰动消失后能返回（或接近于）原来的工作状态的性质。稳定是电路工作的必要条件。因此，判定电路的稳定性很重要。特别是电路长期的使用后，线路及设备面临老化的危机，所以要定期对这电路跟器件进行检测处理。（4）智能路灯传感器的供电声光控智能路灯设计线路中，话筒、声音放大、光控等大部分调节器件都是工作在小电流线路中。因而要有合理可靠的变压器，否则会致使性能变化，甚至变压器一出故障会烧坏线路中的元器件。还有，为电路供电不能用直流电压或有直流成分的交流电压，必须是用交流电供电。3、对智能路灯性能作初步判断的几种方法在校园路灯安装工作一段时间后，可以通过一些简便的方法进行设施的性能判断与检查。（1）一致性判定同一类型，同一厂家的电路元件产品最好一次购买两支以上，越多越说明问题，放在一起通电比较检测输出值，在相对稳定的条件下，观察测试的一致性。若进一步检测，可在24h内间隔一段时间记录，一天内可能会有高、中、低3种略有偏差的结果，可以较全面地观察产品的一致性和灵敏性，还有稳定性。（2）用冷风吹风机对会裸露在外的设备进进吹风，或用太阳灯对其进行照射，同时观察其工作的特性、灵敏度、重复性、稳定性等性能，因为在环境中难免会有风吹日晒等。（3）对产品在高温状态和低温状态（根据说明书标准）进行测试，并恢复到正常状态下检测和实验前的记录作比较，考查产品的温度适应性，并观察产品的一致性情况。产品的性能最终要依据质检部门正规完备的检测手段。利用多次给定信号的强弱不同来断定其识别能力，也可使用名牌产品作比对检测，产品还应进行长期使用过程中的长期标定才能较全面地判断声光控传感器的质量。总之，人们使用湿度传感器的时间越长，认识就会越深入和全面。同时，也对产品提出新的要求，这给产品带来了新的机遇，推动这项技术不断向新的高度发展。我们相信，智能照明这一类产品会在应用领域发挥越来越重要的作用。