教室智能控制系统设计毕业设计

浙江工业职业技术学院电气工程分院毕业设计浙江工业职业技术学院毕业论文(2012年)教室智能控制系统的设计学生姓名学校编号该分部的电气工程分部专业电气自动化技术教师完成日期：2012年4月25日1教室智能控制系统的设计加强高校节电管理，特别是照明节电，不仅可以有效节约用电，减少学校的开支，更重要的是，通过学校的示范作用，提高学生乃至全社会的节电意识，实现节能环保的目的。为了更好地适应现代教学的发展，学校的基础建设也应顺应时代的发展，与建筑智能化有机结合，从而提高学校的管理水平和社会地位。该系统由可编程控制器控制，房间分为几个区域。将热释电红外探测器和声音探测器相结合，检测运动和静止的人体红外信号，实现教学楼照明的网络化智能监控和智能控制。它不仅减少了人工参与，而且达到了节能的目的。关键词节能智能控制PLC内容第一章教室智能控制系统设计11.1教室智能控制系统设计背景介绍11.2系统工作原理2第2章系统硬件设计32.1传感器选择32.1.1热释电红外探测传感器32.1.2声学检测传感器42.1.3可见光检测传感器52.2控制器5的选择2.2.1可编程逻辑控制器6的定义2.2.2可编程逻辑控制器功能62.3可编程逻辑控制器型号9的选择第三章系统编程113.1编程语言3.1 S7-300 113.1.1可编程逻辑控制器编程语言国际标准113.1.2步骤7中的编程语言123.2梯形图编程153.3人机界面设计233.4系统网络设计25结论27谢谢你参考文献29介绍目前，国内外照明自动控制装置基本上采用被动人体感应检测、可见光检测、热释电红外检测、声音检测等方法。但是，仍然存在一些不足。虽然一些自动控制系统有主动检测器，但它们没有与被动检测器结合，这使得主动检测器在没有人的情况下一直工作。此外，这种系统没有联网，不能集中管理所有教室。扬州大学、山东大学、华东理工大学等多所高校的实践取得了非常满意的节电效果，教室照明节电率高达40%。意识到室内照度标准灯在白天不亮。没有人照亮房间。当室内照度达不到标准，需要开启照明时，可以根据学生所在的位置自动开启相应的照明，从而实现高校教室照明终端的无人自动控制。高校教室照明的浪费已经消除。其中，最突出的是智能照明控制系统AISAC-1000。该系统涉及的技术综合了自动控制、网络通信、现场总线、嵌入式软件、照明技术等多方面的知识。有必要系统考虑整个智能照明系统的总体结构、主要性能和关键技术，吸收国外同类系统的优势，结合中国市场的实际情况，开发出技术水平高、性能稳定可靠、成本低、适合学校的智能照明系统。第一章教室智能控制系统的设计1.1教室智能控制系统设计背景介绍随着我国教育事业的发展，学校照明用电越来越多，电能损耗也越来越大。目前，大多数教室照明控制系统采用传统的手动(开关)控制方式，造成严重浪费。虽然教室里的开关可以实现区域控制，但很少有人关心哪一排灯是由那个开关控制的，于是出现了所谓的长明灯现象。这么长时间以来，浪费的电力几乎是惊人的。针对这种情况，本文设计了一种以可编程控制器为控制器的节能智能控制系统。整个系统处于自动工作状态，实现教室照明系统的智能控制。一方面减少了人工参与，更重要的是，通过人走的时候关灯，人来的时候开灯，解决了长明灯的现象，合理有效的利用了教室里的照明用电。1.2系统工作原理该系统的工作原理是：当有光(自然光)时，无论教室里是否有人或有噪音，电源都会关闭，所有的灯都不会亮。当没有光(自然光)时，如果有人或附近有异常声音。然后打开电源，打开灯，控制程序进入监控状态；如果没有检测到任何人，则发出熄灯警告，并且灯被打开和关闭并闪烁；如果此时教室里还有人，在灯的开关和闪烁的提示下，自然会采取行动，热释电红外探测器将检测到这种变化，从而结束警告，使灯继续点亮，并使控制器返回监控状态。如果没有人在警告状态下保持安静，请关闭灯电源。