微机照明控制装置设计.docx
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微机照明控制装置设计.docx
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微机照明控制装置设计
摘要
当今世界经济飞速发展,人均资源占有量及其消耗量也大幅提升,照明作为我们日常生活中不可缺少的一部分,是一项重要的能源消耗,日益受到人们的关注。
照明控制从最初的手动开关控制方式,随着电子器件的换代更新,逐渐发展到利用定时器件、传感器等的开关控制;从电位器调光,逐渐发展到利用可控硅或晶闸管的相控调光器件、及正弦波调光器进行调光控制。
所有的照明控制方式在于实现对灯源的开关、调光这一层面上的,单一的照明控制方式很难灵活的适应现代建筑对所需营造出光环境的要求。
自动可调光的照明系统应运而生,它能达到无人看管又节能,且能限制输出电压以延长灯具使用寿命,减小维护工作量和维修成本的目的。
当前自动可调光的照明系统控制方式主要分为:
跷板开关控制方式、断路器控制方式、定时器控制方式和光电感应传感器开关控制方式。
随着科学技术的不断发展,照明控制逐渐趋于数字化、网络化、智能化,给我们的生活带来更多的便利和舒适感。
本设计基于微机控制技术,结合智能家居照明的要求,以设计过程为主线,阐述了一套简单的微机照明控制系统。
系统由照度检测、调光模块、编程器、显示和光源几个模块组成。
硬件中,根据具体的调光要求,设计了照度测量与显示电路,和灯具的驱动控制电路,并有自动与手动调光切换的接口电路。
软件设计中,完成了自动5档调光、手动8档的调光功能,把测得的照度通过数码管显示,实现了根据显示不同的照度,相应的进行照度补偿。
关键词:
微机控制技术;调光;智能家居;节能
Abstract
Nowadays,theworld’seconomicdeveloprapidly,Percapitaamountofresourcesanditsconsumptionalsoincreaseconsiderabaly.Lighting,tobeaindispensablepartofourdailylife,isanimportantenergyconsumption,beincreasinglyconcerned.Lightingcontrolfromoriginalmanualswitchcontrolmethoddeveloptousetimingdevice,sensors,etcswitchcontrolgradually;frompotentiometerdimmerdeveloptoSCRorthyristorphaseddimmerdevicegradually,andsinewavedimmersadjustlightcontrol;astheeletronicgenerationupdates.Allthelightcontrolmodeliesonrealizethelevelofcontrollightswitch,dimmer.Singlelightingcontrolhardlyadapttomodernbuildingrequirementstocreatelightenvironmentalflexibility.Automaticallydimmerlightingsystemcameintobeing.Itcanbeguardwithoutmanandenergy-saving,andlimitoutputvoltagetoextendtheservicelifeoflampsandlanterns,reducethecostofmaintenanceandrepair.Thecurrentmethonofautomaticallydimmercontrolsystemis:
Rockerswitch,Circuitbreakercontrol,timercontrolandlightinductivesensorswitchcontrol.Withthescienceandtechnologydeveloping,lightingcontroltendstodigitalgradually,networkedandintelligent,bringmoreconvenientandcomfortabletoourdailylife.
ThisdesignedbaseonMicrocomputercontroltechnology,combinedwithintelligenthouseholdlightingrequirements,takingthedesigningprocessasmainline,explainasimplemicrocomputerlightingcontrolsystem.Thesystemconsistofilluminationdetection,dimmermodule,programmer,anddisplay.Inthehardware,accordingtothespecificdimmerrequirements,designtheilluminationdetectionanddisplaycircuit,lampsandlanternsdrivercontrolcircuit,andthereisalsoautomaticandmanualdimmerswitchcircuit.Inthesoftware,finishedautomatic5filesdimmer,manual20filesdimmerfunction.Thedetectionilluminationdisplayviaadigitaltube,accordingtodifferentillumination,compensateilluminationcorresponding.
Keyword:
Microcomputercontroltechnology;dimmer;Intelligenthousehold;energy-saving.
