智能照明控制系统研究.pdf

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垒I嘲嘲浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

除了文中特别加以标注和致谢的地方外，沦文中不包含其他人t三经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

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7签字日期：

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签字隰加l多年多爿母致谢本文是在我的导师汪凯巍副教授的悉心关怀和精心指导下完成的。

汪老师深厚的理论功底，丰富的科研工作经验，敏锐的学术洞察力，严谨的治学态度和积极的工作热情都给我留下了深刻的印象。

在两年多的硕士学习期间，汪老师不仅在科研学术上给予我深深的教诲和精心的指导，在生活上也同样给予了我极大的关怀和无私的帮助。

在此向我的导师表示崇高的敬意和衷心的感谢。

衷心地感谢白剑教授的指导和关怀。

白剑教授在我课题的选择和研究工作以及论文撰写方面都给与了我悉心的指导和莫大的帮助。

白剑教授渊博的知识，严谨的治学态度和平易近人的高贵人格给我留下了难以忘怀的印象。

感谢侯西云老师在项目中对我的帮助和教导。

感谢实验室的黄治，赵双双，周向东，张金春，于红雷，刘凡凡，张娟，金晓荣，邓万涛，张启，姚远，王涌鹏，罗佳等等，感谢大家在学习和生活中对我的帮助。

感谢我的家人，你们的无私的爱是我人生最大的动力。

感谢曾经帮助过我的所有人，谢谢你们在我人生重要时刻出现过，你们的帮助和关怀对我很重要。

感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授!

祝你们工作生活愉快!

摘要智能照明控制技术顺应了计算机技术、通信技术、控制技术的发展潮流，具有节约能源，提高照明质量，延长光源寿命等优点，将会很快取代传统的照明控制。

论文介绍了智能照明系统的发展过程并阐述了应用智能照明的意义，分析了现有的几种代表性的智能照明系统。

针对现有照明控制系统智能化程度低、兼容性差和自动化程度低的缺点，从物理层、数据链路层和应用层的角度进行全面分析。

阐述了设计智能家居照明控制系统模型，给出其逻辑结构、体系结构以及软硬件的实现方法，设计出方便可用的智能家居照明控制系统。

以家居内的光照度为控制对象进行优化控制，使被控对象（灯具等）按照不同的灯光调控模式实现不同的光照模式。

最后兼顾系统内部及不同系统之间的交互联动控制，设计了一套具有开放性的智能照明综合管理系统。

这一智能照明控制系统能够根据环境、人数等因素的变化切换照明模式；通过控制器和总线适配器分离的设计适应不同的总线协议，从而实现了控制器的通用化。

基于ATMEL89C52单片机的智能照明控制系统，完成了通过单片机与串口进行通信的软硬件开发，PC机与单片机连接的软硬件开发，编写触摸屏上的通信界面，实现了indiv、pattern、group、dimmer等不同场景下的照明智能控制目的。

论文还研究了一种智能化节能型的照明控制系统，包括光照度控制装置、红外线人体感应装置等部分。

通过传感器检测环境光照度的变化分组调节灯具的开闭，维持合理的照度水平，红外线人体感应装置来实现区域内电源的智能控制，避免了人为忘记关灯等浪费现象。

通过对系统的综合调试及运行，在不同环境中，能满足人们在生活环境及安全方面的需求，并能适应复杂的环境变化，达到了预期的设计目标。

关键词智能照明控制系统总线技术灯光调控模式识别光照度光电检测IIABSTRACTIntelligentlightingcontroltechnologyconformstothedevelopmenttrendsofcomputertechnology,communicationstechnology,andcontroltechnology,whichsavesenergy,improveslightingquality,extendstheadvantagesofthelightsourcelife，andthuswillsoonreplacethetraditionallightingcontr01Thepaperdescribesthedevelopmentprocessofintelligentlightingsystem，explainsthesignificanceoftheapplicationofintelligentlightingandtakesanalysisofseveralrepresentativeintelligentlightingsystemsItconductsacomprehensiveanalysisfromthepointofviewofthephysicallayer,datalinklayerandapplicationlayerbecauseoftheLowdegreeofintelligencefortheexistinglightingcontrolsystem，theshortcomingsofpoorcompatibilityandlowdegreeofautomationItdesignsasmartlightingcontrolsystemmodel，givingitslogicalstructure，architecture，aswellashardwareandsoftwareimplementationstomakeaconvenientandavailablesmarthomelightingcontrolsystemdesignOptimizedcontrolregulatestheobjectofilluminationfortheaccusedobjects（1amps，etc）inaccordancewiththedifferentlighting。

