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1、1引言1.1智能照明的意义世界面临能源危机，中国能源形势更加严峻。节电与开发新能源同等重要， 而节电更经济、环保，应放在首位。在节电中，照明节电的效果尤为显著。在世界 电力的使用结构中，美国、日本和欧洲等发达国家的照明用电约占总用电量的20%。 而中国绿色照明工程促进项目办公室的专项调查表明，我国照明用电在整个用电中 的比例约为12%左右。2003年全国发电量为19107亿度，较2002年增长15. 52%。 暂按用电量增长速度低于GDP增长速度的5%保守计算，到2010年，我国发电量可 望达到27000亿度，照明用电估计就需3000亿度以上。如果照明用电节约一个百 分点，即可节电20亿度至3
2、0亿度；如果照明用电节约三分之一，则可节电1000 亿度。可见，把照明控制节电看成最有效的环保工程和节电手段，丝毫也不为过。就兰州而言，目前已建成路灯5. 2万盏，景观灯2. 17万盏，其中，近8成的 路灯都集中在风景线，宽敞的道路，彻夜长明的灯光，成为兰州亮丽迷人的风景线。 而每年的亮化工程要支付电费1300万元，目前，灯的老化更新费用也将达到140 万/年，换灯工程费也将达100多万，加上员工工资总计财政费用每年达1800多 万。是兰州市很大的财政负担，所以在公共场所使用可以节能的智能照明控制系统 意义重大。根据最近研究表明，合理的夜间道路照明至少可以降低30 %的城市道路交通事 故率、4
3、5 %的乡村道路交通事故率和30 %的高速公路交通事故率。另外，合理的道 路照明还能提高交通引导性，从而提高道路的利用率，降低犯罪率，对提高环境的舒 适度以及美化城市也有重要意义。总之，采用智能照明控制，不仅可满足便捷控制、灯光效果等要求，而且由于 可观的节能效果（节电可达到20-50%以上）及灯具寿命的延长（灯具寿命延长2-4 倍），又能在降低运行费用中得到经济效益，还能省去常规照明所需的大部分配电 控制设备，大大简化和节省管布线工作量。此外，智能照明系统能让整个系统工作 在使人们最舒适的状态，从而保证人们的身心健康，提高了工作效率，创造出无法 估量的价值。1.2传统照明控制1. 2. 1
4、SCR可控硅控制优点：90年代技术，体积小，效率高，噪音低，便于智能控制和嵌入控制，输 出电压有效值连续可调。缺点：输出电压严重畸变，有浪涌电压，污染电网，产生干扰，无法满足电磁 兼容要求，影响电力调度，同时只能适应感性灯光负载，对目前提倡的多元化照明 和国家强制的电容补偿，无法适应。1. 2. 2电磁自偶变压器固定抽头机械切换控制优点：效率比较高，噪音比较低，输出纯正弦电压，适应所有灯光负载。缺点：体积大且笨重，固定降压，工作时无法进行电压调节（灯灭），节电率固 定，无法智能化和以人为本，照度无法控制，往往是人流量最大的傍晚（用电高 峰电压低）亮度最低，而后半夜（用电低谷电压高）无人时反而灯
5、光亮度最大， 另外电磁式产品在切换抽头时，往往烧触点或高压击穿变压器。1. 2. 3电磁自偶变压器抽头SCR切换控制优点：效率比较高，噪音比较低，输出纯正弦电压，输出电压突变式调节，适 应所有灯光负载。缺点：体积大且笨重，对城市道路照明的HID灯，突变式降压有灯灭现象，电 压无法精确控制，由于多SCR开关切换时，有共态导通，或短时开路，切换时有 浪涌电流和浪涌电压，故障率高。1.2.4电磁自偶变压器无级碳刷切换产品控制优点：效率比较高，噪音比较低，输出纯正弦电压，输出电压可连续调节，适 应所有灯光负载。缺点：体积大且笨重，控制用变压器为机械碳刷式，在大电流滑动时，有强烈 电火花，寿命短，过多机
