基于PLC的教室智能照明控制系統設計

孫莉 陳雯

【摘 要】介紹了西門子S7-200系列PLC完成對教室照明智能控制的基本原理;使用紅外感應器和光敏傳感器收集教室的環境信號，然后將傳感器產生的模擬信號轉化成數字信號傳送給PLC，判斷教室里是否有人，以及教室里的光線強度是否具備開燈的條件，事先設置好合理的開燈條件后，并且能根據教室的光照強度自動調節燈具的光照強度，做到無極調光，為學生提供最合適的光照強度。在最大限度下做到節約用電的目的，而且還能很好的保護學生的視力。

【關鍵詞】智能控制;S7-200PLC;熱傳感器;光敏傳感器;無極調光

1教室智能照明系統的控制要求

教室智能照明是在原先傳統教室照明的基礎上加上現代化的控制技術。首先就需要設計一個智能化的教室燈光照明控制系統，主控單元用PLC 來實現。想要教室的照明具備智能化離不開傳感器，通過外界的光照條件，使紅外感應器和光敏傳感器產生模擬信號，通過其轉化為輸入PLC的數字信號來進行輸入的。它不是靠手動控制，也不是獨立的系統控制，而是采用兩者結合的方式。

當教室里面有人時，光照比較暗，環境的光照強度達不到系統的設定值，系統就會自動打開燈具的開關，并能根據環境的光照強度對燈具進行調節照明的強弱;當教室里面沒有人時，光照比較暗，環境的光照強度達不到系統的設定值，系統也不會打開燈具的開關;當教室里面的人都走干凈時，通過PLC內部定時器的延時作用延時一段時間后，系統會自動把教室內所有的燈具關閉，無論是否有人，當教室內的環境光照值超過了系統所設定的值，燈具保持關閉狀態。

2設計

2.1教室智能照明的系統構成

教室智能照明系統如圖一所示，以PLC作為主控單元，紅外感應器和光敏傳感器收集教室的環境信號，然后將傳感器產生的模擬信號轉化成數字信號傳送給PLC，判斷教室里是否有人，以及教室里的光線強度是否具備開燈的條件，并且光敏傳感器連接無極調光電路，根據光照的強弱調節合適的光照強度。

2.2教室智能照明的硬件設計

教室智能照明系統的硬件主要由西門子S-200系列PLC，紅外傳感器，光敏傳感器，無極調光電路以及部分燈具組成。通過各個器件的配合工作，驅動燈具開啟或關閉照明

2.3CPU的選擇以及PLC的外部接線圖

圖1中輸入和輸出出設備的設計和PLC外圍接線圖的負載電源類型與系統的控制要求相結合。I0.0為系統啟動開關，I0.1為系統停止開關，I0.2為教室投影儀開關，I0.3到I1.0為教室燈具紅外感應器，I1.1到I1.6為教室燈具光敏傳感器。定時器：T37和T38。教室智能照明控制系統PLC輸出點與地址：Q0.0～Q0.5為燈具L1～L6。

2.4紅外傳感器和光敏傳感器

紅外線傳感器它本身就是一種通過利用發射紅外線的物理化學和其他物理屬性特征可以進行智能檢測的紅外傳感器。任何一種物質，只要其本身就具有一-定的輻射溫度（遠遠不會超過絕對值的零度），就已經可以輻射從內到外的紅外線[1]。

光敏傳感器主要指的是一種對外部光信號或光輻射產生的反饋和轉換作用具有響應或變頻功能的敏感器件。光敏傳感器主要是一種利用光敏元件把光信號直接轉換成無線電信號的傳感器，它的敏感波長定義在可見光的波長附近，包括紅外線的波長和紫外線的波長[2]。

光照強度的不同電敏光明光照傳感器的電子結構不同，當它的光照強度非常烈時，光敏照明傳感器的兩端電極電容阻抗很小;但是當它的光照強度較弱時，光敏照明傳感器的兩極電容性和值阻抗很大;所以當它的光照強度大于適宜的同時光敏照明傳感器的兩極電容阻抗和值阻抗應分別位于光照強光與強或弱光之間。因此我們不僅可以直接通過光敏阻抗傳感器把光電信號直接轉換成為相應的光電信號，并且我們還甚至可以直接通過利用各種光照光敏傳感器根據各種光照不同的光敏阻抗數值所轉換產生的相應的光電信號不同，從而可以實現不同的信號。

2.5無極調光控制電路設計

本控制電路主要設計采用雙向調光可控硅（雙向晶閘管）芯片進行無極調光，可以有效使室內光線由弱至強均勻地變化。雙向可控硅的整體結構外形與單向三極管相同，它們最初是一種類似于基極管的電流用來控制三極電導管的電流分壓器和限流控制方式并后來用以實現電流調光

2.6軟件設計

根據系統控制流程圖，通過程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9編寫梯形圖控制程序。

網絡2和網絡3：M0.0接通后，T37定時器開始定時3000×100ms=5分鐘以后，定時器T37的常開觸點閉合，常閉觸點斷開，網絡2斷開。這時C1計數器計數一次，定時器T37常閉。在定時器T37啟動時間后，觸點再次閉合，定時器T37從新開始計數，以此方式反復，當計數器計數結果到達288C1=288×5min=1440min為24小時，計數器自動復位，開始重新進行計數如圖2所示

3結語

本文主要講述了固定教室的智能照明的使用與要求，以PLC為主要控制，結合紅外傳感器，光敏傳稿器以無極調光電路設計出了教室智能照明控制系統，實現了對教室智能照明的控制，并根基光照強度來進行燈具的無極調光，為以后教室照明智能化提供了研究依據，也為后期的優化設計提供了理論基礎和模擬程。

參考文獻：

[1]楊少春，萬少華，高友福，等.傳感器原理及應用. [M].北京：電子工業出版社，2015.

[2]姚向華.無線傳感器網絡原理與應用. [M].北京：高等教育出版社.2012.

（作者單位：山東協和學院工學院）