智能浴室的集散控制系统设计(5)

智能浴室的集散控制系统设计

4 照明系统简单设计

在本章中对浴室更衣室内的照明进行简单介绍。在这部分设计中根据I/O口的需求，选用的是S7-200系列中的CPU224。

4.1 系统硬件设计

根据浴室内照明设计的要求，PLC与外部设备的硬件接线图如图4-1所示。

智智智智智智智智智智智智智智智智智1智智智智智2智智智智智3智智智智智4智智智智智5智智智智智1智智智智智2智智智智智3智智智智智4智智智智智5 I0.0 I0.1 I0.2 Q0.0 I0.3I0.4Q0.1 I0.5 I0.6Q0.2 I0.7 I1.0Q0.3 I1.1 I1.2Q0.4 CPU224AC220VL1L2L3L4L5I1.3 I1.4M L 图4-1 PLC与外部设备的硬件接线图

4.1.1 数据采集电路

浴室中的环境光和人体存在与否是系统的主要输入参数，因此环境光和人体存在成为系统数据采集的主要对象。

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常见的环境光采集器件光电传感器有光敏二极管和光敏三极管，光敏三极管可以认为是光敏二极管与三极管的一体化结构，其特性是光敏二极管的输出特性再加上三极管的特性。根据需求，选用灵敏度较高的光敏三极管。

4.1.2 环境光采集电路

光电传感器是一种能够将光感转换成电量的传感器。采用的光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。在无光照时三极管的穿透电流很小，为暗电流Iceo。有光照时，产生的Ib增大，成为光电流Ie。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。

环境光采集电路原理图如图4-2所示。当自然光强大于一定程度时，光敏三极管D6呈现低阻态状态小于1K欧，三极管Q12的基极电压升高，Q12管饱和导通，集电极输出低电平。当自然光强小于一定程度时，光敏三极管D6呈现高阻态状态，100k欧，使三极管Q12截止，集电极输出高电平。其中可变电阻R26可调节，调R26阻值的大小，使Q12三极管受环境光影响在适当的亮度下导通。

+5VD6R2510KP37Q12NPNR26470K

图4-2 环境光采集电路原理图

4.1.3 人体红外线传感器的工作原理

本系统采用热释红外传感器，人体红外线传感器主要采用的是红外传感器的原理。人体红外传感器的热释电红外探头的工作原理及特性如下：

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人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动红外探头就靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人体发射的10um左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源。红外感应源采用的是热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就产生由人体存在的信号。人体传感器透镜的信号采集敏感区示意图如图4-3所示。

传感

图4-3 信号采集敏感区示意图

最敏感

当有人进入时，移动人体发出的红外线被红外线传感器接收，则人体存在被感应，并输出高电平。而当人体进入最不敏感移动方向时，则人体传感器所体的信号就会不理想，有时还会产生误动作，所以要特别注意人体传感器的安装方向。

4.2 系统软件设计

4.2.1 照明程序流程图

红外线传感器检测是否有人 教室内各个区域的红外线传感器和光 光电传感器检测光照的强弱

检测所得信息通过 PLC对照明灯进行图4-4 系统框图

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开始 Y 是否是23：N 关闭照明智能控制器 若电视打开,电视处06：00—18：00 18：00—23：00 光亮是否充Y 是否有N Y N 关灯 是否有Y N 关灯 开灯 开灯 关灯 图4-5 程序流程图

由于浴室更衣室面积较大而且一般是单面采光，所以浴室中会有不同区域光照程度差别很大的现象，而且由于浴室人员的流动性大以及选择位置的不确定性，故设想将更衣室分为不同的区域，利用红外线传感器以及光电传感器对整个更衣室进行分区控制，以最大程度地达到节能效果。这种控制方案的思路如图4-4所示：

如图4-5所示程序流程图，智能系统先是通过时间来判断的，例如如果时间段在23点到6点之间，智能系统控制灯光的功能会进入休眠状态，此时更衣室灯光的控制只能通过手动开关来控制。

另外，如果时间段不在23点到6点之间，系统才会通过判断光照是否充足和有没有人体存在，来合理开关灯的。在更衣室，还要考虑电视的情况，如果更衣室中的

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电视开关开启，系统会延时60秒后，不管电视附近的灯是否开启，智能系统都会关闭电视附近的灯。

4.2.2 系统程序编译

关于浴室设计的系统输入、输出点及地址：

启动开关I0.0、停止开关I0.1、红外探测器I1.0～I1.4、光照传感器I0.3～I0.7、电视开关I0.2。T37和T38为定时器。为了减少输出点数，一个区域作为一个输出点，其地址Q0.0～Q0.4。表4-1为I/O地址分配表。

表4-1 I/O地址分配表。

输入点 元件名称 启动开关 停止开关 电视开关 光照探测器 红外探测器 地址编码 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3～I0.7 I1.0～I1.4 输出点 元件名称 电视区域灯 区域1灯 区域2灯 区域3灯 区域4灯 地址编码 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4

用SETP7软件编写的控制程序如下所示。 网络1 ：

启动开关I0.0闭合后，中间继电器M0.0通电并自锁，只有当停止开关I0.1按下后，M0.0才断开。见图4-6：

图4-6 网络1

网络2和网络3：

M0.0保持通电时，计时器T37计时3000*100ms=5分钟后，其常开触点闭合，计数器C1计数一次，同时网络2中T37的常闭触点断开。

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