6、械部件，故障率高，同时碳刷过渡其间有电流切断现象， 容易引起HID等的熄灭。1.2.5电磁感应变压器电机伺服无级调压控制优点：输出正弦波，电压连续可调，适应所有灯光负载。缺点：体积大且笨重，效率低，噪音大，输出电压波形畸变大，不便于三相独立调节，无法适应三相严重不平衡负载，有机械部件，寿命短。1.2.6串联电感降压控制优点：简单，成本低，可靠。缺点：体积大且笨重，只能根据固定负载设计，无法采用现代控制技术控制。1.3智能照明控制系统的优点（1）、智能照明系统可以使照明工作在全自动状态，系统将按先设定的若干 基本状态进行工作，这些状态会按预先设定的时间相互自动地切换。（2）、智能照明为人们提供健
7、康、舒适环境的光照环境同时，也提高了工作 效率。（3）、延长灯具寿命而且有可观的节能效果。智能照明控制系统使用了先进 的电力电子技术，能对大多数灯具（包括白炽灯、日光灯，配以特殊镇流器的钠 灯、水银灯、霓虹灯等）进行软启动后的智能调光。除此之外，智能照明的管理 系统采用设置照明工作状态等方式，通过智能化管理实现节能。（4）、提高管理水平，减少维护费用。智能照明控制系统将普通照明人为的 开与关转换成了智能化管理。1.4毕业设计任务及要求通过互联网、图书馆我们查阅了大量的相关资料，并和王全州、裴东老师对 资料分类、整理。确定了一下论点。1）、影响电光源寿命的一个重要因素是，启动和运行时电流和电压对
8、光源的 冲击。为了有效的降低电流冲击和提高灯的寿命，我们的任务很明确，那就是要 求智能控制系统对灯具有软起动功能。2）、能节能控制。设计要求按当地所需“时间一照度”的关系进行灯光照度 调节，在满足照度要求的同时，最大限度的节能。3）、智能化的监测、管理，有人性化的管理软件设计，目标：只追求照明控制，很容易实现，但不降低照度，不可能节能控制。能按人的 需要智能化管理灯具，保障最舒适的照度，保障社会治安，保障道路交通安全的 同时，极大限度地节约能源，才是我们这次毕业设计追求的最高目标。2系统简介2. 1节能原理提倡照明节能控制，不等于降低对视觉作业的要求和降低照明质量。照明节 能的基本原则应是保证
9、不降低工作场所的视觉要求，在保证照度标准和照明质量 的前提下，力求减少照明系统中的能量损失，最有效地利用电能。根据专家研究的结果，电压与灯源的功率关系为：P = ()! 6 X P NV N如当电源180V时，100W的荧光灯所消耗的实际功率：P =)16 X PN =(18 )16 x 100 = 72 .537 WV/220灯泡的使用寿命与电压的关系如下：H =()12 x H nV按上例，假如100W灯泡额定使用寿命为3000小时，则其实际使用寿命为：H = (X H N = (22 )1.2 X 3000= 3816 .818 hV180p -灯源实际消耗的功率(w)Pn 灯源额定电压
10、时消耗的功率(W)V -灯源实际运行电压(V)VN -灯源额定电压(V)H 灯源实际使用寿命(h)Hn -灯源额定使用寿命(h)由此可见，降压节电加上智能控制是一种切实可行的方法，不仅节约电能，而且延长了灯泡的使用寿命，达到了双重意义上的节能。2.2系统实现的功能根据HID光源的特性，在起动时需要瞬时高压才能发光，起动后仅需要较低 的电压就可以维持。智能照明系统便是利用灯具的这个特性，在电网上电初始阶段， 以0-220V逐级升压输出实现软起动，等灯运行稳定后再降到200V、190V或180V低电压输出。智能照明系统的工作模式为：控制器根据参数一开始软起动工作后，首先逐级 升压在预设的预热时间段
11、内运行；预热时间过后，控制器的输出电压下降，直至 输出电压降至预设的节电水平，并保持这一水平稳定运行；当设定参数值改变, 输出电压将改变为新的节电水平电压输出。晚间进入待机状态后，若传感器检测 到有人时控制器将实现软起动，然后满电压延时1分钟后又进入待机状态直到天 亮时关机。智能照明系统是一种智能产品，使用者可以根据具体情况选择适合于自己的负 载功率，把照明控制方案设定到控制器里。采用无级调压模块，实现了对灯具预 热与软起动功能，克服了目前路灯由于起动电流过大及起动时间过短造成浪费能 源、损害灯具寿命的缺点。2. 3系统组成该系统终端由中央控制器，区域节点组成，各个区域节点由主控控制工作。智能