1绪论
1.1研究的目的及意义
当今世界经济飞速发展,人均资源占有量及其消耗量也大幅提升,照明作为我们日常生活中不可缺少的一部分,是一项重要的能源消耗,日益受到人们的关注。
随着信息技术的飞速发展和社会的不断进步,人们对照明的高效控制和功能多样化的要求也不断提高,智能照明系统应运而生。
而我国更是一个人口众多、资源相对不足的国家,资源节约型、环境友好型的可持续发展战略是我国的一项基本国策,做好智能照明工程一方面可以大幅度的节约照明用电,减少发电带来的污染,保护环境,同时能给人们带来更舒适的照明环境。
“中国绿色照明工程”以发展和推广高效照明产品,节约照明用电,减少环境污染为理念,同时能满足人们对于照明的质量和环境的要求,建立一个优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境的照明系统。
智能家居照明控制系统的研究在现实生活中具有极其广泛的发展前景。
智能照明控制系统在确保灯具能够正常工作的条件下,给灯具输出一个最佳的照明功率,既可减少由于过电压所造成的照明眩光,使灯光所发出的光线更加柔和,照明分布更加均匀,又可大幅度节省电能,智能照明控制系统节电率可达20%-40%。
智能照明控制系统它可在照明及混合电路中使用,适应性强,能在各种恶劣的电网环境和复杂的负载情况下连续稳定地工作,同时还将有效地延长灯具寿命和减少维护成本。
智能家居照明控制系统的研究,首先,提高了家居光照环境的质量:
在住宅的照明光环境设计中除充分考虑到视觉作业、合适的照度、亮度分布、视觉舒适性、眩光控制、显色性、照明装置的外观以及使用者或参观者的主观感觉等八个因素外,还需要考虑到人体因受到季节光照减少而产生的“季节性情感紊乱”因素和根据含不同光谱成分光源对褪黑素分泌的抑制能力强弱不同,视具体情况采用不同的光源。
其次,照明的自动化控制:
系统最大的特点是场景控制,在同一室内可有多路照明回路,对每一回路亮度调整后达到某种灯光气氛称为场景;可预先设置不同的场景(营造出不同的灯光环境),切换场景时的淡入淡出时间,使灯光柔和变化。
时钟控制,利用时钟控制器,使灯光呈现按每天的日出日落或有时间规律的变化。
利用各种传感器及遥控器达到对灯光的自动控制。
最后,智能家居照明控制系统是智能家居的一个组成部分,家居布线系统、家庭网络系统、智能家居(中央)控制管理系统、家庭安防系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统等七大系统共同构成了智能家居系统。
1.2研究的现状
智能照明控制系统,也称为建筑调光系统。
系统能够根据环境变化、客观要求、用户的需求等条件采集照明区中的各种信息,并能对所采集到的信息进行相对的逻辑分析、推理和判断,将分析的结果按特定的要求存储、显示和传输,从而进行相应的工作状态控制反馈,以达到预期的控制效果。
澳大利亚奇胜场景照明控制系统,可以对同一个场所中最多18个灯区(照明回路)供电和调节亮度。
用户可以调节和预设每个灯区的亮度以适应最多5种场景,只需按一下按键就可以为你的活动选择满意的照明环境。
美国LC&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器配电盘组成,按照客户对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与舒适。
1.3研究的内容
自动可调光的照明系统在当前工作和生活中有广泛的应用。
由于各种高效的卤钨灯和LED具有亮度高,调节方便的特点,被广泛应用于各种对光照度调节有要求的场合,此外,对气体放电灯的调光控制也发展很快。
采用微机调光的方式便于与灯具的工作特性相配合,能实现多种调光模式,给人们带来更多的自主选择和一个舒适的照明环境。
本课题基于家居智能照明的要求,基于微机控制调光技术,设计一套简单的照明控制系统。
它能实现照度信息采集及显示,根据照度的强弱实现自动的照度补偿,以点亮不同数量的灯源实现光补偿,实现5级调光。
手动调光实现灯光的8级连续调节。
并有灯光的驱动电路及手动、自动切换电路。
2智能家居的照明设计
2.1智能家居的概述
20世纪80年代初,随着大量采用电子技术的家用电器面市,住宅电子化(HE,HomenElectronics)出现。
80年代中期,将家用电器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后,形成了住宅自动化概念(HA,HomeAutomation)。
