开题报告-基于现场总线的智能照明控制系统设计.doc

山东建筑大学毕业论文开题报告 班级：电气124 姓名： 论文题目： 基于现场总线的智能照明控制系统设计一、 课题研究目的与意义 智能照明控制系统是一个模块化分布式控制结构，由调光模块、控制面板、智能传感器、时钟管理器、控制器以及PC监控机组成。各终端模块与主控器之间利用CAN总线实现信息的传输。基于CAN 总线的智能照明控制系统是一种分布式的控制系统， 既能分散控制又能集中管理， 在中央控制室， 管理人员可以通过合理的设置创造舒适的环境，同时又达到节约能源的效果1。项目研究的意义：(1)照明控制器能够合理利用自然光，及时调节光源的输出使照度达到最合适的水平，并且可以及时关闭无人房间的灯，因此，该照明控制系统在提供舒适的照度环境的同时，还大大的节约了能源。(2)延长光源寿命。过高的电网电压会使灯具的寿命大大降低，因此，有效地抑制电网电压的波动可以延长光源的寿命。智能照明控制系统可以成功地抑制电网的冲击电压和浪涌电压，使灯具不会因上述原因损坏。同时系统采用软启动和软关断技术，避免了开启灯具时电流对灯丝的热冲击，使得灯具寿命进一步延长。从而减少更换灯具的工作量，降低照明系统的运行费用。 (3)改善电网质量。传统的荧光灯及各种高强度气体放电灯的镇流器功率因数低、谐波含量高，对电网质量影响极大。智能照明控制系统对荧光灯实现调光控制，可调光荧光灯电子镇流器可以提高功率因数，减少谐波含量。(4)提高照明质量。一般照明设计师对新建的建筑物进行照明设计时，均会考虑到随着时间的推移，灯具效率和房间墙面反射率会不断衰减，因此，其初始照度均设置得较高，这种设计不仅造成建筑物使用期(或两次装饰的间隔期)的照度不一致，而且由于照度偏高造成不必要的能源浪费。采用智能照明控制后，虽然照度还是偏高设计，但由于可以智能调光，系统将会按照预先设置的标准亮度使照明区域保持恒定的照度，而不受灯具效率降低和墙面反射率衰减的影响，这也是智能照明控制系统可以节约能源的原因之一2。 2、 国内外研究现状、水平及发展趋势 在控制模式上，长期以来，大多数建筑物采用传统的照明控制方式，随着各项技术的前进和发展，部分智能大厦采用楼字自控（BA）系统来监控照明，但都只能实现简单的区域照明和定时开关功能（EIB）系统是由子网和主干网组成的控制网络。其各自优缺点在于（BA）楼宇自控系统应用于照明的控制系统，一般是在某些照明回路中串联交流接触器触点，通过控制这些触点实现诸如区域控制、定时开关、中央监控等功能所有照明回路通过BA中控室控制，现场无法干预照明状态，使用不便控制功能简单，只能实现定时、开关的功能，若要实现场景预设、亮度调节，软启动软关断等复杂的功能技术难度较大由于照明系统并不是一个独立的系统，所以， 在BA系统出故障时， 照明系统也受到影响3。 传统照明控制方式和基于 DDC 的自动照明控制方式都是采用“点对点”的连线方式， 即一个控制点连接一根控制线。这样浪费很多电缆，施工安装复杂，如果要更改控制方式，就必须重新改线路。如果把照明线路中的开关或控制箱作为现场总线中的一个网络节点，然后通过现场总线这个枢纽组成网络，所有的控制信号、开关灯的状态信号以及采集的电量信号都通过现场总线网络进行通信4随着生活水平的不断提高,人们对照明有了新的需求,“智能、节能、舒适、高效、安全”成为了新一代照明的特点。智能照明在家居领域、办公领域、商务领域及公共设施领域均有较好发展前景。中国智能照明市场并未成熟，智能照明的应用领域还主要集中在商务领域和公共设施领域，酒店、会展场馆、市政工程、道路交通领域内对智能照明的采纳使用较多;此外，办公建筑和高端别墅项目也有采用智能照明。随着国内智能照明研发生产技术的发展和产品推广力度的加大，家居领域的智能照明应用有望得以普及5。3、 课题研究的理论依据1. CAN总线技术：CAN总线是德国Bosch公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议6。CAN总线的主要特点包括：采用11位标识和非破坏性位仲裁总线结构机制,可以确定数据块的优先级,保证在网络节点冲突时最高优先级节点不需要冲突等待。总线采用了多主竞争式总线结构,具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次因此可在各节点之间实现自由通信。采用短帧结构并具有CRC校验及其它检错措施,保证数据的出错率低。具有暂时错误和永久性故障的判别功能并实现故障节点的自动脱离,避免影响总线上其它节点的操作。正是基于CAN总线具有卓越的特性和极高的可靠性,被公认为是几种最有前途的现场总线之一。因此,本文提出了一种利用CAN总线技术实现的智能调光系统的设计思想7。2. SPWM技术：PWM又称为脉冲宽度调制技术，通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。 SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。 正弦波电压变换调光器的功能等效于一台可以调控电压输出有效值的变压器，输出电压波形不会被斩割造成波形畸变而高次谐波干扰，不会污染电网，它的能量转换效率可96%。它可调节各类光源包括带有功率因数校正电容器的充气灯，或带有电感、电容性的各类照明设备。