教学楼智能照明控制系统.doc

大学本科生毕业论文（设计）开题报告表

论文(设计)名称
教学楼智能照明系统设计
论文（设计）来源
教师选题
论文（设计）类型
EX
指导教师
陈慧丽
学生姓名
刘 辉
学号
201042176
专业
自动化
一、研究或设计的目的和意义：
1、目的
教学楼照明采用智能照明系统的主要目的是节约能源、操作方便、达到舒适的照明环境。分别从以下几个方面叙述：
(1)、控制方式
a) 智能照明控制系统具有开关和调光两种控制方法，可有效控制各种照明场所的平均照度值，提高照度均匀性。同时，系统能根据不同的时间段的需要，自动调节照度。
b) 可以采用软启动和软关断的方式控制灯具。可延长灯具寿命2-4倍。
    c) 利用灯光控制系统能适当降低灯具工作电压，有效延长灯具寿命。
    d) 智能灯光控制系统采用分布式控制结构，可以大大减少布线开支。
(2)、管理方式
   a) 为读者提供一个舒适方便的阅读环境，在不同区域通过调光方式和场景预设置功能产生不同灯光照明效果，营造不同的灯光环境，给人舒适的视觉享受，既创造了最理想的阅读环境，又达到了节能效果。
   b) 智能灯光控制系统通过分布式控制网络，使用自动化照明控制手段，实现对照明区域的管理，减少了不必要的耗电开支，降低了系统的运行及维护费用。智能灯光控制系统比传统开关控制节电可达20%-50%以上。
   c) 根据不同的日期、时间各个区域的照明情况进行场景预置，定时完成各类事件(如在不需要照明时保证将灯关掉，某些特定区域的环境照明在晚上12时后亮度降到40%)，用最经济的手段、最低的能耗提供最舒适照明。
(3)、 操作方式
a) 智能灯光控制系统使用编程方法对电路进行现场实时灯光场景控制，灯光场景设置完成后场景数据即可存储以备调用。
b) 智能灯光控制系统可以实现调用一个灯光场景来控制一组光路亮度不同的灯具。灯光场景启动后自动变换各照明回路到预定状态，无须像传统控制那样一路一路地开或者关而亮度只有全亮或全灭。
c) 可通过软件编程既可以对本区域进行照明控制，也可以对其他区域进行照明控制，无须进行跳线或更换插座等电路变换。
(4)、 安装方式
a) 功能修改、控制修改方便灵活，只需做小的程序调整，无须现场重新布线。
b) 节约能源、提高效率。通过控制设定，自动运行到最佳状态，方便管理和维护。
2、意义
经济的快速增长使得人们对能源的需求也日益提升，由于长时期人们对煤、石油、天然气等天然资源的开采，使得能源短缺的问题逐步突显出来，同时也导致环境和生态平衡的破坏，严重威胁着人类的生存，如何节能和保护环境成为世界范围普遍关注的社会问题。
在此背景之下，人们对照明的要求不仅仅是停留在能够“看见”的层次上，而是对照明技术提出了更高的要求:希望利用有限的资源保证照明强度的需要，并能够获得良好的照明效果，实现“绿色照明”。围绕“绿色照明”的主题，各类节能高效的电光源陆续出现并广泛使用;激光、光纤、发光二极管以及各种玻璃和PC透光材料也被应用到照明技术中；同时，在传统的照明设计理念中还充分利用了现代计算机、通信等技术，实现了更为节能、安全、灵活和舒适的智能化照明控制技术，将城市的每个角落在夜色中装扮的光彩熠熠。
由于人们对照明灯具节能和科学管理更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要。本设计是教学楼智能照明系统设计，相对商业楼宇而言，教学楼里的大功率动力和制冷设备比重很少，照明灯具则相对比重更多。使用照明控制系统更能体现其在节能与管理方面的优势，提高教学楼的科学管理水平。
智能照明控制系统的优越性表现在以下的几个方面 ：
（1）达到良好的节能效果，延长灯具寿命；
（2）改善工作环境，提高工作效率；
（3）实现多种的照明效果；
（4）提高管理水平；
（5）较好的投资收益效果

