泰 山 学 院本科毕业论文基于PLC的教室照明自控系统设计所 在 学 院 机械与工程学院 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 申请学士学位所属学科 工 学 年 级 二一一级（3+2） 学生姓名、学号 丁晓忠 2011170270 指导教师姓名、职称 陈宏圣 副教授 完 成 日 期 二一三年五月三十日 摘要摘 要本文的教室照明自动控制系统是利用红外感应接收器来准确感知每位同学在教室的位置，将采集的信号通过传输电路传输给PLC控制系统。经过控制系统的分析处理以后，将控制信号输出给执行机构中的接触器。通过控制接触器的接通与断开来控制教室中的每一盏照明灯的接通与断开。从而使整个教室的照明实现智能控制。避免了因不能及时关闭开关导致电能的大量浪费，达到节能的目的。充分体现了当代的节能减排的创新理念。该系统具有控制方便，可靠性高，专用性强，安全，节能等优点，可以满足各类大、中专院校教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。关键词：红外感应，智能控制，PLC，节能I泰山学院本科毕业设计ABSTRACTThis classroom lighting control system is the use of infrared sensors to accurately perceive the receiver each student in the classroom location, the collected signals transmitted through the transmission circuit to the PLC control system. After the analysis of the control system after treatment, the control signal is output to the actuator of the contactor. By controlling the contactor turned on and off to control the classroom each lamp lights turned on and off. So that the entire classroom lighting intelligent control. Avoided because they can not turn off switch causes wasting a lot of energy to achieve energy-saving purposes. Fully embodies the contemporary energy saving innovative ideas. The system is easy to control, high reliability, dedicated and strong, safety, energy conservation, etc., to meet the various large, colleges classroom lighting control requirements, to a large extent to save energy.Keywords: infrared sensors, intelligent control, PLC, energy-saving1目录目录1引言11.1教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题11.2研究的内容及意义11.3本课题需要解决的问题22教室照明控制器简介32.1系统控制器简介32.2控制方案分析33照明系统控制模块的硬件设计43.1控制按钮43.2人体红外传感器43.2.1人体红外传感器简介43.2.2主动红外传感器工作原理53.2.3主动人体红外传感器功能特点：53.2.4主动红外探测器的安装使用要点：63.3光敏传感器73.3.1光敏电阻工作原理83.3.2光敏电阻的主要功用83.4S7-200PLC概况93.4.1 PLC的定义93.4.2 S7-200PLC的特点103.4.3 PLC的基本组成及各部分作用113.4.4 S7-200PLC的工作原理134照明系统控制模块的程序设计155照明系统调试运行及问题分析225.1PLC系统调试方法及步骤225.2出现的主要问题及分析解决23总结24参考文献25致谢26附录27IV泰山学院本科毕业论文1引言1.1教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题随着国民经济的快速发展和社会进步，高等教育在全社会愈加被关注和重视，高校作为受教育者主要场合，数量在不断地增加规模也在不断扩大。为了使师生有更加舒适的教学和学习环境，这就需要我们在力所能及的范围内对教室的面积、设施和照度等进行一系列的改进1。然而，由于现在大学开放式的管理风格，节能意识十分淡薄，在教室内无人或人数很少的情况下，开启了教室中绝大部分的照明灯。夜晚离开教室不关灯导致长明灯现象比比皆是。这种有形和无形的浪费，大大增加了电力支出的负担。以泰山学院为例，经初步统计我校教照明灯数量约6000余盏，以每天仅亮灯8小时来计算，一年中扣除假期后，教室灯的耗电量约为50万度，学校在教室用电的经费上就得支出约为30万元人民币。而以每天浪费2小时用电来计算，一年大约要浪费13万度的电量，占教室照明用电经费的四分之一。