对于使用投影仪的多媒体教室，可以在投影仪打开一段时间后自动关闭对应于平台区域的灯，以获得更好的视觉效果。从而实现无人关灯无人开灯的目的。第二章系统硬件设计系统的硬件设计是智能控制系统的核心内容之一。它主要分为两部分：一个是传感器部分，另一个是控制器部分。其结构图如下图1-1所示。图1-1控制系统结构图2.1传感器的选择2.1.1热释电红外探测传感器该传感器由三部分组成：热释电传感器、匹配低噪声放大器和菲涅耳光学系统。热释电传感器包括： 滤波器芯片，截止波长为7-10m，相当于人体辐射红外中心线的9-10m波长，作为带通滤波器区分人体和其他物体。(2)热电陶瓷材料将通过过滤芯片传输的红外辐射能量的变化转换成电信号，即热电转换。(3)用作阻抗变换的场效应晶体管匹配器使输入阻抗高而输出阻抗低。匹配低噪声放大器的作用是，当探测器的环境温度升高时，特别是接近正常体温(37-38)时，传感器的灵敏度降低，从而补偿放大器的增益，自动适应不同的季节和不同的区域。菲涅尔光学系统不仅将监控空间辐射的红外线聚焦在红外能量传感器上，还能敏锐地反映这些红外能量的变化。菲涅耳光学系统通过以棱镜或柱状方式加工光滑的光学反射镜，将监控空间分成一系列交替的窄红外“传感区域”和“空白区域”。当人们在它们之间移动时，某些“感应区域”的红外线有时会消失，传感器接收到相应的光脉冲，从而提高了接收灵敏度，并将探测距离增加到10-20米该系统采用Wd-323热释电红外传感器。其技术参数如下：工作电压：DC15 25V；工作电流：2mA；工作温度：0 50；接收波长为7-14微米。75%透射率；检测率(d *) 1.4 x 108cmhz1/2/w。输出电流为0 20mA。2.1.2声学检测传感器声音检测组件采用驻极体麦克风作为检测器，通过共用电阻分压连接到三极管的基极。当声波作用在麦克风上时，驻极体的内阻微照度是一个物理量，表示物体的照度。照度与照明光源、被照明物体的表面和光源的空间位置有关，并且可以由照度计直接测量。照度计基于光电效应，将光信号转换成电信号。根据国家和国际照度标准，学校教室的平均照度值至少为300LX。该系统采用LU01照度计。其技术参数如下：工作电压：DC9 15V；工作电流：2mA；工作温度：0 50；感光范围(可调):5Lx500Lx(出厂设置为5LX)；光感复位延迟：30s(防止瞬时光变化造成的干扰)。在实际工程中，还必须考虑检测装置的安装位置，以满足实际要求。本系统中红外探测器和照度计的安装应考虑其有效监控范围和教室的具体情况，使两者之间有一定的交叉。照度计的安装应考虑教室的照明角度和不同位置的受光程度。为了确保其正确性，请尝试将其安装在光线和自然光都无法照射的位置，并且两个相邻区域之间应该有一定的重叠，以确保当有人在两个区域之间时，该区域中的灯可以正常打开。必要时，可增加一些辅助设备，以确保监控的正确性和可靠性。2.2控制器的选择在本系统的设计中，要求保证系统的可靠性、实用性、可扩展性和网络连接性。因此，该系统的设计没有考虑使用单片机来实现，而是采用可编程控制器来控制。2.2.1可编程逻辑控制器的定义PLC自问世以来发展迅速，虽然时间不长。为了使其生产和发展标准化，国际电工委员会(IEC)发布了PLC标准的第一、第二和第三稿，并在1987年对其定义如下：“可编程控制器是一种用于数字操作的电子系统，专门设计用于工业环境。它使用一种可编程存储器来存储内部程序、执行逻辑运算、顺序控制、计时、计数和算术运算以及其他面向用户的指令，并通过数字或模拟输入/输出来控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器和相关外部设备的设计应遵循易于与工业控制系统集成和易于扩展其功能的原则。”总之，可编程控制器是一种专门为工业环境应用而设计的计算机。它是将传统继电器技术、计算机技术和通信技术相结合开发的一种新型控制装置。在特定的国内工业应用中，由于不是针对特定的工业应用，其硬件应根据实际需要配置，而其软件应根据控制要求编写。