一種基于pid控制的照度自動控制系統(tǒng)【開題報告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設計開題報告</b></p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p>　　一種基于PID控制的照度自動控制系統(tǒng)</p><p><b>　　選題的背景、意義</b></p><p>　　設計一個基于PID控制的智能LED照明控

2、制器，能夠根據(jù)外界光強自適應調整LED燈光亮度，周期性采集室內光強、溫度等環(huán)境信息并及時響應用戶的控制命令，達到智能控制和節(jié)約能源的目的。設計目標為延長LED光源壽命、改善工作環(huán)境、提高照明質量、實現(xiàn)多種照明效果，具有應用價值[1]。</p><p>　　隨著我國經濟建設的發(fā)展，照明對能源需求和消耗不斷加大，城市路燈公共照明用電占城市用電量10%[2]。目前大多數(shù)公共場所照明系統(tǒng)依賴人工控制或觸發(fā)定時的控制方式，

3、不具備根據(jù)自然光的變化自動調節(jié)照明系統(tǒng)的能力，會造成環(huán)境光照過強或過弱，低效率、高能耗、光污染等問題仍然較為突出[3]。國內關于照明系統(tǒng)自動控制的研究逐步走向實用階段，高壓鈉的模糊預測控制成功應用在人工溫室，達到了較高的精度r- [4]。光源自適應控制在影像測量中取得了良好的效果，能夠在0．7s內能拍攝出清晰的圖像，但其系統(tǒng)復雜度高，不適合在公共場所推廣[5]。</p><p>　　二、相關研究的最新成果及發(fā)展趨

4、勢 </p><p>　　自動控制系統(tǒng)（automatic control systems）是在無人直接參與下可使生產過程或其他過程按期望規(guī)律或預定程序進行的控制系統(tǒng)。[6]自動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)自動化的主要手段。簡稱自控系統(tǒng)[7]。</p><p>　　目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發(fā)展也經歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段[

5、8]。智能 控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)[9]。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構、輸入輸出接 口?？刂破鞯妮敵鼋涍^輸出接口、執(zhí)行機構，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、 變送器、執(zhí)行機構是不一樣的[10]。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器[11]。目前，PID控制及

6、其控制器或智能PID控制器 （儀表）已經很多，產品已在工程實際中得到了廣泛的應用，有各種各樣的PID控制器產品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調節(jié)器 (intelligent regulator)，其中PID控制器參數(shù)的自動調整是通過智能化調整或自校正、自適應算法來實現(xiàn)。有利用PID控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等</p>

7、<p>　　自動照明控制系統(tǒng)是利用先進電磁調壓及電子感應技術，對供電進行實時監(jiān)控與跟蹤，自動平滑地調節(jié)電路的電壓和電流幅度，改善照明電路中不平衡負荷所帶來的額外功耗，提高功率因素，降低燈具和線路的工作溫度，達到優(yōu)化供電目的照明控制系統(tǒng)[14]。</p><p>　　其主要特點為:1.系統(tǒng)可控制任意回路連續(xù)調光或開關。2.場景控制：可預先設置多個不同場景，在場景切換時淡入、淡出。3.可接入各種傳感器對

8、燈光進行自動控制。4.移動傳感器：對人體紅外線檢測達到對燈光的控制；如人來燈亮，人走燈滅（暗）。5.光亮照度傳感器：對某些場合可根據(jù)室外光線的強弱調整室內光線，如學校教室的恒照度控制。6.時間控制：某些場合可以隨上下班時間調整亮度。7.紅外遙控：可用手持紅外遙控器對燈光進行控制。8.系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)：可系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，利用上述控制手段進行綜合控制或與樓宇智能控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)[15]。</p><p>　　自動照明控制系統(tǒng)在確保燈具

9、能夠正常工作的條件下，給燈具輸出一個最佳的照明功率，既可減少由于過壓所造成的照明眩光，使燈光所發(fā)出的光線更加柔和，照明分布更均勻，又可大幅度節(jié)省電能，自動照明控制系統(tǒng)節(jié)電率可達20%-40%。自動照明控制系統(tǒng)它可在照明及混合電路中使用，適應性強，能在各種惡劣的電網(wǎng)環(huán)境和復雜的負載情況下連續(xù)穩(wěn)定地工作,同時還將有效地延長燈具壽命和減少維護成本[16]。針對不同的工作場合，自動照明控制系統(tǒng)還可分為單相和三相兩種類型[17]。</p&g

10、t;<p>　　三、課題的研究內容及擬采取的研究方法（技術路線）、難點及預期達到的目標</p><p>　　1．主要內容: 設計一個基于PID控制的智能LED照明控制器，能夠根據(jù)外界光強自適應調整LED燈光亮度，周期性采集室內光強、溫度等環(huán)境信息并及時響應用戶的控制命令，達到智能控制和節(jié)約能源的目的。設計目標為延長LED光源壽命、改善工作環(huán)境、提高照明質量、實現(xiàn)多種照明效果，具有應用價值。

