1、学号： 本科毕业论文（设计）(2015届)教室灯光智能控制系统 院 系 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 姓 名 指导教师 助教 年5月I摘 要随着我国经济的高速发展，能源消耗的节奏也越来越快。电力资源已经成为一种稀缺资源。如何节能降耗已然成为近几年来值得研究的热门话题。在本文中，我们研究的教室灯光智能控制系统就是在针对我国城市巨大的能源消耗而开发的新的节能控制系统。它是一个集电压控制、软启动功能、智能自动起停于一体的教室灯的控制系统。晶闸管功率转换单元和智能控制系统的结合是这个控制系统的主要特点。这里讨论了教室灯光智能控制系统的设计方案与构思，介绍了仪器的系统设计与工作原理，分析了以AT89C51为主要控制单元的硬件电路的设计。实验表明，教室灯光智能控制系统可以明显提高教室灯的功率效率，在节约能源，电力资源合理利用今天的当今时代，该系统有一个非常广阔的社会和商业前景。关键词:节能控制，单片机，软起动AbstractWith the rapid development of the Chinese economy, electric power consumption al
2、so rises fleetly. recent years, the rising speed of electric power consumption ishigher than that of economy development remarkably. Electric power resource has become very scanty. Hence, how to economize energy sources and reduce wastage has become a hot problem researched in recent years.The main feature is combining the SCR PowerC onversion and Intelligent Control System modules, the Power modules isolate high-voltage and low-voltage using Substation Converter Reactance, geting the fast windi
3、ng of Reactor(high-voltage) and street lamp in series, increasing the second winding (low-voltage)in the reactor. The secondary coil ,the SCR and the control systems of fuzzy control algorithms are associateing together, We discuss the concept of the intelligent system of energy-saving and controling street lamp,and introduce the system design of the installation, operation. we detailed analysis connecti the hardware circuit design with a control unit of 89C5l, and its electrical connection.Expe
4、riments show that the intelligent system of energy-saving and controlling street lamp can significantly improved the systemstreet lamps electricity eficiency and improve the rata factor in energy.Nowadays,while is conservation and rational utilization of power resources, the device has a very broad social and busincss prospects.KeyWords: Energy-saving and contorling Soft Start- 3 -目 录1 绪论- 1 -1.1 课题概述- 1 -1.1.1 课题的题目- 1 -1.1.2 课题研究的背景- 1 -1.1.3 课题研究的目的及意义- 1 -1.2 课题的国内外研究现状- 1 -1.2.1 国外研究现状- 1 -
5、1.2.2国内研究现状- 2 -1.3 论文的主要研究内容- 2 -2 系统方案设计- 3 -2.1智能教室灯节能控制系统的构思- 3 -2.1.1传统节能方法- 3 -2.1.2具有智能控制的节能方法- 3 -2.2智能教室灯节能控制系统方案设计- 4 -2.3智能教室灯节能控制系统结构设计- 6 -3 硬件设计- 8 -3.1硬件结构设计- 8 -3.2光学信号的采集与检测设计- 9 -3.2.1光源检测原理- 9 -3.2.2检测装置所需器件及选型- 9 -3.3声学信号的采集与棒测设计- 10 -3.3.1声学检测原理- 10 -3.3.2检测装置所需器件及选型- 10 -3.4功率变换单元与触发控制系统设计- 11 -3.4.1功率变换单元设计- 11 -3.4.2触发控制系统设计- 11 -3.5智能控制器硬件设计- 13 -3.5.1模数转换电路- 13 -3.5.2开关量输入/输出电路- 14 -4 系统软件设计- 16 -4.1软件结构设计- 16 -4.2数据采集与处理程序设计- 17 -4.2.1标度变换技术- 17 -4.2.2有效性检查- 17 -4.2.3数
