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基于电力载波的大型建筑智能照明系统

专家
2012-12-31 10:12:21    评分
作者:哈尔滨理工大学 董鹏飞 金笑雨 张昕
指导教师:万泉

  作品简介

  由于国内的电力载波的发展起步很晚,发展状况还处于初级阶段。当我们国内开始应用电力载波进行自动远程抄表的时候,国外已经进行电力载波的高速传输互联网数据了。而且,国内和国外使用的电力线的电压不同,我国民用使用的是220V 50HZ 的交流电 。而美国的是110V 60HZ的交流电。所以在设计基于电力载波系统的时候出不可完全遵循国外的方案,而应该设计适应我们本国的电线网络结构。

  管理大型建筑的照明问题一直是困扰建筑的管理的大问题,大型建筑由于房间过多或者照明地点分散并且难以单独和智能控制,所以大型建筑照明智能控制系统急需有待完善。

  因此,为了实现大型建筑的电力系统、照明系统和不同电气的开关状态的自动控制,来达到节约人力、物力和财力的目的。我们设计了适合我国情况的电力载波的大型建筑智能控制器,并且能不加修改的直接应用到其他的供电系统的控制。使得信号可以在电力线上稳定高效的传输,无需重架传输线便可智能地控制照明状态和电气状态,以此来节约成本和电能;PWM波模块构架使得我们能轻易把系统推广LED照明系统的控制。同时该控制器具有多种模式的控制,方便快捷,更加人性化。其次重要的是不管在电路是单相还是多相,本系统可以在跨相时正常工作,增强了使用的广泛性。

  基于电力载波的楼房智能照明系统采用流行的低压电力载波通信技术。

  (1)最大特点是不需要重新架设网络,只要有电线,就能进行数据传递,从而实现了对楼层电力系统、照明系统的智能控制。
  (2)载波控制系统稳定性极好,可以长时间工作,传输距离长,而且衰减较小,本系统设计了可以在A、B、C三个相线之间的跨相传输,增强了使用的广泛性。
  (3)按键配合LCD1602液晶显示器,实现了不同的控制模式和状态显示,操作简便,经济实惠。控制系统采用了六种控制模式,来达到智能化的设置,以达到对整个楼宇控制的不同需要的满足。
  (4)此系统具有掉电自存储系统,当外部或者系统掉电之后再上电系统会保存原来的电气状态,不必重新设定。

  本系统设计了六种工作模式:
  1. 对所有楼层所有房间实现给电的控制、照明的开状态。
  2. 对所有楼层所有房间实现断电的控制、照明的关状态。
  3. 对楼房楼层按照预定的时间段进行开关状态的控制。
  4. 对每一楼层每个房间实现单独的电子系统和照明系统的控制。
  5. 此为扩展功能,通过继电器可以控制很多不同电气不同设备的开关状态。
  6. 实现对LED灯的灯光强弱的控制,达到节电的功能。

  作品图片展示:  


图片1说明:控制器(下)对大型建筑(模型)不同楼层不同房间的单独控制(电气状态或者灯的状态)  
图片2说明:控制器对LED灯进行PWM调光使LED显示不同的亮度
 
图片3说明:控制器对继电器控制 继电器可以广泛的应用在各种用电器的电气开关状态。

  平台选型说明

  1. 控制器平台:控制器平台以IAP15F2K61S2单片机为核心的控制器该单片机具有大容量的RAM以及大容量的ROM,并且处理速度快,引脚丰富,还可支持IAP编程。是开发智能控制嵌入式系统的好处理器。
  2.电力载波:采用北京福星晓晨公司生产的载波芯片为核心,该芯片具有高速的传输速率,并且抗干扰能力强,能有效地在复杂的电线上传输数据。

  设计说明

  本设计通过对单片机发送指令控制显示屏显示必要的信息,同时指令通过载波模块,传送到大型建筑内的单片机并执行指令,达到对建筑照明的智能控制。
  在对系统的设计时,从技术矛盾和物理矛盾出发,考虑到不同相间的信号传递和接收,考虑到人和系统的交互和控制系统的推广,对系统进行了进一步的进化升级,增加了电力载波模块,得到了实用性更强的控制系统。  

图一 整体原理图

  为了增加系统的实用性和广泛性,制定了系统的六种工作模式,如下表:  

  具体原理:用程序控制51单片机,单片机给载波芯片发出控制信息,载波芯片通过耦合电路把信息通过过零传输方式加载到220V 50HZ的交流电线上,接收系统通过耦合电路把加载到电线上面的信息解调后传给载波芯片,在传给51单片机,单片机接收信息后控制电力系统或者照明系统的驱动程序,之后对电力系统或者照明系统的状态进行相应的操作。  

图二 控制流程

  建造及使用原理:
  (1)电力载波的接收端与控制端与楼层的电闸相连来控制房间的电闸的开关状态
  或者把电力载波的接收端与控制端接在房间的灯的开关上(LED照明亦可)来控制房间的照明状态(开、关、亮度调节)
  (2)如果楼宇采用了A、B、C三个不同相线 则需要把中转器嫁接在楼宇的A、B、C三个相线的电线上
  (3)如果楼宇过于庞大,则需要把中继器嫁接在不同距离的电线上
  (4)把电力载波的控制器 插在任意楼宇房间内的插座上即可控制整座楼的电气状态(根据需求而定)
  (5)控制器上面有一个1602的液晶显示器与5个独立的按键 通过按键可以选择6中不同的功能模式
  (6)本系统具有掉电自存储,所以如果系统掉电或楼宇停电再上电之后继续执行原先的楼宇电气状态。

  作品特色

  (1)本系统设计了可以在跨相时正常工作,可以任意跨A,B,C三条相线的线,增强了使用的广泛性,使得实现了信号在电力线上的传输,无需重架传输线,节约电线。
  (2)PWM波模块使得能把系统推广到对LED照明系统的光照强度的控制。同时该控制器实现了多种模式的控制。
  (3)另外EEPROM掉电保护作用,即使是在系统断电的情况下,保护电气设备原状态,再次给电时,执行原来的操作。这省去了很多的麻烦。
  (4)设计了中继器,如果距离过长可以添加中继器作为中转设备,让信号传的更远。
  (5)把信息加密,同时不受其他电力载波或者干扰波的控制,使系统的安全性和稳定性增加。
  (6)模块的成本比较低廉,而且还能节约大量的线路的铺设,减小了系统的复杂性,增加了稳定性,同时智能控制楼层的电力供给,节约大量的人力、物力和财力。

系统演示视频:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2279




关键词: 基于     电力     载波     大型     建筑     智能     照明     系统         

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