二、阅读的主要参考文献及资料名称：
[1] GB50054-1995，低压配电设计规范
[2] GBJ133-1990，民用建筑照明设计规范
[3] 戴绍基.建筑配电与照明. 中国电力出版社,2007-01 ，
[4] 戴瑜兴.民用建筑电气设计手册.中国建筑工业出版社，2003-01
[5] 李恭慰. 建筑照明设计手册. 中国建筑工业出版社，2004-03
[6] 李兵.国外照明技术的发展.光源与照明, 2004(4):36-37
[7] 李光耀.室内照明设计与工程.化学工业出版社，2007-08
[8] 李文华.室内照明设计. 水利水电出版社，2007-09
[9] 北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册第二版.中国电力出版社，2006-12
[10] 张绍纲.绿色照明工程实施手册.北京:中国建筑工业出版社，2003
[11] 刘虹. 绿色照明概论. 中国电力出版社，2009-01
[12] 何立民.单片机应用技术选编[8]北京航空航天大学出版社.2000
[13] 孙晓云.接口与通信技术原理与应用. 中国电力出版社，2007-06
[14] 刘传玺/袁照平. 自动检测技术. 西安:机械工业出版社，2008-01
[15] 龚威. 楼宇自动控制技术. 天津大学出版社，2008-09
[16] 孙建民/杨清梅.传感器技术.北京: 清华大学出版社/北京交通大学出版社，2005-10
[17] 鄂立福. LONWORKS网络技术与现场总线.测控技术, 1996,05(5):15-18
[18] 韩兵/于飞. 现场总线控制系统应用实例. 化学工业出版社，2006-08
[19] 李正军.现场总线及其应用技术/信息科学与技术丛书.机械工业出版社，2005-01
[20] 甘永梅.现场总线技术及其应用（第2版）.西安:机械工业出版社，2008-08
[21] 马莉.智能控制与LON 网络开发技术.北京:北京航空航天大学出版社，2003-02
[22] 阳宪惠.现场总线技术及其应用（第2版）.北京：清华大学出版社，2008-10
[23] 凌志浩. DCS与现场总线控制系统. 华东理工大学出版社，2008-09
[24] 杨新政. AutoCAD 2007中文版入门与提高.清华大学出版社，2007-04
[25] 方晨. AutoCAD 2007中文版实例教程. 上海科学普及出版社，2007-03
[26] Neuron Chip Data Book，Echelon Corporation，1995-02
[27] Ron Lenk著. Practical Design of Power Supplies实用供电设计. 吉林长白山出版社，2005-11
[28] Gautam Das，V.P. Gulati著. Intelligent Information Technology智能信息技术/会议录. 北京燕山出版社，2005
[29] Jun Wang著. Advances in Neural Networks - ISNN 2005神经网络进展-ISNN 2006 第二部分. 北京燕山出版社，2005-08
[30] Lipo Wang著. Advances in Natural Computation 神经计算进展 第2部分. 北京燕山出版社，2005-10

