基于LonWorks的教學(xué)樓智能照明的設(shè)計(jì)

徐木政（福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建永安，366000）

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基于LonWorks的教學(xué)樓智能照明的設(shè)計(jì)

徐木政
（福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建永安，366000）

［摘要］本文通過認(rèn)真分析教室內(nèi)的光照，按照預(yù)設(shè)條件，設(shè)計(jì)出一種基于LonWorks技術(shù)的教學(xué)樓智能照明控制系統(tǒng)。系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)教室內(nèi)的燈光的照度以達(dá)到理想的照明，在為師生提供良好教學(xué)環(huán)境的同時(shí)達(dá)到節(jié)能減排的目的。

［關(guān)鍵詞］LonWorks；教學(xué)樓；智能照明

伴隨著我國教育信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)校園模式發(fā)生巨變，而智能化無疑是現(xiàn)代校園建設(shè)的發(fā)展方向。教室是孩子們最重要的學(xué)習(xí)、成長環(huán)境，然而，教室照明設(shè)備老化、使用不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐山淌艺彰鳝h(huán)境不舒適，既影響了教學(xué)效率，也是導(dǎo)致學(xué)生近視的主因之一。與此同時(shí)，學(xué)校內(nèi)普遍存在“人走燈亮”等浪費(fèi)能源的現(xiàn)象。因此在現(xiàn)代教學(xué)場所應(yīng)用智能照明系統(tǒng)很有必要。

本文通過認(rèn)真分析教室內(nèi)不同環(huán)境、時(shí)間的光照，設(shè)置合理舒適的照度條件，設(shè)計(jì)出一種基于LonWorks技術(shù)的教學(xué)樓智能照明控制系統(tǒng)。

1　智能照明的原理

智能照明控制系統(tǒng)采用的是一個(gè)分布式、總線型的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各個(gè)可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器均有控制、存儲(chǔ)單元，在系統(tǒng)中有獨(dú)立的單元地址[1]。由于各種傳感器和遙控接收設(shè)備、控制單元能與鎮(zhèn)流裝置相連接，因此系統(tǒng)布線就很大程度的減少。鎮(zhèn)流裝置將根據(jù)傳感器狀態(tài)改變或某個(gè)按鍵開啟，按照預(yù)先配置的控制模式向總線發(fā)出控制指令。

LonWorks是用于開發(fā)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)完整的技術(shù)平臺(tái)，并具有現(xiàn)場總線技術(shù)的一切特點(diǎn)，支持不同的傳輸媒介進(jìn)行通信，并遵守ISO/OSI的七層模型協(xié)議，具有從300b/s~1.25Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率，一個(gè)Lonworks網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)32000個(gè)，在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中具有突出的表現(xiàn)。

2　智能照明的硬件設(shè)計(jì)

2.1總體組成

智能照明控制器硬件如圖1所示，包含了數(shù)據(jù)采集模塊、執(zhí)行器模塊、處理器、總線接口、微處理器外圍電路等組成。首先由數(shù)據(jù)采集模塊采集教室內(nèi)有人與否以及教室內(nèi)的光照強(qiáng)度等信息，然后利用ARM S3C44B0X處理器反饋給執(zhí)行器模塊對燈的開關(guān)加以控制。ARMC44BOX是16/32位RISC處理器，具有高達(dá)66MHZ工作頻率，具有各種通用接口，特別具有功能強(qiáng)大的以太網(wǎng)控制器，非常適用于在工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)中作為底層控制器使用。如果教室的光照強(qiáng)度比預(yù)設(shè)值高，控制電路開啟燈光的開關(guān)；只有當(dāng)教室有人，且教室光照強(qiáng)度比預(yù)設(shè)值低，燈被執(zhí)行模塊中的控制電路開啟。當(dāng)教室內(nèi)的人離開后，燈將延遲后關(guān)閉。

圖1　智能照明控制器硬件框圖

2.2紅外探測模塊的設(shè)計(jì)

紅外探測模塊利用采集的教室內(nèi)人員的位置和數(shù)量等信息，對燈光分區(qū)域?qū)嵭锌刂?。將控制范圍分成若干個(gè)區(qū)，當(dāng)檢測到有人在某個(gè)區(qū)域時(shí)自動(dòng)打開照明設(shè)備；如果檢測到?jīng)]有人，自動(dòng)關(guān)閉。這樣就能防止燈長時(shí)間開著從而浪費(fèi)電能。

設(shè)計(jì)采用HN911L作為紅外探測模塊，該傳感器工作較為穩(wěn)定，能將人體特有的輻射信號(hào)分離出來單獨(dú)分析處理，這是因?yàn)閭鞲衅骶邆淞藴囟妊a(bǔ)償功能。處理器S3C44B0X的PortA0腳與HN911L的1腳相連，即當(dāng)HN911L探測到有人時(shí)，S3C44B0X的PortA0為“1”；當(dāng)HN911L探測到?jīng)]有人時(shí)，S3C44B0X的PortA0為“0”。HN911L的紅外探測模塊如圖2所示。

圖2　 HN911L的紅外探測模塊

2.3執(zhí)行模塊的設(shè)計(jì)

執(zhí)行器模塊的設(shè)計(jì)包含了調(diào)光控制單元的設(shè)計(jì)和開關(guān)控制單元的設(shè)計(jì)。

圖3　開關(guān)控制器設(shè)計(jì)電路圖

開關(guān)控制器設(shè)計(jì)電路如圖3所示，處理器S3C44B0X的PE3口與控制端CON相連，當(dāng)控制端CON為“0”時(shí)，由于三極管Q截止，此時(shí)高電平輸出，所以導(dǎo)通繼電器，開啟燈Ds1[2]。當(dāng)控制端CON為“1"時(shí)，由于三極管Q導(dǎo)通，此時(shí)低電平輸出，所以阻斷了繼電器，關(guān)閉燈Ds1。另外與PE4口相連接的按鍵能夠?qū)崿F(xiàn)對繼電器的手動(dòng)控制。