80年代末,由于通信与信息技术的发展,出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统,这在美国称为SmartHome,也就是现在智能家居的原型。
智能家居是以住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成,构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统,提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。
智能家居系统包含的主要子系统有:
家居布线系统、家庭网络系统、智能家居(中央)控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统等八大系统。
2.2照明质量介绍
2.2.1人眼的视觉特性
(一)明适应与暗适应
人眼的杆状细胞只能感光,不能感色,但感光灵敏度极高,是锥状细胞感光灵敏度的10000倍。
锥状细胞既能感光,又能感色。
两者有明确的分工:
在强光作用下(约1以上的亮度水平),主要由锥状细胞其作用,所以在白天或明亮环境中,看到的景象既有明亮感,又有彩色感,我们称之为明视觉,或白日视觉。
在弱光作用下(约在0.01以下的亮度水平),主要由杆状细胞起作用,所以在黑夜或弱光环境中,看到的景物全是灰黑色,只有明暗感,没有彩色感,这种视觉叫做暗视觉。
人们从明视觉状态到暗视觉状态时,须经过35min方能看到周围的物体,这个适应过程叫暗适应;反之,从暗环境到明亮环境的适应,则仅需约36s,此称为明适应。
(二)感光机理
感光过程大致分为四个步骤:
(1)景物经过水晶体聚焦于视网膜形成“光象”,视网膜上各点光敏细胞受到不同强度的刺激,锥体细胞和杆状细胞中的感光色素分别是视紫蓝质和视紫红质,它们寿光后发生化学变化,化学变化向相反方向进行。
(2)因上述光学变化,使视网膜上的点产生与光照度成正比的电位,即在视网膜上将“光象”变成“电位象”。
(3)视网膜上各点的明位分别促使各对应的视神经放电,放电电流是振幅恒定而频率随视网膜电位大小变化的电脉冲。
话句话说,视神经将网膜的“电位象”按频率编码方式传给视觉皮质。
(4)视觉皮质通常用接受到多达200万个频率编码的电脉冲信号,首先将它们分别存入视网膜光敏细胞相对应的细胞特殊表面中,然后进行综合的图像信息处理使人产生视觉,看到景物的图像。
关于视觉皮质图像信息处理,还是一个谜,人们正处于研究与探索之中。
(三)光量效应
人眼感到房间照度变化差值与照度水平之比称为光量效应。
它是个常数,即:
K(常数)
例如,照度为l0Lx的房间,增加lLx的照度就可感觉出来照度变了;而在照度为100Lx的房间,则需增加l0Lx的照度,才能觉察出照度的变化。
两者的比率都是0.1。
(四)眩光
在视野范围内出现亮度极高的物体或亮度对比过大时,可引起人眼不舒适的感觉或造成视度下降。
这种现象称为眩光。
眩光光源或灯具的位置偏离视线的角度越大,造成眩光的可能性就越小,超过60o后就无眩光作用发生。
在采光和照明设计中,应尽量限制眩光的产生。
(五)影响人眼视度的主要因素有:
(1)被视物体的照度或亮度。
照度或亮度高,则视度也提高;
(2)被视物体的尺度大小。
物体大则看得清楚。
物体的大小用视角α表示;
(3)被视物体的亮度与其背景亮度(或颜色)的对比。
对比大,即亮度或颜色差异大时,视度就高;
亮度对比系数用C表示:
式中L0——被视物的亮度;
Lb——背景的亮度。
(4)对于小尺度的被视物,采用天然光照明比采用人工光照明时视度提高;
(5)观看时间:
视度随着观看时间的增加而有所提高。
因此,如果识别对象是活动的,识别时间短促,就需要增加识别对象的亮度,来相应提高视度。
2.2.2光源
随着社会的发展,家庭作为休息、生活的场所,更是被人们所重视,人们对家居照明的要求也不再满足于简单的照明,优秀的照明环境仅仅是自然光的延续,也是建筑饰中明与暗、光与影在空间中的组合创造,是一种艺术的表现手段,可以在心理和生理上给人们带来影响,家居照明设计的基本要求包括宜人的光色,合适的照度,恰当的显色性,避免眩光的干扰,合理的照明方式等。
色温,光源的发光颜色是与温度有关的,当温度不同时,光源发出光的颜色是不同的.如白炽灯,当灯丝温度低时,发出的光以红色为主;当灯丝温度高时,灯丝发白,发出的光由红变白。
显色性,当某种光源照射到物体上时,该物体的色彩与阳光照射时的色彩是不完全一样的,有一定的失真度.所谓光源的显色性,就是指不同光谱的光源分别照射在同一颜色的物体上时,所呈现出不同颜色的特性,通常用显色指数来表示光源的显色性.
