基于LonWorks的教学楼智能照明的设计

徐木政（福建水利电力职业技术学院，福建永安，366000）



基于LonWorks的教学楼智能照明的设计

徐木政
（福建水利电力职业技术学院，福建永安，366000）

［摘要］本文通过认真分析教室内的光照，按照预设条件，设计出一种基于LonWorks技术的教学楼智能照明控制系统。系统能自动调节教室内的灯光的照度以达到理想的照明，在为师生提供良好教学环境的同时达到节能减排的目的。

［关键词］LonWorks；教学楼；智能照明

伴随着我国教育信息产业技术的不断发展，传统校园模式发生巨变，而智能化无疑是现代校园建设的发展方向。教室是孩子们最重要的学习、成长环境，然而，教室照明设备老化、使用不当等因素造成教室照明环境不舒适，既影响了教学效率，也是导致学生近视的主因之一。与此同时，学校内普遍存在“人走灯亮”等浪费能源的现象。因此在现代教学场所应用智能照明系统很有必要。

本文通过认真分析教室内不同环境、时间的光照，设置合理舒适的照度条件，设计出一种基于LonWorks技术的教学楼智能照明控制系统。

1　智能照明的原理

智能照明控制系统采用的是一个分布式、总线型的控制系统，系统中的各个可调光电子镇流器均有控制、存储单元，在系统中有独立的单元地址[1]。由于各种传感器和遥控接收设备、控制单元能与镇流装置相连接，因此系统布线就很大程度的减少。镇流装置将根据传感器状态改变或某个按键开启，按照预先配置的控制模式向总线发出控制指令。

LonWorks是用于开发监控网络系统的一个完整的技术平台，并具有现场总线技术的一切特点，支持不同的传输媒介进行通信，并遵守ISO/OSI的七层模型协议，具有从300b/s~1.25Mb/s的数据传输率，一个Lonworks网络上的节点数可达32000个，在楼宇自动化系统中具有突出的表现。

2　智能照明的硬件设计

2.1总体组成

智能照明控制器硬件如图1所示，包含了数据采集模块、执行器模块、处理器、总线接口、微处理器外围电路等组成。首先由数据采集模块采集教室内有人与否以及教室内的光照强度等信息，然后利用ARM S3C44B0X处理器反馈给执行器模块对灯的开关加以控制。ARMC44BOX是16/32位RISC处理器，具有高达66MHZ工作频率，具有各种通用接口，特别具有功能强大的以太网控制器，非常适用于在工业以太网系统中作为底层控制器使用。如果教室的光照强度比预设值高，控制电路开启灯光的开关；只有当教室有人，且教室光照强度比预设值低，灯被执行模块中的控制电路开启。当教室内的人离开后，灯将延迟后关闭。

图1　智能照明控制器硬件框图

2.2红外探测模块的设计

红外探测模块利用采集的教室内人员的位置和数量等信息，对灯光分区域实行控制。将控制范围分成若干个区，当检测到有人在某个区域时自动打开照明设备；如果检测到没有人，自动关闭。这样就能防止灯长时间开着从而浪费电能。

设计采用HN911L作为红外探测模块，该传感器工作较为稳定，能将人体特有的辐射信号分离出来单独分析处理，这是因为传感器具备了温度补偿功能。处理器S3C44B0X的PortA0脚与HN911L的1脚相连，即当HN911L探测到有人时，S3C44B0X的PortA0为“1”；当HN911L探测到没有人时，S3C44B0X的PortA0为“0”。HN911L的红外探测模块如图2所示。

图2　 HN911L的红外探测模块

2.3执行模块的设计

执行器模块的设计包含了调光控制单元的设计和开关控制单元的设计。

图3　开关控制器设计电路图

开关控制器设计电路如图3所示，处理器S3C44B0X的PE3口与控制端CON相连，当控制端CON为“0”时，由于三极管Q截止，此时高电平输出，所以导通继电器，开启灯Ds1[2]。当控制端CON为“1"时，由于三极管Q导通，此时低电平输出，所以阻断了继电器，关闭灯Ds1。另外与PE4口相连接的按键能够实现对继电器的手动控制。