對燈光的調(diào)控用到的是調(diào)光控制器，本設(shè)計(jì)中采用的調(diào)光控制器是型號(hào)為IR21592型。IR21592調(diào)光控制電路如圖4所示。

圖4　 IR21592調(diào)光控制電路圖

在本設(shè)計(jì)中IR21592的DIM腳的信號(hào)由微處理器S3C44B0X的PE6腳提供的。首先一個(gè)PWM信號(hào)由S3C44B0X的PE6腳輸出，經(jīng)過R2和C2濾波后轉(zhuǎn)換為有256個(gè)不同電平的模擬電壓輸入到控制器IR21592的DIM腳[3]。通過設(shè)置IR21592引腳5 “MAX”和引腳6“MIN”外部電阻值來控制燈的功率達(dá)到“最大”還是“最小”，達(dá)到調(diào)節(jié)光亮暗的目的。

3　系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

首先程序開始時(shí)要對程序中用到的參數(shù)進(jìn)行初始化需要做初始化寄存器，給定系統(tǒng)參數(shù)以及定義系統(tǒng)各變量的工作，還有要對常量以及各控制變量進(jìn)行定義和賦值等。每個(gè)節(jié)點(diǎn)燈組照明的控制方式有手動(dòng)和自動(dòng)兩種選擇。

圖5　照明控制主程序

系統(tǒng)處于自動(dòng)模式時(shí)，首先利用紅外線傳感器采集數(shù)據(jù)，測量出室內(nèi)的照度,再根據(jù)室內(nèi)有人與否、人的活動(dòng)情況和預(yù)先設(shè)定的照度值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制。手動(dòng)模式下，室內(nèi)人員可以依據(jù)室內(nèi)的實(shí)際光照環(huán)境對相應(yīng)的開關(guān)進(jìn)行控制。程序流程如圖5所示。

4　 LonWorks網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

LonWorks網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中上位機(jī)節(jié)點(diǎn)與下位機(jī)節(jié)點(diǎn)的物理連接是通過LNS網(wǎng)絡(luò)接口來實(shí)現(xiàn)的，將LNS DDE服務(wù)器以及集成工具Lon Maker在上位機(jī)上運(yùn)行，監(jiān)控界面的開發(fā)則采用西門子公司的組態(tài)軟件——視窗控制中心（SIMATIC WinCC）。

圖6　教學(xué)樓智能照明監(jiān)控界面

本設(shè)計(jì)以教學(xué)樓智能照明為模型設(shè)計(jì)了監(jiān)控界面，如圖6所示。組要實(shí)現(xiàn)以下三種控制方式：

（1）自動(dòng)模式1。當(dāng)紅外探測模塊檢測到教室內(nèi)有人后啟動(dòng)控制程序，根據(jù)設(shè)定的時(shí)間和光線控制光線強(qiáng)度。

（2）自動(dòng)模式2。根據(jù)設(shè)定值控制調(diào)光程序，當(dāng)環(huán)境光線低于設(shè)定值調(diào)光程序打開，反之則關(guān)閉，環(huán)境的光線強(qiáng)度隨燈光光線強(qiáng)度的變化而變化。

（3）手動(dòng)模式。人為控制是否通電，光線強(qiáng)度則可以通過燈光控制滑塊控制，范圍為0- 500LX。

本文介紹了基于LonWorks的教學(xué)樓智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。先從智能照明控制原理入手作出總體設(shè)計(jì)；接著針對教學(xué)樓照明的特點(diǎn)和要求，介紹紅外探測模塊和執(zhí)行模塊的設(shè)計(jì)；其次寫出軟件設(shè)計(jì)流程；最后是應(yīng)用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)教室內(nèi)的燈光的照度以達(dá)到理想的照明，在為師生提供良好教學(xué)環(huán)境的同時(shí)達(dá)到節(jié)能減排的目的。

[參考文獻(xiàn)]

[1]朱惠梁.智能建筑照明之智能功能應(yīng)用分析[J].建筑與發(fā)展2011.

[2]秦佳.基于C51的單片機(jī)電動(dòng)機(jī)控制器制作[J].科協(xié)論壇2013.

[3]倪曉峰.現(xiàn)代建筑中的“綠色照明”管理應(yīng)用研究[M].東南大學(xué)2008.

5　結(jié)語

The Design of Intelligent Lighting of Teaching Building Based on LonWorks

XUMuzheng
(Fujian College of Water Conservancyand Electric Power, Yong'an366000, Fujian)

［Abstract］By a careful analysis of the light in the classroom, according to a preset condition, this paper designs the intelligent lighting control system of teaching building based on LonWorks technology. The system can automatically adjust the illumination lights in the classroom in order to achieve the desired lighting, which provides a good learning environment for teachers and students and at the same time achieves the purpose ofenergysaving.

［Key words］LonWorks; teachingbuildings; smart lighting

［作者簡介］徐木政（1980-），男，福建漳平人，福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：電路基礎(chǔ)、電機(jī)與拖動(dòng)、PLC應(yīng)用。

［收稿日期］2015- 5- 7

［中圖分類號(hào)］TP334.7

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A

［文章編號(hào)］1671- 5004（2015）03-0017-03