6、字滤波- 18 -4.2.4程序设计- 18 -5 总结与展望- 22-5.1论文总结- 22 -5.2 心得体会- 22 -致 谢- 24 -参考文献- 25 -附录- 26 - 1 -1 绪论1.1 课题概述1.1.1 课题的题目课题名称：教室灯光智能控制系统研究。1.1.2 课题研究的背景随着社会的发展，能源问题已成为全世界最关注的问题，能源危机已经成为人类面临的重大危机，特别是近年来我国电力非常紧张，电力短缺阻碍我们日常的生产生活，甚至严重影响我国经济发展和社会文明的进步。在城市照明设计的亮化趋势下，城市景观照明同样耗费着我们的电力资源。发电企业投资和建设需要较长的一段时间，快速的经济发展需要更充足的电力供应和消费，电力供需之间矛盾重重。电力供应在短期内很难得到缓解，发展与节约相结合从而成为经济建设的必然选择。此时，节能照明行业也已经成为我们的必然选择。1.1.3 课题研究的目的及意义室内灯光是中国的经济发展和国家建设的必要电力设备，它在我国的总体用电量中占了巨大的比例，如果通过节能设备有效地控制它们，就可以降低功率损耗，节约能源，降低生产成本，有利于中国经济的快速发展。在本文
7、中，我们研究的教室灯光智能控制系统是通过电源功率转换组件，可以在灯光的起止和运行时，有效地调整教室灯的终端电压，控制灯光的照明亮度，从而改变灯光在不同时间的能耗，改善功率因数，达到节电的目的。1.2 课题的国内外研究现状1.2.1 国外研究现状在过去的20年里，美国和日本照明节能重点是紧凑型荧光灯(CFL)的使用和日光灯镇流器两个方面，这两个国家在新技术取代旧产品的过程中有点不同：美国在2001年的销售的镇流器中电子的占53%，但日本只有36%。而他们在销售CFL灯所占的比例中，美国只占3%，日本占15%。这两个国家的省级和地方都在立法、鼓励和推广活动这三个方面下文章，旨在促进节能产品的广泛使用。国外的照明节能技术发展拥有以下特点：(1)大力推动绿色照明，根据材料，使用有效的管理规范，出台了一系列标准和管理要求，将照明节能普遍推广;(2) 提高电力设备的性能需求，主要反映在镇流装置的技术的提升。通过改进镇流器技术提高照明设备的功率因数。1.2.2国内研究现状在我国市场上有各种各样的照明节能控制产品，可以达到一定的节能效果，但在功能和效果方面不是很理想，主要有以下几种情况：采用自祸变压器
8、及磁饱和电抗器的降压技术。它的不足是由于反应速度慢，在用电高峰电压降低时，容易导致灯光闪烁，无法自动调节，在电压突然升高的情况下，灯具将会无法避免地受到交流电的高压冲击，很难做到对灯具进行有效的保护，其稳压功能相对而言是比较弱的。针对于磁饱和的电抗器来说，除去上面的缺点，其效率同样也偏低。采用了电子器件而构成的可控硅式设备，该设备使用了简单的控制手段，其缺点在于元件容易发热燃烧，因为其使用的相控技术而产生了谐波，从而污染了电网，使得日光灯和气体灯闪动，折损灯具寿命，削减照明效果，没有做到绿色环保，国家有关规定已经禁止了此类无功补偿技术和相关设备的使用。另外使用系统节电滤波的形式，主要是可以达到净化电网、对无功功率进行补充、补偿电网的效果，但是其对有功电度表的计量系统而言，则显得缺乏实际节能效果。1.3 论文的主要研究内容本文根据国内外最新研究成果，比较了几种常见的教室照明节能控制方法。讨论了基于可变电抗技术的结构和动力装置的系统结构。详细地描述了教室灯光智能控制系统的硬件组成结构与电路系统的设计，并使用模糊控制算法设计控制算法，最后对成果进行了仿真和调试，并分析了实验的整体结构。本文主
9、要研究的内容有：（1）基于可变电抗技术的功率单兀系统的组成设计；（2）教室灯光智能控制系统的硬件部分设计；（3）教室灯光智能控制系统的仿真和试验研究。2 系统方案设计2.1智能教室灯节能控制系统的构思2.1.1传统节能方法长期以来，大多数的国内教育机构教室照明控制普遍采用传统的控制方法，主要有如下所示的若干种节能方法：1，人工手动控制节能：依据上下课的时间安排，专门的工作员来进行手动的开灯/关灯操作。2，时间管控节能：在这里时间是仅有的开灯或关灯的根据，无论其它外在情况怎么变动，都仅仅能够在所规定好了的时间进行开灯或关灯。3，光学控制节能：根据光线照明的强度度的不同进而对教室的灯的开关进行控制。这样的节能办法或多或少的有着各自的不足之处，我国绝大部分的教育机构的教室灯的开/关灯调控是使用各个变压器或者配电箱分散调控的，尽管教室灯的运转是有其特殊的控制线路，但其仅有控制的功能而没有办法实施监测。并且因为无法严格根据室内外的自然光强度来进行调控，造成了实时性较差，故障频率较高，能源浪费情况严重的后果。此外，传统使用的控制方法需要工作人员时时在岗，及时地对灯光的开关进行控制，而人工的控制不可避免的会产生误差，这造成的能源浪费是非常惊人的。例如：若使用定时器的控制方法，因为四季的时差问题，需要频繁地对定时器进行调节，由夏季至冬季，日出时刻后退、日落时刻前移；由冬季至夏季，日出
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