12、照明系统以89C51单片机为控制核心，单片机把设定时段内电压的数据 发送给D/A转换器去控制智能调压模块从而达到输出电压可调，最终达到软启动 和亮度可调的目的，晚间根据当地情况（人特别少）进入待机状态同时配合红外 传感器实现照明设备的智能控制。当传感器监测到附近有人员或车辆时，传感器 向控制器发送信号，控制器接收到传感器的信号后点亮此灯并保持照明一段时间， 实现照明控制的智能化。系统组成框图如图1所示：图1系统组成图示2.4系统的工作原理(1) 控制器中存储着该照明设备的亮度参数，实现软起动后根据时间段来降压 控制，实现亮度可调的目的。(2) 晚间根据该区域人员活动情况来设定待机自动检测时间，
13、区域节点利用 与之相连的传感器监测车辆、人员的情况，当有车辆、人员通过时，控制器软起 动该区域节点的照明回路，延时后待机直到强制关灯。(3) 该控制器根据管理员设定照度时间段参数工作，并通过数码管显示当前时 间。3系统设计方案3. 1设计要求3. 1. 1设计任务根据我们的前期的研究结论，要求设计并制作一台能智能调压的照明控制器。 示意图如图2所示。图2设计任务3. 1. 2技术要求调压模块的电压输出0220V可调，输出电流0-100A可选。传感器监测范围10-15Mo3. 2总体思路3. 2. 1设计思路本着模块化的设计思路，整个电路由电源电路，红外传感电路，单片机控 制电路及区域控制电路等
14、部分组成。电源由市电供电输出12V, 5V功率为20 瓦，红外传感电路对人或车辆进行检测，有人活动时输出相应的电平信号到 89C51产生中断。必要时可加一个光控模块，以增强电路的智能性。3. 2. 2总体方框图总体方框图如图3所示。图3 控制器总体框图根据要求，本系统采用如图3所示的设计方案。3. 3方案论证与比较3. 3. 1主控模块方案一：基于8051单片机的主控单元采用8051系列单片机为控制核心，外接D/A电路，键盘，7段数码管等外设,8051MCU处理各种外设的输入，组织各外设的协调工作。管理员把预定数据送入 CPU, CPU读取数据送入内部寄存器，等待处理。当CPU在预设的时段内检
15、测到传 感器信号时控制器工作在设定状态，电压参数送入D/A,控制调压模块实现软起 动。此种方案实现电路简单，89C51内部资源足够，软件设计简单。方案二：基于PC机的主控单元利用单片机组织各电路的输入，实现与PC的通信，可传递各种数据给PC,用PC机实现各数据的运算操作，并显示在显示器上，以PC作为人机界面。这 种方案外部电路复杂，适合大型的城市照明系统，编程量大。作为小的系统控制 器，不便使用PC。通过比较本设计采用方案一。3. 3. 2调压模块选用友邦自动化应用研究所的智能调压模块，此模块采用输入、输出光电隔 离，输入电压0-5V或电流牛20mA调节输出端负载电压0-220V线性变化，具有 输入端阻抗高，大功率输出的特点。十分方便地实现了对输出端负载电压功率的 无级调节。3. 3. 3传感器模块方案一：HB100微波移动传感器利用微波设备对移动物体（含人）发射和反射频差的多谱勒效应,即可探测出人 的活动情况。方案二：热释传感器传感器包括：截止波长为7-lOu m的滤光晶片，与人体辐射红外中心线波长 9-lOu m相对应，起带通滤波器的作用，从而把人体和其它物体区分开。热释 电陶瓷材料，将透过滤光晶片的红外辐射能量的变化转换成电信号，即热电转换。 场效应管匹配器，起阻抗变换作用，使得输入阻抗高而输出阻
