教室日光灯控制系统设计.docx

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教室日光灯控制系统设计

传感器应用课题

题目教室日光灯控制系统设计

专业电气控制与自动化

班级电气工程与自动化2010级2班

姓名/学号

2012年11月24日

教室日光灯控制系统设计

摘要：

常言道“眼睛是心灵的窗户”,而灯则是指引心灵的方向标。

在生活中，我们无时无刻不在地使用着灯,当我们在校园的时候我们需要来到教室里学习,然而当大家离开教室时有许多教室的灯依然亮着,这样就会造成大量资源浪费,因此我们设计一种既不浪费国家电力又很方便实用的照明灯系统是很有实用价值意义的一件事。

关键词：

传感器；PLC;延时电路

1课题研究的目

（1）锻炼学生自学能力和灵活运用所学知识的能力,写作能力和口头表达能力

（2）锻炼学生团队协作精神

2课题设计的原理

当教室里有人时，日光灯就亮，当无人的时候，经过几分钟，灯熄灭。

在白天光线很亮的情况下，即使教室中有人，日光灯也不亮。

3设计思路

（1）.该设计需要两种传感器，热感应传感器与光线传感器。

（2）.“当无人的时候，经过几分钟，灯熄灭。

”由此可知在电路中热感应传感器应该串联一个时间继电器。

（3）.“在白天光线很亮的情况下，即使教室中有人，日光灯也不亮。

”由此可知光线传感器应该实现电路的关断功能。

（4）.要使该电路正常工作，那么光线传感器不应放置在教室内部，因为该电路控制的日光灯本身便会影响光感应传感器，使电路失效。

（5）.电路有多种控制方法，我们选择PLC作为电路的控制部分，因为PLC.编程简单而且可以用PLC内部的定时器来代替时间继电器，节省成本、简化电路。

4资料查找

（1）热释电传感器

　　热释电传感器又称人体红外传感器，被广泛应用于防盗报警、来客告知及非接触开关等红外领域。

　　压电陶瓷类电介质在电极化后能保持极化状态，称为自发极化。

自发极化随温度升高而减小，在居里点温度降为零。

因此，当这种材料受到红外辐射而温度升高时，表面电荷将减少，相当于释放了一部分电荷，故称为热释电。

将释放的电荷经放大器可转换为电压输出。

这就是热释电传感器的工作原理。

当辐射继续作用于热释电元件，使其表面电荷达到平衡时，便不再释放电荷。

因此，热释电传感器不能探测恒定的红外辐射。

（2）光线传感器

2002年的诺基亚7650（7650还带有扬声器感应）开始，便有了光线传感器，它的好处就是可以根据手机所处环境的光线来调节手机屏幕的亮度和键盘灯。

比

如在光线充足的地方，屏幕很亮，键盘灯就会关闭；相反，在暗处，键盘灯就会亮，屏幕较暗（与屏幕亮度的设置也有关系），这样既保护了眼睛又节省了能量，一举两得。

而且光线传感器在进入睡眠模式的时候，会发出蓝色周期性闪动的光，甚是好看。

　　光线传感器位于前摄像头旁边的一个小点，如果在光线充足的情况下（室外或者是灯光充足的室内），大概在2-3秒之后，键盘灯会自动熄灭，即使你再操作机子，键盘灯也不会亮,除非到了光线比较暗的地方，又一个键盘灯才会自动的亮起来；如果在光线充足的情况下，你试着用手将光线感应器遮上，2-3秒之后，键盘灯会自动亮起来，这个就是光线感应器的作用，是起到一个节电的功能，毕竟这个机子很费电。

　　怎样检测光线感应器是否有问题,下面来看看你的光线传感器是不是正常工作的：

　　在待机状态下，将手机的副摄像头左边的光线传感器置于台灯或强光下，按“挂断”键，手机键盘灯应熄灭，LCD背景灯应常亮。

　　在待机状态下，将手机的副摄像头左边的光线传感器用手指遮住，按“挂断”键，手机键盘灯应开启，LCD背景灯应稍暗。

　　如果你的键盘灯不能像上述一样变化，而是在任何情况下都是常亮的话，那你的机器就是有问题的了。

（3）时间继电器原理

在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器,它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。

