智能自动化无开关家居装潢电气控制系统设计

智能自动化无开关家居装潢电气控制系统设计第一套（以装潢）使用房系统控制论述（一）概述（1）设计系统的构成感应源：被动式热释红外感应接收器、为人体信号采集源。采光源：光敏感应器、采集室内外光亮度，目地一、识别白天与夜晚、目地二、控制人在室内时的能见度。触摸控制屏：首先设计采用了大面积触摸控制，1、红外接近开关2、被动式热释红外接收器共同所组成，实现墙体大面积人体手动控制、电气，灯光等动作、取代传统机械开关。输入转换：光电电子元件组合，将采集的输出信号源与PLC输入端之间安全隔离，防止输入源的脉冲干扰，实现模/数转换与偶合。中央处理：PLC可编程PC程序处理器、实现电脑计算，远程控制等一系列控制处理。输出控制：单独输出的无触点交直流固态继电器，控制每一个灯光与电气设施。电源配套设施：相序识别器、单相L、N线识别保护器、漏电保护器、DC24V/12V/5V开关电源、末端220V交流输出限流器等组成。电视机电源控制：采用了红外线遥控控制，不管是什么样的红外线遥控器均可开启电源、实现了无选择接收方式，解决了遥控器匹配烦的问题。（二）功能介绍自动识别人体的存在与否，根据室内外的光照明暗度来控制灯光开或者关的选择。保证在人体存在的情况下，白天不亮晚上亮的原则上实行自动开关，实现照明、起到又节能又方便的控制模式。方便的解决了人们，在无人在家的时候忘记关闭电气而担心的后顾之忧，更解除了晚上能见度差的时候找开关的麻烦，还有打破传统开关控制模式，无需在墙壁上定位安装，只要在顶或者直线7m圆球范围内隐蔽安装，就可实现范围内自动控制、还可起到间接防盗作用。也可手动控制，在墙体上安装有红外光电扫描接近开关和幕帘型被动式人体热释红外接收器所组成的触摸控制屏，在它的直线范围内只有人体碰触墙体就动作一次，并给PLC输入一个开关量，由PLC输出指令信号，指定的交直流固态继电器工作启动照明或者起到电气设施。当需要手动关的时候，也同样碰触一下墙体就可关闭设施。它是一开二关的动作模式来实现功能，因为它的面积大无需定位，直接实现由人体热释红外感应器来识别是否人体触碰，从而避免了非人体碰触而造成的误动作。中间环节也就是输入转换部分，本人第一套第一款是采用了普通小型HH54型的继电器，为中间转换控制而使用。（目的是因为它的取材容易，直观的可以发现问题的所在，为人们提供了维修上的方便而采用的）但是它与电子来比存在一定的缺陷，如体积大，安装组合都是用电线连接等，由于完全电气化的特性控制组合，在整体上不够美观，动作也没有电子控制来的迅速灵敏可靠等一系列的电气化的特性。故在第二套实验套房中，改变了设计方案，全部采用电子光电耦合、隔离方式，来实现高灵敏的中间转换控制。底板均采用PCB印刷电路板，更新了美观和去除了第一套时的电气电线连接的繁琐，更加接近了家庭自动控制要求的档次感。输出采用无触点电子双向可控硅固态继电器，固态继电器过零触发的非线性输出特性，可以避免传统开关打开时对电器设施的瞬间冲击波而造成的使用寿命，还可防止电气设施相互之间的电源脉动干扰，保护了用电设施的2次伤害。PLC的应用，众所周知自从美国通用公司1964年开发以来到现在，广泛应用在工业自动化领域和航空、车辆、自动控制系统上，它的功能发展到现在已经成为了中央处理系统的核心配置、它的技术成熟性是不可否定的，故而把PLC应用到家居自动化控制系统上，配合外在的感应器，可以灵活的体现智能现代自动化家居优越性，去迎合人们对现代物质水平发展控制要求。传统的开关因为受到机械量的限制，最多只能做到4联，也就是4个地方控制一个电气设施、但还不是市场上随便可以买到的开关、还受到安装位置难的局限性和布线难等因素的限制，难以实现现代社会发展的控制要求。