controlmodestoachievedifferentlightingmodesBesides，takingintoaccountoftheinteractionsandlinkagecontrolwithinthesystemandbetweendifferentsystems，Itdesignsasetofopenintelligentlightingmanagementsystem，whichCanswitchbasingonfactorssuchastheilluminanceoftheenvironmentandmakethecontrolleruniversalthroughthedesignofmakingthecontrollerandbusadapterseparatedtodifferentbusprotoc01IntelligentlightingcontrolsystembasedonATMEL89C52MCUCanregulatedifferentlightingmodelsofindiv,pattem，group，dimmeratdifferentenvironmentsformultifariouscontrolpurposesduetotheworkofthehardwareandsoftwaredevelopmentofmicrocontrollerandserialcommunication，thehardwareandsoftwaredevelopmentofcommunicationbetweenPCmachineandmicrocontroller,andprogrammingforthecommunicationinterfaceonthePCThepaperalsostudiesanintelligentenergy-savinglightingcontrolsystem，IIIincludingthepartoftheilluminationcontroldevice，andinfraredhumanbodysensordevicesItCanmaintainareasonablelevelofilluminationbyblockadjustmentofopeningorclosingthelampthroughthesensorSdetectingchangesinambientilluminationInfraredsensordeviceisutilizedtorealizetheintelligentcontrolofthepowerintheregiontoavoidunnecessarylightingandotherenergywasteSystemdebuggingandrunningindifferentenvironmentsshowitselfmeettheneedsofthepeopleinthelivingenvironmentandsafety,anditCanbeadaptedtothecomplexchangesintheenvironment，thusachievingtheexpecteddesigngoalsKeywords：

intelligentlightingcontrolsystem；bustechnology；lightingregulation；patternrecognition；illumination；photoelectricdetectionIV目录致射I摘要。

IIABStACTIII目录V第一章绪论111课题研究的目的与意义112智能照明控制系统的现状313研究的目标与内容6第二章智能照明控制系统721传统照明控制的策略722智能照明系统控制策略823单片机最小系统设计原理一1024主控模块结构原理1625总线收发原理1826本章小结。

22第三章光照度控制研究2331光照度的含义及其检测。

23311光照度的含义23312光照度值的标定2332红外人体感应检测2433光照度控制模块2634红外人体感应模块2735程序设计。

3036本章小结31第四章智能照明控制系统的软件设计。

3241单片机开发应用程序的编写与调试3242软件设计原理354-3静态扫描程序3644动态扫描程序。

3745数据处理模块3846程序调试。

4047触摸屏控制界面设计。

4248本章小结50第五章结论与展望5151全文总结5152展望52参考文献53V浙江大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论11课题研究的目的与意义本论文所研究的课题来源于校企合作项目一杭州市菲科尔科技有限公司的“智能照明控制系统的研究开发。

随着全世界范围内能源的日益短缺及人们的生活水平的不断提高，人们对于室内照明系统的节能、舒适度的追求也越来越强烈，传统的照明系统很难再满足人们的需求。

人们希望新型的室内照明控制系统安装设计要简单且美观，并且可以能根据室内场景的变化，自动地设置相应的照明模式。

比如，当室内人员数量不断增加，或者室内光线变暗之时，系统自动地增强室内照明亮度；而当人员集中于室内的某一位置时，系统自动地增强相应位置照明的亮度，并同时减弱那些远离该目标位置的照明灯的亮度；当人们在看电视时，系统自动关闭掉相应的照明灯具或是减弱相应的照明灯的亮度等。

人们所期望的室内照明系统要能够自动根据室内的场景的变化，自动切换得到相应的照明模式。

这样，不仅可以满足人们对于室内照明的舒适度的要求，还能实现节能照明的目标。

例如，当人员全部都不在房间里时，系统会自动切换，关闭掉室内所有的照明灯，而当有人进入房间时，可以再次启用相应的照明的模式。

这样就成功地避免由于人不在房间时而忘记闭灯所造成的“长明灯”浪费资源的现象。

总之，新设计的室内照明控制系统它应可以实现在最少电能消耗的情况下，满足人们对于生活、工作的需求。

而现有传统的家居室内照明控制系统，多采用手动闭合或断开开关的方式进行简单的控制，控制器的位置分散，就不能实现集中控制，除此之外，现在传统的家居照明控制系统，对于光源的利用模式也很单一，系统不能够根据室内不同的照度而灵活地相应做出调控，并且也不能根据照明模式的不同的要求做出不同的相应的灵活调控。

单一的照明方式，既造成了资源的浪费，又不可以满足室内环境变化对照度自动调节，从而达到保持室内的理想照度的需求。

正是因为有这些的原因，现在传统的室内照明控制方式，已经远远落后现代智能家居对于照明的控制需求了。

在上面叙述的背景下，本文中应用浙江大学硕士学位论文第一章绪论现代控制先进技术，成功设计出了一种新型的智能照明控制系统，它能够有效地弥补现存传统照明控制系统所普遍存在的缺陷，从而满足了人们新的照明需求。

一般而言，传统室内照明的控制系统的状况很简单。

传统的室内照明控制方式如图11所示。

对于传统的照明控制系统而言，它在线路系统上多采用了单控电路或者是双控电路的控制方式。

在单控电路的系统中，控制开关会直接地接在负载回路之中，它也只能是实现简单的开或关的功能；而对于双控电路的控制系统，它可以应用两个单刀双置的开关来实现对系统的双控，但是因为开关之间连接照明线路的电缆，所以在实现多点综合控制时，随着开关之间的铺设的电缆连线增多，线路的安装也变得非常之复杂，工程的施工难度极大。