三、研究或设计的国内外现状和发展趋势：
在生产、工作和学习的各类场所中，人们从外界获得的信息中约有80%是通过视觉实现的，无论白天还是夜晚，人们对光环境的需求与其所从事的活动有密切关系。因此，舒适的光环境对人们至关重要。
教学楼更是许多人尤其是学生获取各类信息的主要场所，其光环境的优劣程度应当引起足够的重视。结合快速发展的各类自然科学和工程技术，不断容纳新技术，更新旧式的各种照明产品和单一呆板的照明控制手段力健康创造优良舒适的光环境，为提高人们的工作效率，保障人的视振奋人的精神产生积极的影响将是教学楼照明的发展趋势。
1、 国内智能照明的现状
90年代智能照明进入中国市场，然而由于市场的消费意识，市场环境、产品价格、推广力度等各方面的原因，传统的照明理念与国外存在较大差别，厂家的产品制造技术以及产品经销商的经营模式和技术水平有限，一些主要的设备和技术都从国外引进，很难推动形成较大的消费市场，致使中国的智能照明行业没有稳定、广阔的渠道。
进入21世纪后，随着国内经济的发展，技术的成熟，诸如IBM、Microsoft、Sajnsung、panasonic、Siemens等一大批跨国企业的加入，加速了行业的发展及渠道商的形成。
一批国内的智能照明产品商利用各自的优势逐步在市场上站稳了脚，得到了渠道商和最终用户的广泛认可。索博、瑞朗、九州易居是较早进军智能照明行业的企业，在产品研发、市场拓展、技术培训与服务方面投入较大，尤其索博是国际型智能家居产品生产企业，拥有亚洲最大的产品研发中心和生产基地，以高端智能安防系统和智能微型控制模块在国际上处于绝对的领先地位。天津瑞朗在2002年就开始启动了智能照明技术培训，用户对这些品牌的认知度较高。上海奇胜公司推出了智能化系统，通过对C一BuS智能控制系统、安防控制系统、无线网络技术等的结合，实现了灯光控制、家电控制(电动窗帘、空调、Av设备等)、综合安防控制的各种控制功能产品，在较短的时间内就树立起了品牌形象。同样是源自电工品牌的真善美也善于销售终端，其智能照明产品甚至可以在超级市场、建材市场和五金店购买到，该品牌在华南地区有较高的知名度。清华同方是十大品牌中唯一一家侧重智能照明控制系统集成服务的企业，其智能开关控制系统，通过遥控器就可以控制所有房间内的灯光效果，完全实现了灯光智能控制功能，产品的安装、调试和操作都非常简单，不需要专业人员的指导，普通家庭可以自己安装。安居宝作为一家主要生产楼宇对讲产品的企业也晋升十大品牌，说明传统安防企业也开始产品转型和服务升级，安居宝成为这一阵市场转型大潮中的佼佼者。惠州雷士致力于新型绿色照明产品的开发和和谐光环境的营造，积极参加全国的城市亮化工程及绿色照明工程，带动了行业向绿色照明方向发展。百分百在东莞设立运营总部，专业从事照明、电器、电工产品的研发、设计、生产，先后研发生产的红外线、无线数码智能遥控开关，推动了遥控开关的普及化。北京莱特将计算机技术引入调光控制系统，自主开发了分布式LT一NET智能环境照明控制系统，被广泛地应用到各种灯光照明场所。达实、易天元、普力特都是以技术见长的企业，拥有智能家居领域的技术专利和注册商标，在华南和华东地区有不少智能小区的应用案例。
国内智能照明厂家和实力强大的高科技IT 厂商的介入，提供了科学的专业照明设计、优质可靠的专业照明设备、全面完善的专业照明服务，为照明行业带来了新的力量，促进了智能照明技术的快速发展。
2、 国外智能照明的现状
照明行业是80年代首先由美国兴起并得以迅速发展的。90年代后期，由于现代计算机技术、自动控制技术、现代通信技术、现代信息处理技术在世界范围内的广泛应用，进入了信息时代并对各行各业都带来了巨大的影响，照明行业也随之发生了巨大的革新，提出了照明智能化的要求。