不同色温,不同照度下对人心理上的影响:
图2.1:
照度对人心理的影响
家居照明常用的光源:
(1)白炽类
普通白炽灯价格便宜,应用方便,拥有各种功率和外形,拥有宜人的色温和出色的显色性,缺点是寿命较短(约1000h),光效不高(仅
),比较不节能。
(2)卤钨灯
在灯泡壳内部都充入卤素气体提高光效,延长光源使用寿命,在泡壳内壁有一定量的反射型涂层,使灯泡能将光线推向前方,这样就能比普通白炽灯更方便地控制光束,在拥有出色的显色性(
)的同时比常规的白炽灯的光效更高(
)。
(3)荧光灯
荧光灯的光效非常高(
),相当于普通白炽灯的十倍左右,比那些白炽的灯的寿命更长(最大1200h),荧光灯分直管荧光灯和紧凑型荧光灯(节能灯),其中节能灯用于大部分家居灯具,E27或E14的灯头的节能灯能很直接替代普通白炽灯,荧光灯能提供多色温(2700K,4300K,6400K),其中暖白的荧光灯适合家居照明,荧光灯的显色性略差于白炽灯,显色指数左右。
(4)LED灯
LED节能灯是用高亮度白色发光二极管发光源,光效高、耗电少,寿命长、易控制、免维护、安全环保;是新一代固体冷光源,光色柔和、艳丽、丰富多彩、低损耗、低能耗,绿色环保,适用家庭,商场,银行,医院,宾馆,饭店他各种公共场所长时间照明。
无眩光,对眼睛起到很好的保护作用,现今之LED灯的光效普遍在,大部分LED灯的显色指数为80左右。
2.3家居照明控制系统
家居照明控制系统可以根据环境变化、客观要求、用户预定需求等条件而自动采集照明系统中的各种信息,并对所采集的信息进行相应的逻辑分析、推理、判断、并对分析结果按要求的形式存储、显示、传输,进行相应的工作状态信息反馈控制,以达到预期的控制效果。
家居照明控制系统不是家居照明系统,照明系统只是光源、灯具以及相关辅件,但家居照明控制系统还包括调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、编程插口、时钟管理器等设备。
按照狭义的理解,家居照明控制系统是不包括照明系统中的光源、灯具、电线等设备的。
反过来,未生产家居照明控制系统,而只是生产光源、灯具产品的企业,也不属于智能家居生产企业。
智能照明系统一般由主控模块、采集器模块、执行器模块、监控上位机四个部分组成。
主控模块是系统的控制者,负责总线上信号的仲裁和传递,同时负责总线的供电。
它是系统中的核心部件,每个系统必须有一个主控模块。
采集器模块是系统信息的输入通道,控制指令由用户或传感器经它发出。
目前,采集器模块基本上包括按键和传感器。
执行器是具体的驱动单元,系统的信息输出通道,它根据控制指令去驱动具体的对象,如灯、电源开关、警灯、警铃等。
监控上位机提供了整个系统的集中显示,实时监控,可以对现场进行直接操作,具有系统生成、信息诊断等功能,通过主控模块与其他设备连在一起,要求具有较高的可靠性和良好的稳定性。
2.4使用智能照明系统的效果
(1)照明的自动化控制
系统最大的特点是场景控制,在同一室内可有多路照明回路,对每一回路亮度调整后达到某种灯光气氛称为场景;可预先设置不同的场景(营造出不同的灯光环境),切换场景时的淡入淡出时间,使灯光柔和变化。
时钟控制,利用时钟控制器,使灯光呈现按每天的日出日落或有时间规律的变化。
利用各种传感器及遥控器达到对灯光的自动控制。
(2)美化环境
室内照明利用场景变化增加环境艺术效果,产生立体感、层次感,营造出舒适的环境,有利人们的身心健康,提高工作效率。
(3)延长灯具寿命
影响灯具寿命的主要因素主要有过电压使用和冷态冲击,它们使灯具寿命大大降低。
LT系列智能调光器具有输出限压保护功能:
即当电网电压超过额定电压220V后调光器自动调节输出在220V以内。
当灯泡冷态接电瞬间会产生额定电流5-10倍的冲击电流,大大影响灯具寿命。
智能调光控制系统采用缓开启及淡入淡出调光控制,可避免对灯具的冷态冲击,延长灯具寿命。
系统可延长灯泡寿命倍,可节省大量灯泡,减少更换灯泡的工作量。