对灯光的调控用到的是调光控制器，本设计中采用的调光控制器是型号为IR21592型。IR21592调光控制电路如图4所示。

图4　 IR21592调光控制电路图

在本设计中IR21592的DIM脚的信号由微处理器S3C44B0X的PE6脚提供的。首先一个PWM信号由S3C44B0X的PE6脚输出，经过R2和C2滤波后转换为有256个不同电平的模拟电压输入到控制器IR21592的DIM脚[3]。通过设置IR21592引脚5 “MAX”和引脚6“MIN”外部电阻值来控制灯的功率达到“最大”还是“最小”，达到调节光亮暗的目的。

3　系统软件的设计

首先程序开始时要对程序中用到的参数进行初始化需要做初始化寄存器，给定系统参数以及定义系统各变量的工作，还有要对常量以及各控制变量进行定义和赋值等。每个节点灯组照明的控制方式有手动和自动两种选择。

图5　照明控制主程序

系统处于自动模式时，首先利用红外线传感器采集数据，测量出室内的照度,再根据室内有人与否、人的活动情况和预先设定的照度值进行自动调节和控制。手动模式下，室内人员可以依据室内的实际光照环境对相应的开关进行控制。程序流程如图5所示。

4　 LonWorks网络监控

LonWorks网络结构中上位机节点与下位机节点的物理连接是通过LNS网络接口来实现的，将LNS DDE服务器以及集成工具Lon Maker在上位机上运行，监控界面的开发则采用西门子公司的组态软件——视窗控制中心（SIMATIC WinCC）。

图6　教学楼智能照明监控界面

本设计以教学楼智能照明为模型设计了监控界面，如图6所示。组要实现以下三种控制方式：

（1）自动模式1。当红外探测模块检测到教室内有人后启动控制程序，根据设定的时间和光线控制光线强度。

（2）自动模式2。根据设定值控制调光程序，当环境光线低于设定值调光程序打开，反之则关闭，环境的光线强度随灯光光线强度的变化而变化。

（3）手动模式。人为控制是否通电，光线强度则可以通过灯光控制滑块控制，范围为0- 500LX。

本文介绍了基于LonWorks的教学楼智能照明控制系统的设计。先从智能照明控制原理入手作出总体设计；接着针对教学楼照明的特点和要求，介绍红外探测模块和执行模块的设计；其次写出软件设计流程；最后是应用组态软件实现实时监控。系统能自动调节教室内的灯光的照度以达到理想的照明，在为师生提供良好教学环境的同时达到节能减排的目的。

[参考文献]

[1]朱惠梁.智能建筑照明之智能功能应用分析[J].建筑与发展2011.

[2]秦佳.基于C51的单片机电动机控制器制作[J].科协论坛2013.

[3]倪晓峰.现代建筑中的“绿色照明”管理应用研究[M].东南大学2008.

5　结语

The Design of Intelligent Lighting of Teaching Building Based on LonWorks

XUMuzheng
(Fujian College of Water Conservancyand Electric Power, Yong'an366000, Fujian)

［Abstract］By a careful analysis of the light in the classroom, according to a preset condition, this paper designs the intelligent lighting control system of teaching building based on LonWorks technology. The system can automatically adjust the illumination lights in the classroom in order to achieve the desired lighting, which provides a good learning environment for teachers and students and at the same time achieves the purpose ofenergysaving.

［Key words］LonWorks; teachingbuildings; smart lighting

［作者简介］徐木政（1980-），男，福建漳平人，福建水利电力职业技术学院讲师，研究方向：电路基础、电机与拖动、PLC应用。

［收稿日期］2015- 5- 7

［中图分类号］TP334.7

［文献标识码］A

［文章编号］1671- 5004（2015）03-0017-03