它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。

　　时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。

　　空气阻尼型时间继电器的延时范围大（有0.4～60s和0.4～180s两种），它结构简单,但准确度较低。

当线圈通电（电压规格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）时，衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移，使瞬时动作触点接通或断开。

但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落，因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮膜，当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时，橡皮膜随之向下凹,上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。

经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便通过杠杆推动延时触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。

从线圈通电到延时触点完成动作，这段时间就是继电器的延时时间。

延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大小来改变。

吸引线圈断电后，继电器依靠恢复弹簧的作用而复原。

空气经出气孔被迅速排出。

[2]

（4）接触器

接触器（Contactor）狭义上是指能频繁关合、承载和开断正常电流及规定的过载电流的开断和关合装置。

它应用于电力、配电与用电。

接触器广义上是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。

接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。

（5）PLC

可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

PLC的优点

　1.使用方便，编程简单

　　采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。

另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

　2.功能强，性能价格比高

　　一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。

它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。

PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

　3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

　　PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。

　　硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。

　4.可靠性高，抗干扰能力强

　　传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

　　PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

　5.系统的设计、安装、调试工作量少

　PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

　　PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。

这种编程方法很有规律，很容易掌握。

对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。

　　PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。

完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。

　6.维修工作量小，维修方便

　　PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。

PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故

5所需元件

热释电传感器（SEBBASB0072）

光线传感器（SENBAD57系列）

时间继电器（SXJ48-V）

接触器（ZAJ9）

PLC（西门子S7-200CPU224）

6项目电路设计

整个电路分两部分：

控制电路与工作电路

（1）控制电路：

以PLC为控制中心，热释电传感器、光线传感器作为PLC的两个输入端，PLC的输出端接控制日光灯开关的线圈。

（2）工作电路：

包括接触器与日光灯

（3）系统原理框图

（4）PLC程序设计

PLC梯形图如下：

如图所示，热释电传感器与光线传感器分别接PLC的X0、X1两输入端，线圈Y0接接触器。

1当光线传感器得到感应时，即白天光线充足时，X1的常闭触点断开，线圈不得电，电路无法工作。

当光线传感器X1无信号或弱信号输出时，即夜晚光线不足时，电路才能正常工作。

2当有人进入教室，热释电传感器得到感应，此时X0的常开触点闭合、常闭触点断开，线圈Y0得电并自锁，此时日光灯亮。

当所有人离开教室，热释电传感器停止感应，电路启动断电延时程序，经180秒（3分钟）后，线圈断电，日光灯灭。

3传感器位置图示

光线传感器位置a：

此位置位于上方墙角，受到日光灯光照的干扰较小，适用于抗干扰力强，精度高，价格较昂贵的光线传感器。

光线传感器位置b：

此位置位于窗台，基本上完全不受室内日光灯光线的干扰，但是传感器本身却易受到雨水等因素的影响，适用于抗干扰能力弱，精度较低，价格便宜的光线传感器。

7总结

本次课程设计选题是由我们小组3人讨论决定的，完成设计我们小组用时2个星期。

在课题可行性的方面上我们觉得这个课题很适合我们现阶段的能力，在我们确定课题后，随即我们就分工任务。

各自负责自己的部分，然后在一起讨论确定最佳的设计。

在编写课题设计时，我们一致认为最先确定设计的主要模块。

开始认为在这个主要模块设计时不会花费很多的时间，之后才知道原来简单的事情自己动手也是这么的复杂。

在很多细节的地方我们没有注意到。

随后我们参考了很多的文献，也在网上收集了资料。

不断修改，不断完善了我的课程设计。

在元器件的选择上，虽然没有要求做出实物，但是我们依然考虑到设计的经济适用，我们在网上收集了设计需要的元件。

这次课题设计培养了我们运用知识，分析问题，发现问题的能力。

锻炼我们团队协作精神,通过这次课题设计我们也得到了深刻的感受。

参考文献：

[1]郁有文常建程继红.传感器原理及工程应用第三版;西安电子科技大学出版社,2008

[2]宋伯生.PLC编程理论第二版;机械工业出版社,2009

[3]李建兴.可编程序控制器应用技术；机械工业出版社，2004