进入21世纪后，大量的新产品、新设备、新技术的出现，使智能照明技术向着系统一体化集成的方向发展。例如:各种智能化断路器将微电子技术、传感技术、控制技术、电力电子技术等新技术结合起来，实现了功能多样化、结构模块化，使断路器从基本保护功能发展到智能化的保护功能，工作更可靠，性能更安全。在微电子技术飞速发展的带动下，许多半导体公司推出了专用功率开关器件和控制集成电路的系列产品，促进了电子镇流器的各类产品向高性能高可靠性方向发展。另一方面，网络技术的渗透使不同控制方式的系统之间相互结合，实现了资源共享、远程监视、设定、控制及对系统异常信息进行一体化管理。控制技术的发展使许多控制功能从由较高层的控制室移至现场的低层设备，使信号的采集和处理更加快捷便利，而且工程技术人员还开发了一些控制管理软件，用户只要通过界面上的各个控制键，就可以实现对各种照明设备的监视和控制，操作更加容易、简单、直观。各类智能照明产品的生产和技术实现也随着行业标准及规范的制定和逐步的完善进入成熟、实用、可靠阶段。
继美国、德国、英国、日本、新加坡之后，其他各国的智能照明产业也陆续开始发展，并且不断趋于成熟。先后涌现出许多国际知名企业:国际知名的半导体制造商法国PERFECT公司开发出灯光控制专用教学楼的智能照明设计及其控制方法研究的、结合无线射频功能的芯片。PHILIPS、OSRAM、GE公司推出了双端球形HED是目前世界上最先进的大功率LED灯，奇胜公司的C一BUS系统、ABB公司的1一Bus系统以及邦奇公司的Dynalite、LUTRON公司的GRAFIK系列智能照明控制系统均己广泛应用到照明控制系统中。此外路创、WIELAND、美国的奥莱斯、英国索思、德国欧斯朗、NATIONAL、BPI等企业都创建了诸多知名品牌，推动了智能照明行业的普及和发展。
3、 智能照明发展趋势
传统照明方式是能量流和信息流合一，控制简单、有效、直观，但其一但布线完成后系统就不能再改动，此外要实现复杂的控制要求时，布线将大大增加，这使得系统的可靠性下降，一但出错线路的检查也相当费时、费力。随着大量的商用办公楼和复式住宅的堆出，办公楼管理人员和用户需要对照明器具的实时工予以监视，而传统技术对此无能为力。
在传统的照明设计中，主要是注重照明的亮度、均匀度、显色性指数及是否会造成眩光等因素，对照明的控制也主要是通过继电器的开关控制实现了开灯、关灯状态的切换，照明的亮度一经设置就不能自行调节，各照明控制单元分散在不同的区域，造成管理和维护投入量较大。
至于提供安全、舒适、便利的生活环境，实现灯具联动，根据环境自动调整或控制灯光亮度等，使用传统技术是无法想象的。随着人们生活水平的提高，旧的照明设计理念己经不能适应新的需要：不仅要求照明设计的参数应当达标，而且还提出了怎样才能在明亮、舒适并且具有艺术效果的环境中工作和生活的要求。智能照明控制系统集多种照明控制方式、电子技术、通迅技术和网络技术于一体解决了传统方式控制相对分散和无法有效管理等问题，而且有许多传统方式无法达到的功能，比如场景设置以及与建筑物内其它智能系统的关联调节。
智能照明系统一般由传感器（如光线感应器、面板开关）、执行器（如调光电子镇流器）、网络通信单元（路由器、中继器等）、以及辅助单元（如电源、导轨）等组成，尊遵循统一的网络协议，借助各种不同的“预设置”控制方式和控制元件，对不同时间不同环境的光亮进行精确设置和合理管理，此外智能照明系统中还可以对荧光灯控制，由于荧光灯采用了有源滤波技术的可调光电子镇流器，降低了谐波的含量，提高功率因数，降低无功损耗。因此，在灯具制造工艺相同水平的情况下，在建筑物中采用智能照明系统不仅能操作简单，管理维护方便，还可满足工作、生活多样性需求，并且可以有效地达到节能的目的。智能照明技术以其优越的性能得到广泛的关注。
智能照明系统可以有效的抑制电网的浪涌电压，避免了过电压和欠电压对光源的损害，避免冲击电流对光源的损害，延长光源的使用寿命；可以实现通过场景切换实现灵活、方便的照明控制，各类参数的设置和变换非常方便，可以获得多种的照明效果；智能照明控制系统中对荧光灯等光源进行调光控制，采用有源滤波技术的可调光电子镇流器，降低了谐波的含量，提高了功率因数，降低了低压无功损耗；智能照明系统充分利用了室外的自然光，利用最少的能源保证了要求的照度水平，减少了由于人员不在却仍将灯全部点亮而造成的能源浪费，节电效果十分明显，一般可节约30%以上，使照明管理和设备维护变得更加简单，经济投入减少。