11、 2．基本要求: 以SST89E516RD2單片機作為核心控制單元，設計包括以下： a).硬件電路的設計。包括測量電路，調理電路，AD采樣電路，控制單元電路、輸出電路，電源模塊等。 b).通過對單片機編程，在LCD液晶上實現(xiàn)測量信號的動態(tài)實時顯示，顯示環(huán)境信息等相關參數(shù)。 c).整合程序，編程實現(xiàn)照度的PID自動控制功能。 d).完善程序，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。 </

12、p><p>　　3.研究方法：要求實現(xiàn)對觀測點照度的自動控制，能夠人工設定觀測點參考照度。系統(tǒng)可以劃分為以單片機為核心的控制部分、光強傳感器的信號輸入部分、LED光源的控制量輸出部分、用于交互的輸入輸出部分。照度信息經光傳感器采樣后輸入單片機，在單片機內部將實際照度值與設定照度值進行對比，計算出補償照度的數(shù)字控制量。數(shù)字控制量通過調節(jié)PWM 占空比從而控制輸出電壓的有效值，再經執(zhí)行電路驅動LED光源，從而使被控制區(qū)的

13、照度達到設定值。構成的閉環(huán)系統(tǒng)減小了由于光源器件的非線性、溫度漂移等因素產生的輸出誤差。觀測點所需的照度信息采用紅外方式輸入，系統(tǒng)工作狀態(tài)由LCD顯示。系統(tǒng)框圖如圖所示。</p><p><b>　　開始</b></p><p>　　是否繼續(xù) 是</p><p><b>　　否</b></p>

14、<p><b>　　結束</b></p><p><b>　　軟件流程圖</b></p><p>　　4.技術難點：PID的參數(shù)選擇，PID的硬件實現(xiàn)。</p><p>　　5.預期達到的目標：PID 控制器是一個在工業(yè)控制應用中常見的反饋回路部件。這個控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個參考值進行比較，然后把這個差別用于

15、計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達到或者保持在參考值。和其他簡單的控制運算不同，PID控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準確，更加穩(wěn)定。</p><p>　　在完成畢業(yè)設計期間，主要完成以下的工作： 1、針對系統(tǒng)需求進行硬件設計，繪制系統(tǒng)原理圖并根據(jù)原理圖設計了PCB板，完成了整個硬件系統(tǒng)的搭建及系統(tǒng)的調試工作。 2、研究單片機的體系結構

16、、匯編指令集及使用單片機的開發(fā)工具鏈、編程與調試環(huán)境進行開發(fā)調試。 3、將系統(tǒng)進行整體的調試，并加以改進，保證系統(tǒng)能正常運行。</p><p>　　四、論文詳細工作進度和安排</p><p>　　1）2010年12月1日--2011年1月10日 閱讀相關文獻，查找、分析資料，完成開題報告、文獻綜述、外文翻譯的撰寫 2）2011年2月28日--3月5日 明確功能

17、需求與性能需求 3）2011年3月5日--4月15日 進行總體設計，對系統(tǒng)各模塊功能設計 4）2011年4月15日--5月31日 完成畢業(yè)論文撰寫 5）2011年5月27日--5月29日 論文答辯</p><p><b>　　五、主要參考文獻</b></p><p>　　[1] 靳旗,袁其才.C-BUS智

18、能照明控制系統(tǒng)的應用[J].甘肅科技,2006,(06)  [2] 張國威.淺談住宅室內照明的智能控制[J].廣東科技,2005,(08)  [3] 帥仁俊,王智,陸偉良.智能燈光控制系統(tǒng)及其節(jié)能分析[J].能源研究與利用,1997,(06)  [4] 王茗,劉其會.智能燈光控制器在節(jié)能節(jié)電管理工作中的應用[J].節(jié)能技術,1998,(06)  [6]

19、0;陳明華,劉其會.智能型燈光控制器的研制與應用[J].節(jié)能 ,1998,(11)  [7] 洪美芳.“隨意控”系列智能環(huán)境照明控制系統(tǒng)[J].藝術科技,2006,(03)  [8] 段志強,王寶石.住宅室內環(huán)境照明設計[J].遼寧師專學報(自然科學版),2005,(04)  [9] 馬禮民,王慧俊.網(wǎng)絡化數(shù)字調光系統(tǒng)——現(xiàn)代燈光控制系統(tǒng)新理念[J].藝術科技,

20、2000,(04)  [10] 史永基,苗祎玲.室內照明與光保健[J].家用電器.消費,1999,(01)  [11] 范為福,杜虹.智能控制系統(tǒng)的開發(fā)與應用[J].成組技術與生產現(xiàn)代化,2000,(02)  [12] 張國威.淺</p><p>　　[13] [美]喬根森．軟件測試[M]．韓柯，等譯．北京：機械工業(yè)出版社，2003<

21、;/p><p>　　[14] 楊鵬，邱靜，劉冠軍．多模式系統(tǒng)的測試順序優(yōu)化[J]．計算機工程與應用，2008</p><p>　　[15] 萬松松，薛錦云，謝武乎．最小測試用例集生成方法改進及應用EJ]．計算機技術與發(fā)展，2008</p><p>　　[16] 朱鴻，金凌紫．軟件質量保障與測試[M]．北京：科學出版社，1997</p><p&g