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信息与电气工程学院
课程设计说明书
（2011 /2012学年第一学期）
课程名称 ：题 目 ：专业班级 ：学生姓名 ：学 号：指导教师 ：设计周数 ：设计成绩 ：
电子系统应用课程设计
2周
2012年01月04日
陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 2
1 概论
1.1 论文选题背景及意义
随着科学技术的进步，传感器技术日益发展并渗透到人们的日常生活当中。红外传感器是其中较为常见的一种，广泛应用于机场、宾馆等处的自动门，自动照明控制，保安防盗等各个方面。常用的自动照明控制主要是利用人体经过热释电红外传感器时，所造成的红外线的变化被红外传感器接收到并转换成一定的电信号，而利用该电信号就可实现照明控制。由于热释电红外传感器只能对红外线的变化作出反应，即它只对物体的运动敏感，这就决定了它在走廊楼道的自动照明控制中具有广泛的应用。在日常生活中，红外自动感应灯的应用相当广泛，比如，家庭楼道、小区、酒店、航天等地方，经常需要用到红外自动感应灯，对于一些地方，比如仓库，储藏室地方等地方，红外感应灯不仅仅应用于照明，还起到一个预警的作用[1]。
在常规的环境参数中，人体感应是最难进行探测的一个参数，过去用光敏电阻或红外探测管来探测人体的方法，早已无法满足现代科技发展的需要。这是因为红外探测比红外测量要复杂的多，红外测量是个独立的被测量，而人体探测却受到其他因素的影响，红外探测与大气压强，温度呈一定规律的函数关系。因此，用常规的方法进行人体红外探测的误差可达5%~10%。此外，人体红外探测的校准也是一个难题，光敏电阻等传统方法不能用做标定，这是因为标定后的精度无法保证，人体感应的标定对环境条件要求十分严格。如何去除环境的影响，将人体红外信号有效地检测出来将成为一个值得研究的话题。
就目前而言，利用热释电红外传感器对运动物体探测原理的走廊楼道自动照明控制系统已经得到了广泛的应用，其主要功能是：当传感器探测到有人经过，则控制照明灯开启，延时一段时间后再控制照明灯关闭，既实现了自动控制又不会造成电力浪费，是对传统的手动开关、手动的延时开关的改进[2]。
本设计将热释电红外传感器用于卫生间智能化照明系统将具有同样的效果，比声控开关更简便，不需要人有意识的发出任何动作就可以实现自动控制。因热释电红外传感器仅对人体释放的、特定波长的红外光最敏感，因而误动作极小。将其作为探测器不需要外界提供能量，因为探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收人体发出的红外线能量变化来完成非接触探测目的。红外线是不可见光，这样就可以在环境不发生任何变化的情况下有效的利用了资源和节约了能量。
将热释电红外传感器用于卫生间智能化照明系统具有如下优点： （1）不需要用红外线或电磁波等发射源 （2）灵敏度高、控制范围大 （3）隐蔽性好、可流动安装
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1.2 课题分析
此类设计的要点在于对红外线信号的放大及处理，尤其是从系统的稳定性上下功夫，运放用作放大电路已为电子设计师所常用，因为其放大倍数完全可以通过反馈量的大小来进行调节[3]，同时外围电路非常简单，性能也较好，但是作为放大从传感器接收下来的人体红外信号时，由于传感器易受热噪声的影响[4]，放大器放大倍数的选择是一大难点，也是本设计成功与否的关键所在，选大了，无法关断所控制的照明灯，选小了，又检测不到人体发出的红外线信号。另外，前级的放大倍数与干扰比较电路的参数选择应配合起来，如何区分是热噪声信号还是有效的人体信号，另一方面还取决于对比较器参考电压的选择，至于延时部分的选择相对来说比较简单，只要前面部分的工作可靠了，一般后续电路就较为容易实现了。
热释电红外传感器多用于检测人体发射的红外线，其检测区呈球形，所以采用它不用担心角度问题。由于敏感元件的输出阻抗极高，而且输出电压极其微弱，故在传感器内部装有场效应管及偏置厚膜电阻（RG、RS）,构成信号放大及阻抗变换电路。这是将红外传感器用于检测电路的基础，否则，后续电路将无法工作。在此基础上，如上所述，放大电路进一步将信号放大后才能驱动控制电路。热释电红外传感器自身的接收灵敏度较低，一般检测距离仅2米左右，为了增加探测距离，需要在红外探头前加一菲涅尔透镜，采用菲涅尔透镜后可使有效检测距离达12米左右，传感器的灵敏度提高10倍以上，
白天在有光照的情况下，卫生间不需要开启灯光照明，考虑到阴天，有时光线特别暗的情况下就需要照明，正对此种情况，可利用光敏电阻组值随光照发生变化的特性将其用于电路中，这样就可以在需要的时候自动开启卫生间的照明灯，从而实现了卫生间智能化照明系统的节能与智能控制方式。
1.3 智能化照明系统发展状况
在当今世界经济全球化和区域经济一体化的形式下，随着信息行业和计算机产业的高速发展、人们物质与精神生活水平的迅速提高，人们对工作和生活环境的灵活性、高效性和舒适性要求越来越高，传统的工作、居住环境受到了强有力地挑战，智能建筑，智能小区，智能家居等应运而生，楼宇自动化(BA)、通信自动化(CA)、办公自动化(OA)、家庭自动化(HA)等各种自动化系统不断出现，人们对照明的要求也越来越高，传统的照明技术受到了时代的强烈冲击，现代照明技术发生了深刻的变化，“智能照明”技术随之出现，并迅速地向前发展，以致形成照明技术发展的几个重要阶段。 （1）传统控制方式照明阶段