四、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路：

1、主要内容：教学楼的照明系统设计以及利用总线技术实现整个照明系统控制的智能化, 要实现教学楼照明系统的智能化实现，需要借助一些总线技术对已设计好的不同区域场合的照明进行统一管理、分散控制。本设计要求基于Lonworks总线技术进行教学楼智能照明系统设计。
针对某一教学楼的智能照明系统进行研究和设计；智能照明系统的设计包两大部分：一是照明部分的设计，又称为光照的设计，包括选择照明方式和智能控制方式，选择光源和灯具，确定灯具的布局和照度标准并进行照度的计算、总线技术智能控制等；二是供电部分的设计，又称为电气设计，包括选择配电方式和电源结线，进行负荷计算，选择导线、开关、熔断器等电气设备，绘制电气照明图。
2、解决的关键问题：
（1） 教学楼照明的设计。
根据教学楼的规模情况、不同场所的照度要求设计照明（照明数量、照明种类、负荷计算、照明器件的导线选择等等）；根据节能的思想选择特殊场合的照明设计。
（2） 教学楼照明系统的智能控制。
要实现教学楼照明系统的智能化实现，需要借助一些总线技术对已设计好的不同区域场合的照明进行统一管理、分散控制。本设计要求基于Lonworks总线技术进行教学楼智能照明系统设计。
3、本设计即基于以上两个核心的问题而展开，设计的思路基于以上两个核心的问题来考虑和设计。也因为如此，在设计论文内容安排上也是基于以上两个核心的问题而选定相关的内容。

具体内容会包括：分析国内外智能照明技术的现状和发展，通过与传统的照明设计方式比较，从控制方式和节约能源的角度阐述了智能照明技术的优越性；其次介绍有关照明设计中需要用到的基本技术术语，并给出教学楼不同场所的照度标准和照度计算方法，以及教学楼智能化照明的实现；分析影响照明效果的几种主要因素，给出教学楼智能照明的数学模型，以及教学楼照明设计基本的供电部分的设计，又称为电气设计；利用现场总线技术Lonworks或LonTalk通信协议实现照明系统的智能化控制，并设计出其智能控制系统；最后就是从智能控制和节能的角度结合现场总线技术设计对教学楼的智能照明控制系统加以说明，并证明其优越性和可行性。
因此作为设计的章节安排本质上来说理所当然基于以上两个核心的问题来来安排章节内容。
第一章主要分析国内外照明的发展情况、趋势，从节约能源以及照明舒适度的角度比较传统照明设计和智能照明设计，得出智能照明的优越性。
第二章介绍有关照明设计中需要用到的技术名词术语以及照明设计基础、智能照明实现，并给出教学楼不同场所的照度标准。
第三章可以具体就一个教学楼的设计任务设计照明，进行照度计算、负荷计算、导线选择、方案拟定来设计一个教学楼照明系统，并设计教学楼基本的供电部分的设计。
第四章则是基于Lonworks总线技术教学楼智能照明系统进行控制。进行控制系统的硬件、软件设计。加以说明，并证明其优越性和可行性。

五、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决的办法：
1. 计算机
2. 必须要有设计电路图以及有关设计中的要用的工具和软件，可以通过从网上下载
3. 网上查阅资料和相关的期刊图书，图书馆查阅资料和相关的专业刊物
4. 实验室查阅资料，必须查阅足够多的关于教学楼智能照明方面的资料。
5．实地考察教学楼的照明系统
6. 由于本设计的计算不是很复杂很麻烦，所以采用手算了计算器作为计算工具。
7. 必须要有做电路图的工具以及有关设计中的要用的工具（特别是AutoCAD）。这个可以通过从网上下载相关的工具以及软件，然后在电脑上作图。

六、工作的主要阶段、进度与时间安排：
第一阶段：第7—9周 （4月13日—5月1日） 图书馆查阅资料，分析和解决设计问题。
调查研究，制定设计方案，绘制工作原理图。
第二阶段：第9－10周 （4月27日—5月10日） 硬件部分方案设计，绘制硬件电路图、进行数据处理方案设计。
第三阶段：第11—12周（5月11日—5月24日） 总体集成设计。
第四阶段：第13—14周（5月25日—6月7日） 编写设计说明书。
第五阶段：第15—16周（6月8日—6月19日） 交设计指导教师审阅。

导师意见和建议：

类型说明：1.课题来源要填写明确（如教师拟定、学生建议、某企事业单位项目等）
2.课题类型：（1）A—工程设计；B—技术开发；C—软件工程；D—理论研究；E—作品
（2）X—真实课题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题；

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