2.2.2可编程逻辑控制器的特性可编程控制器是传统继电器技术和计算机技术相结合的产物，在工业控制中具有继电器控制和通用计算机无法比拟的特点。1.高可靠性PLC的高可靠性主要体现在硬件和软件两个方面：在硬件方面，由于采用了高性能的开关电源，对所采用的设备进行了严格的筛选，系统结构合理，最后进行了加固和简化安装，所以PLC具有很强的抗振动和冲击性能。非接触式半导体电路完成大量的开关动作，在继电器控制系统中不会出现老化、脱焊、接触电弧等问题。可编程逻辑控制器模块化结构可以快速判断故障模块，并在其中一个模块出现故障时进行更换，从而尽可能缩短系统的维护时间。在软件方面，可编程控制器的监控定时器可以用来监控执行用户程序的专用操作处理器的延时，以保证在程序出错和程序调试时，避免程序错误造成的死循环；当中央处理器、电池输入输出端口和通信出现异常时，可编程控制器的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应措施防止故障扩大。在断电的情况下，备用电池应保护用户程序和正常运行时的动态数据，以确保通知由于采取了上述有效措施，保证了可编程控制器的高可靠性，因此可编程控制器的平均无故障时间高达几十万小时。2.控制过程的编程语言，易于掌握PLC编程语言采用继电器控制电路梯形图语言，清晰直观。尽管可编程逻辑控制器是一种基于微处理器的控制装置，但只要用户对计算机软件、硬件和电气控制有一定的了解，它并不要求用户具有很强的编程能力。3.易于安装、调试和维护在安装过程中，由于可编程逻辑控制器的输入/输出接口已经完成，可以直接连接到外部设备，不需要特殊的接口电路。此外，可编程控制器的软件功能取代了中间继电器、定时器、计数器等设备。在原继电器控制中，因此硬件安装的工作量相应减少。可编程控制器的调试可以先在实验室模拟，然后在现场安装调试。这样，可以避免现场可能出现的一些问题，从而缩短调试周期。在维护方面，可编程逻辑控制器完善的诊断和显示功能可以通过模块或编程器等上的显示轻松找到故障模块。此外，由于模块化设计，仅需要更换有故障的模块。4.网络是强大的PLC不仅可以实现远程控制、PLC内部通信和上位机通信，还具有专用互联网、无线互联网等功能。5.体积小、重量轻由于PLC内部电路主要采用微电子技术设计，因此具有体积小、重量轻的特点。2.3可编程控制器型号的选择如何在实际应用中选择合适的PLC设备也是一个关键问题。首先是从合适的制造商那里选择产品。目前市场上有许多可编程逻辑控制器产品。最具代表性的产品包括日本立世公司的欧姆龙-欧姆龙、德国西门子和日本三菱公司的可编程控制器。其中，欧姆龙PLC最受小型产品的欢迎。一方面，这是由于其较低的价格和较高的性能价格。另一方面，它配备了强大的指令系统。我国常用的小型PLC产品是欧姆龙产品。立世公司的欧姆龙率先推出C系列PLC。西门子可编程控制器产品质量上乘，但价格昂贵。三菱引进了整体式可编程控制器。当可编程控制器制造商确定后，可根据可编程控制器的技术指标选择合适的可编程控制器设备。例如，个输入/输出点(可编程逻辑控制器的外部输入和输出端子的总数，这是可编程逻辑控制器中最重要的)、一个索引、扫描速度、指令数量、存储容量等。通过分析设计的系统，教室将使用4个模拟输入点、9个数字输入点和4个数字输出点。考虑到应该有20%的余量，该系统的设计不适合使用整体式可编程控制器，更适合使用模块化可编程控制器。该系统采用西门子S7-300作为控制器。中央处理器采用CPU315-2 DP，具有中大容量程序存储器和PROFIBUS-DP主/从接口，可用于大规模输入/输出配置和建立分布式输入/输出结构。数字输入模块使用SM321，它有16个输入点。数字输出模块使用SM322，它有16个输出点。模拟模块采用SM331，有8个模拟输入点。下表显示了系统的输入/输出分配表。表2-1输