依此计算，放眼我省，乃至全国，随着高校不断扩招，教室不断扩大，如果有更多的电力设备，虽然提高了课堂管理设备，然而用电负荷可想而知，更多的能源浪费不可估量2-4。出于这些原因，提高教室电能利用率变得重要，学校节能措施也变得十分必要，因此PLC课堂教学为主的自动照明控制系统的设计无疑将成为研究的重要课题之一。1.2研究的内容及意义 此系统的工作原理是将采集的信号通过传输电路传输给PLC控制系统。经过控制系统的分析处理以后，将控制信号输出给执行机构中的接触器。通过控制接触器的接通与断开来控制教室中的每一盏照明灯的接通与断开。该系统实现了对教室里每一盏照明灯的单一智能控制 ，从而实现了对教室里每一个地点的照明控制。这样能更加合理的利用电能。对教室照明系统实现智能控制后，当同学进入教室后照明灯会自动开启。同学不会再因为晚上看不见照明开关而烦恼，同时当同学离开教室的时候也不会因为忘记关灯而发生教室一整晚上都亮着灯的事件。从而方便了同学们进入教室，同时此设计增加了控制的安全性，节约了电能。1.3本课题需要解决的问题本课题通过各种试验来研究教室灯光的各种控制，主要解决如下关键问题:1.环境光感采集问题2.红外传感器采集以及辐射区域的问题3.传感器与教室照明灯的合理安装问题4.控制系统总图以及程序的设定2教室照明控制器简介2.1系统控制器简介教室照明控制器可实现教室灯光智能控制。其输入参数主要是人体发出的红外信号和环境光信号等，当周围环境光的强度达到一定值时灯不亮，当环境光强度在指定值以下且有人存在时开灯，经试验证明用这种方式来对教室灯进行智能控制可以实现上述目标。教室照明控制器尽可能安装在教室内避开照明灯直射的位置，且红外传感器安置时应使人体活动方向与传感器中两个热释电元连线方向互相垂直，这样可以更好地采集信号，使控制变得更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感，达到预期的控制结果5。2.2控制方案分析 控制器以自然光强度和人体存在作为主要的输入参数。来实现自动与手动控制相兼容。当自然光线较强时，无论人是否存在，都不开灯;当自然环境光较弱时，有人存在且停留时间超过一定值时，控制器自动打开照明灯，直到人离开后再延时一定时间后关灯，而针对需要开启照明灯的数目，本课题提出了一种结合了人体红外感应传感器探测器和人数探测模型的综合判断的方法。本文所研究的教室照明控制器主要由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个控制系统执行的基础，它为软件程序运行提供了平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制教室照明的效果。3照明系统控制模块的硬件设计 该控制系统是以PLC主控模块为核心的，由控制按钮、人体红外感应传感器、PLC控制器、光敏传感器、投影仪开启信号等组成。控制框图如下：控制按钮红外传感器光敏传感器PLC控制器及IO扩展模块照明灯1照明灯2照明灯3照明灯n投影仪信号图1 系统控制图3.1控制按钮控制按钮是一种结构简单、应用广泛的主令电器。主要功用：白天当我们在教室需要使用投影仪时，我们拉上窗帘时，教室内的光线会立刻变暗，达到照明灯自动开启的亮度，该按钮主要用于控制此时此刻照明灯的开启与关闭。3.2人体红外传感器3.2.1人体红外传感器简介人体红外传感器又称红外传感器，它是一种利用探测生物体发射出来的红外线，而输出电信号的传感器。在上世纪四十年代，曾经有人提出利用热释电效应探测红外辐射，但没有引起各界的高度重视，直到上世纪六七十年代，随着激光，红外技术的迅速发展，它们也可以有效的促进热释电效应，热释电晶体的研发和应用。热释电晶体已被广泛用于红外光谱仪等设备，红外遥感和热辐射探测器，它可以作为一个理想的红外激光探测器。它作为应用目标，正被广泛地应用到各种自动化控制装置。除了在我们熟知的居民楼防盗报警以及教室楼道自动开关等场合上得到应用外，在更多的领域当中应用前景亦被看好。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机等。电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的机构。开启监视器或自动门铃上等应用6-7。目前，红外传感器可以分为主动红外传感器和被动红外传感器。此设计我们选用主动红外传感器。3.2.2主动红外传感器工作原理主动红外传感器的发射机发出一束经调制的红外光束，被红外接收机接收，从而形成一条红外光束组成的警戒线。当被探测目标侵入该警戒线时，红外光束被部分或全部遮挡，此时接收机接收的信号就会发生变化，它经放大与信号处理后，即控制发出报警信号。 主动红外的发射光源，通常用红外发光二极管，其特点是体积小、重量轻、寿命长、功耗小，交直流供电都能工作，晶体管、集成电路都能直接驱动。还有一些半导体激光器，如砷鎵铝双异质结半导体激光器等，也工作在红外波段，因而也是一种主动红外传感器。主动红外传感器的光源通常采用脉冲调制的脉冲波形，其发射机采用自激多谐振荡器作为调制电源，使它产生很高占空比的脉冲波形，去调制红外二极管发光，以发射出红外脉冲调制光谱。这样，就降低了电源的功耗，提高了灵敏度，和系统抗杂散光的干扰能力。 对光束遮挡型的探测器，要适当选取有效的报警最短遮光时间。因为遮光时间选得太短，会引起不必要的噪声干扰，如小鸟飞过、小动物穿过都会引起报警；而遮光时间选得太长，又可能导致漏报。因此，通常以10m/s的速度通过镜头的遮光时间，来定最短遮光时间。如人的最小宽度为20cm，则最短遮断时间为20