每个正弦波电压变换调光器有一个微处理器检测输入电压、输出电流和输出电压，去控制输出的电压波形8。 3. 传感器技术 热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号。热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点。实际使用时,在热释电传感器前需安装菲涅尔透镜,这样可大大提高接收灵敏度,增加检测距离及范围。实验证明,热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜,则其检测距离仅为2 m左右;而配上菲涅尔透镜后,其检测距离可增加到10 m以上。由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小(小于1 mV),不能直接作为照明系统的控制信号,因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路,使得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号9。4. 可调光电子镇流器 IR公司开发出的镇流器控制芯片IR2159集镇流器控制和半桥驱动于一体，可以实现平稳的相控调光，并且还有0.55V的模拟调光接口，为微控制的使用提供了良好的数字接口。单片机在这里作为外界和控制器芯片的接口，单片机收集到数据以后经过一定的算法发送适当的命令给IR2159或者反馈镇流器的状态信息给控制器。系统利用照度传感器，探测室内光线强弱，把参数反馈给控制器，控制器通过相应控制策略来调节镇流器输出功率，进而调节荧光灯输出，实现室内恒照度控制。照度传感器还能检测室内环境亮度，适当调节灯的输出，充分利用自然光照，实现节能效果10。 4、 课题研究的基本内容1、通过阅读中英文文献资料、现场调研，深入了解国内外有关现场总线和无线传感网络技术的发展现状、产品现状和该项技术在智能照明领域的应用情况，写出开题报告；2、研究网络组网的关键技术，掌握其工作原理和设计方法；3、研究智能照明的控制方法和节能技术；4、设计基于嵌入式系统的智能照明控制系统的硬件电路。用Protel99软件画出终端、采集单元的电气原理图、印刷线路板图；（1）设计和开发基于51单片机的智能照明控制器； 包括：智能继电器、智能调光器、控制面板。（2）设计并开发基于CAN器网络的硬件系统；（3） 设计系统的网络架构。 5、研究家庭智能照明控制器的控制方法和相关技术； 7、完成上述的硬件电路和软件设计。硬件要提供系统框图、电路原理图，软件提供程序框图。 5、 参考文献1顾娜基于CAN总线的智能照明控制系统的研究与设计江苏大学, 2007.2邹吉平. 基于CAN总线的分布式智能照明控制系统的设计与实现.武汉理工大学, 2006.3 张振昭. 楼宇智能化系统. 北京：机械工业出版社，2003 .4 高朝中. 基于现场总线的智能照明控制系统分析与应用. 城市建设理论研究:电子版, 2014(36).5詹前旭. 室内智能照明系统的方案设计与实现. 华南理工大学, 2015.6 许莉娅，段帅君，李传南. 基于Verilog HDL语言的CAN总线控制器设计及验证. 吉林大学, 2009, 35(10):43-46.7 李正军. 现场总线及其应用技术. 北京：机械工业出版社，2005.8 李朝青. 单片机原理机接口技术. 北京：北京航天航空大学出版社，2002.9 周立功. 嵌入系统应用技术. 北京：北京航天航空大学出版社，2005.10 陈熹，李明. 可调光电子镇流器控制芯片IR2159. 照明灯用电器附件及其配套电子元器件科技研讨会专题报告文集, 2002.11张岳君,吴明光. 智能照明系统控制网络的研究. 照明工程学报. 2004,15(4):16-19.12陈涛. 智能控制与自动化系统的完美结合智能照明控制系统的再认识. 照明工程学报. 2003,14(3):26-32.13胡兴军. 发展中的智能照明系统. 光源与照明，2004（3）：44-46.14史九根,张培仁，陈真勇. CAN现场总线系统技术设计. 北京：国防科技大学出版社 2004. 41-48.15彭琴. 智能家居照明控制系统研究. 重庆大学 2011.16 胡兴军. 发展中的智能照明系统. 光源与照明 2004.17 孙耀杰，刘木清，周小丽. 照明自动控制技术探讨. 全国电光源科技研讨会 2005.18 易斌，米红菊，赵明. 智能化数字照明控制系统研究. 灯与照明 2005.19RUBINSTEN F,SIMINOVITCH M,VERDERBER R,Fifty percent energy savings With automatic lighting controlsJ. IEEE Transactions on Industry Applicationgs, 1993,29(4):25-35.20PHILIPS Semiconductors Corp.Data Sheet SJA1000 CAN Stand alone controllerM.New York:s,n,2000. 6、 进度安排第一二周 完成与毕业设计相关资料的收集、整理。 第三四周 掌握系统开