照明控制可分为开关控制和调光控制，调光控制又包括连续的调光控制(被控光源的光通量可连续的变化)和不连续的调光控制(被控光源的光通量只能在若干固定的预设值之间变化)。按发光原理划分，照明光源通常可分为热辐射光源和气体放电光源，其典型的光源分别为白炽灯和荧光灯。热辐射光源，即利用电能使物体加热到白炽程度而发光的光源;气体放电光源，即利用气体或蒸气的放电而发光的光源。对于热辐射光源来说，既可以实现开关控制，也可以实现调光控制，只需要调节供给光源的供电电压即可调节光通量的输出。
陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 4
而对气体放电光源来说，实现调光控制并非那么简单，不能简单的控制供给光源的供电电压，这类光源都有镇流器，220V工频电压经过整流器后再给光源供电，要实现调光控制，必须研制适应具体气体放电光源的匹配镇流器。通过控制镇流器的输出电压的频率和电压来调节光源的光通量输出
自爱迪生发明第一个灯泡开始，传统照明控制方式就己经产生，这种控制方式多以手动控制为主。常见的有以下几种:其一，利用设置在灯具配电回路中的开关(配电回路中的保护开关或手动开关等)来控制配电回路的通断，从而实现灯具开关控制;其二，利用设置在灯具配电回路中的手动旋钮（传统调光控制柜和灯光控制台等）调节供电回路的电气参数（主要是电压、电流、频率等），从而实现灯光的明暗调节，即调光控制〔其原理如图1-1所示〕。
图1-1 传统照明控制方式原理图
传统方式对照明控制而言，简单，有效，直观。但它过多依赖控制者的个人能力，控制相对分散和无法有效管理，其实时性和自动化程度太低。
图1-2 自动照明控制方式
（2）自动控制方式照明阶段
这种控制方式利用数字控制技术来遥控灯具的开关。通常是控制中心发出信号，通过直接数字控制器（DDC）来控制配电回路中的交流接触器的分合，从而控制配电回路的通断，实现灯具开关控制。采用该种方式，解决了传统方式控制相对分散和无法有效管理等问题，实现了照明控制的自动化但却无法实现调光控制功能。其控制原理如图1-2所示。
自动照明控制方式与传统照明控制方式相比，主要解决的问题是集中控制的问题，自动化程度相对提高，但由于DDC系统本身固有的技术特点，使得DDC在照明控制系统中表现出明显不足，不仅无法实现调光控制，而且也很难实现灯光场景等预设置和场景管理
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等功能。DDC系统的主要优点是易于根据全局情况进行控制计算和判断，在控制方式、控制时间的选择上可以统一调度安排。不足的是，对控制器本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性，当系统任务量增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。
尽管集散控制系统(DCS )逐步取代DDC系统，而且实现了分散控制与集中管理功能，但对于底层的设备来说，仍然是传统的DDC技术，唯有把现场总线技术应用到现场设备级管理后，这个问题才能得到根本性解决。 （3）智能控制系统照明阶段
二十一世纪是一个网络化时代，数字控制技术不断提高，网络化管理正逐渐渗透至各种传统控制系统中。进入二十世纪后，随着人民生活水平不断提高，人们对照明的要求也发生了很大的改变。尤其在一些中高档的建筑中，照明不再单纯地为满足人们视觉上的明暗效果，更应具备多种的控制方案，使建筑物更加生动，艺术性更强，给人丰富的视觉效果和美感。
二十世纪90年代初，智能建筑己不再简单地等同于楼宇设备自动管理。在一些建筑物中的重要场所，简单地开关控制己无法满足要求。人们开始追求多样化的照明控制方式，使环境能体现出多种艺术效果。智能照明控制方式使照明自动控制不再依赖于楼宇设备自动管理系统，真正实现了照明控制的独立。同时该方式不仅具备开关灯控制，而且还能对光源进行调光控制。它是一个集多种照明控制方式、现代化数字控制技术和网络技术于一身的控制系统。它的出现和发展，使照明控制和维护管理变得更为简单，并为建筑照明提供了多种艺术效果。
智能照明控制系统被越来越广泛地接受和使用，这类产品和生产商更是层出不穷。正确的照明控制方式是实现照明艺术性和舒适性的有效手段，是节约能源的有效措施。绿色照明是指所用照明产品高效率、长寿命、节电、节能、低噪音、低谐波、低电磁干扰。在照明设计中，合理和正确地选用照明控制方式，不仅是经济性和实用性的良好统一，也是一个实现“绿色照明”的重要环节。 1.3.1智能化照明系统发展动态
随着照明的不断发展，照明控制系统已从传统控制方式发展到智能控制系统，目前，纵观国内外研究开发的智能照明控制系统，按其通信介质主要有总线型、电力线载波型、无线网络型等。按照网络的拓扑结构可以分为集中式或分布式。智能化照明系统依赖于信息技术的发展及人民生活水平和文化水平的提高。随着微处理器和网络技术的普及，国外于八十年代提出了智能化照明的基本框架；以建筑物内的数字通信设施为核心，配置面向商务用户的安防系统和资源控制系统，并逐渐增加了计算机网络和相应设施，出现了商住融合的概念。九十年代以后，互联网的普及和电子商务的应用导致了信息社会的实用阶段，并形成了大规模的信息基础建设和电子政务的实施，形成了有利于数字社区建设的良好的外部环境。智能化照明不仅有了坚实的技术基础，并已进入了规范性发展的实用阶段。 (1)智能化照明系统进一步加强了网络的功能。通过完备的网络可以实现社区机电设备和家庭电器的自动化智能化远程监控，实现一体化、联动安防系统的自动化、智能化监控。