(4)节约能源
采用亮度传感器,自动调节灯光强弱,达到节能效果。
采用移动传感器,当人进入传感器感应区域后渐升光,当人走出感应区域后灯光渐渐减低或熄灭,使一些走廊、楼道的"长明灯"得到控制,达到节能的目的。
例如:
某饭店为了节电,将全部走廊灯换为5W节能灯,以减少能耗,但带来的问题是节能灯光照舒适度很差,照度降低,使饭店档次降低。
建议采用移动传感器控制。
(5)照度及照度的一致性
采用照度传感器,可以达到室内的光线保持恒定。
例如:
在学校的教室,要求靠窗与靠墙光强度其本相同,可在靠窗与靠墙处分别加装传感器,当室外光线强时系统会自动将靠窗的灯光减弱或关闭及根据靠墙传感器调整靠墙的灯光亮度;当室外光线变弱时,传感器会根据感应信号调整灯的亮度到预先设置的光照度值。
新灯具会随着使用时间发光效率逐渐降低,新办公楼随着使用时间墙面的反射率将衰减,这样新旧会产生照度的不一致性,通过智能调光器系统的控制可调节照度达到相对的稳定,且可节约能源。
(6)综合控制
可通过计算机网络对整个系统进行监控,例如了解当前各个照明回路的工作状态;设置、修改场景;当有紧急情况时控制整个系统及发出故障报告。
可通过网关接口及串行接口与大楼的BA系统或消防系统、保安系统等控制系统相连接LT-net智能照明控制系统通常由调光模块、开关功率模块、场景控制面板、传感器及编程器、编程插口、PC监控机等部件组成,将上述各种具备独立控制功能的模块连接在一根计算机数据线上,即可组成一个独立的照明控制系统,实现对灯光系统的各种智能化管理及自动控制。
2.5家居照明各功能区具体分析
现代家居照明设计的几个重要点为:
门厅、客厅、餐厅、厨房、卧室、卫生间和书房。
好的灯光模式能营造出一种温馨、舒适、愉悦的环境,增添其艺术的魅力,利用灯光的时间设置、感应控制、不同的颜色、投射方式和不同明暗亮度组合可创造出灯光环境的立体感、层次感,不仅使客人有个舒适的居住环境,而且还可以产生一种艺术欣赏感。
表2.1是居住建筑照明标准值:
表2.1:
居住建筑照明标准值
房间或者场所
参考平面
及其高度
照度标准值
(LX)
Ra
起居室
一般活动
0.75m水平面
100
80
书写、阅读
300
卧室
一般活动
0.75m水平面
75
80
床头、阅读
150
餐厅
0.75m水平面
150
80
厨房
一般活动
0.75m水平面
100
80
操作台
台面
150
卫生间
0.75m水平面
100
80
注:
*适合混合照明
(1)门厅
门厅是家的形象,是客人其一印象突破点,起着照明和点缀的双重作用。
门厅要求明快有宾至如归的干活,体现主人修养和气度,侧重点在对装饰品的表现,通过层次分明的意识照明给来宾一个良好的印象,整体色温采用暖色温,可以局部点缀彩色做出艺术化效果,平均照度100LUX左右。
(2)客厅
客厅除了接待功能外,还是娱乐、活动中心的存在,是住宅中使用最多的功能空间,在客厅中,我们大致可以分为休息洽谈区、接待区,休息区照明营造的一种柔和、温馨的光环境,让贵客感受轻松、惬意的休闲气氛。
高档的装修配合柔和的漫反射暖色灯光让人心情放松,除环境照明外,我们可以针对墙面高色温射灯的照射,增强局部照射、增强空间美感又避免了眩光的产生。
台灯和落地灯暖色灯光洒落在轻柔的布艺沙发上和木色茶几上,形成有机的对比,组合成一幅美妙诗意的客厅空间。
接待区,采用高亮度的射灯照射装饰品或艺术作品,突出重点,采用虚实结合的灯光效果营造情景空间,然人深深的体验主人的文化内涵。
客厅整体色温左右,平均照度约,局部功能区补充阅读照明,功能区照度约左右。
(3)餐厅
餐厅是品尝美味佳肴、招待亲朋好友的场所。
需要营造轻松愉快、亲密无间的就餐环境。
餐厅的中心是餐桌,照明目的是把注意力集中在餐桌上,突出餐桌上的食品,使餐布、碗筷、食物、花卉等显得明亮美丽引人注目进食欲。
为防止眩光
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