迅猛发展的现代计算机技术以及无线通信技术，为升级换代传统的家居照明控制系统，带来了技术上的有利的保证。

我们可以通过研究智能家居照明控制系统，成功地解决传统的照明线路铺陈繁琐，控制器分散无法集中控制，室内的照度不能实现灵活的调节，资源浪费严重等等诸多现存的问题。

kl单刀效毋开关k2双刀双彝开关k3单刀双掰开关图11传统照明控制线路综上，传统的照明控制系统，多采用手动开关的方式所以，管理方式较落后，必须逐个渐次地开或关，并且系统的控制方式单一：

只有开和关两种控制状态轮换存在。

除了上述缺点，正由于传统的照明控制系统它是采用直接打开或者是直接关关的单一方式，所以，它不能实现控制电网的冲击电压或者电网的浪涌电压，这样，就难免使灯丝受到热冲击，大大缩短了灯具的有效使用寿命。

由于系统受到了线路铺设和控制方式等的限制，传统的室内照明控制系统，主要存在有管理方式落后，布线复杂难操作，照明效果舒适性不好、能源浪费严重，以及灯具寿命缩短等等缺陷，这就很难能够满足当代人们对于舒适性和节能的双重需求。

所以，随着现代先进科技的不断发展与应用，很有必要设计出来一种2浙江大学硕士学位论文第一章绪论更新的对于室内照明进行控制的系统，它应该能够来克服现存的传统照明控制中的技术缺陷。

该项目研究开发成功之后，新的智能照明控制系统必将实现为现存传统的室内照明控制系统带来全新的技术上的质变，它必将具备有很大的市场应用的前景和进一步开发升级的潜力。

12智能照明控制系统的现状智能化照明控制技术它是随着计算机技术的发展，以及无线通讯技术，现代传感器技术，网络技术与自动控制技术的发展而发展起来的一种综合性现代应用技术【l】。

智能照明控制技术的应用由来已久，它可以追溯到20世纪的90年代，在当时出现的智能化的照明控制系统大多都是基于现场总线（Fieldbus）技术，利用这一技术，控制系统可以使照明控制延伸至系统的末端设备【11。

当今的智能照明控制系统多是采用一对儿双绞线作为通信介质，即有线智能照明控制系统。

在有线智能照明控制系统里，双绞线组成的控制网络连接起了系统所有的控制单元，控制信号从系统控制单元发出，经由双绞线在整个控制系统网络里传播，系统的各个控制单元从双绞线上汲取控制信号，根据控制系统的通信协议，按照规定执行命令动作，完场网络智能控制。

这种有线智能网络控制系统具有强抗干扰能力，通信效果良好，系统稳定性高。

智能照明控制系统通常所采用的协议的形式，一般可以概括分为封闭式的协议和开放式的协议两种。

目前，封闭式的协议主要有Dynet协议和CBus协议两种；而开放式协议主要有家庭网络（HBS）和EDALI电力线载波（X一10）协议两种。

由于封闭式的协议它与现代技术的发展的方向不相符，所以，在研究以及开发智能照明控制系统时，在基本原则上应该是遵循某种开放式的协议。

而鉴于控制需求的多样性要求，应该按需选择相应的开放式的协议，以达到满足不同控制需求的目的。

开放式协议的X一10以及HBS协议因为是开放式的，并且布线简单或者无需布线，使它们具有了设计简单，使用灵活的特点，所以最受到欢迎，但两者相比较于其他协议的智能照明控制系统，它们的控制功能却并不就一定是最强的。

所以综上所述，可以得出这样的结论，现代的智能照明控制系统浙江大学硕士学位论文第一章绪论并不一定总是要求它们具有过于多么复杂、多么强大的控制的功能，相反的，需求的智能照明控制系统的发展方向是实用、灵活、简单、和方便建设。

当前，国内外常见到的几种照明控制系统有下面几种情况：

（1）Dynallte智能照明控制系统该控制系统主要是由开关模块、调光模块、液晶显示触摸、屏控制面板、智能传感器、时钟管理器、编程插日、手持式编程器和PC监控机等部件组成。

这种Dynallte控制系统采用的是DyNetN络连接，DyNetN络是一个分布式的智能化网络，它使用RS-485通讯协议。

这种控制系统的主要工作原理是：

控制模块由微处理器控制，系统中所有的控制部件均互连在DyNet匿络上，而网络上的每一个装置内的存贮器均单独存有操作所需的全部指令。

用户可以利用控制面板，通过按键选择一个预置场景，是一种最简单的控制方式。

每个调光器都可以预置96个场景。

除此之外，利用时钟控制器控制也是一种常见的照明控制方式。

另一常用设备是通用传感器，它由动静控测远红外跟踪、光度检测光电管和用于遥控的接收器组成【21。

（2）CBus智能照明控制系统CBus系统是由澳大利亚的奇胜电气公司在1994年开发的，这种CBus控制系统现已广泛用于很多国家和地区。

CBus系统是一个二线制的总线型式的智能控制系统，它主要用于对照明系统的控制。

除此之外，也可用于消防等系统中的联动控制。

在CBus系统中，系统所有的单元器件（除电源外）均内置了徼