本系统因为在设计上采取PLC为核心的中央处理器，配合外在的感应器，就可以实现一个地方去控制多个地方，也可以多个地方来控制一个地方，不受任何的限制，布线也容易，因为感应器环节的转换，在PLC输入端只是得到DC/24V开关量的一个信号源，即便控制线路短路，也不会产生燃烧的可能。因为有了PLC的配置，可以灵活的更新控制流程，还可随时加装设施和扩展功能，实现远程控制和异地控制。电源采用多层多级的综合保护方式，保证用电的可靠安全性。感应器与PLC输入端耦合的环节，均采用全隔离的DC24V/12V/5V开关电源供电，因为在直流电源输出到控制部件之间均装有限流电阻，使人在操作过程中即使漏电也实现安全无忧。L/N相、零线识别器的设立，主要是为了保护用电设施控制端有效的对相线开断控制而设立的，同时也保证了人为因素所造成相零线之间的错乱而产生相线该断时而不断的现象，避免了不该有无谓的损失。同时也间接的起到了过压保护。至于在电视电源控制的设计上，在第二套实验房中就采用了无选择性红外遥控接收器，做到了任何红外遥控器都可以控制开启电源的特性，避免了因遥控器不同而造成无法控制使用的局面。至于具体的过程和它的作用能力与技术应用能力会在第二篇论文中着重提出。综合所述，各部件的分工合作共同组成一个有序的智能自动化现代家居电气数字化控制系统。为以后的自动化家居装潢发展奠定了基础。希望能在日新月异的科技发展带来的温馨，能走进并“照顾”好人们的生活起居与安定，让人们更好的享受美好的生活科技空间。（三）门窗设计详述打开大门并进入时，首先感应的是安装在过道顶上的人体热释红外感应器，由感应器感应到人体后输出一个动作电信号给输入转换控制电路并过滤、当输入转换电路中的光耦合元件得到过滤过的动作信号时，其内部发光元件发出一束红外，光耦元件的另一端光敏三极管，接收到足够强的红外光照时元件导通，给PLC的输入端X端一个给定控制信号。在此同时PLC上也时刻在接收着室外和室内的光敏感应器（这里简称采光源）送来的光强度信号，并在PLC的内部处理器中由编好的程序计算处理，当室外的光线暗到一定值时（也就是设定值）PLC就进入等待接通状态，等到室内采光源也到达设定值时，PLC才完全接通去控制照明。当人体进入后首先感应的是过道顶上的热释红外感应器，热释红外感应器接收到人体活动信号后传送给PLC，PLC经程序处理后，在达到设定条件时，发出指令开启过道顶灯，实行照明。它的原则是白天不亮晚上亮，人在时亮而人去灯灭。都受室内和室外这两个采光源所控制。假如在防盗门上进行改装，可以设计成为自动识别家居主人在与不在，假如不在的话未经主人容许，就可立即报警并自动关闭门窗便于警察捉贼。本来在设计过程中有这一项功能，由于资金与条件限制等多种因素关系从而未能实现。具体事项如下：【在原来的防盗门上加装指纹锁和密码锁，还有电话指令锁。这几个操作的流程只有家居的主人才知道。控制的要求条件，在主人不在的情况下，必须有一组有效的密码或者指令，最加上钥匙才能正常的打开门锁，（除指纹感应锁直接正常打开以外）除此之外都当作小偷来看待。当小偷进入后设定延时启动时间为30秒，当设定时间到达后PLC自动发出指令，门由加装在墙体内的控制电机动作驱动防盗门关闭，在有锁的一边墙体内伸出65号钢筋卡死防盗门。在这此时PLC同时发出警报通知小区保安，并通过无线电话报警器，发给主人一组进贼信息、由主人到达后必须通过指纹感应与钥匙才能打开门锁、这样有效阻止了小偷的逃跑。】【假如在低层次的住房内，必须加装窗户的自动防盗与自闭系统，才能有效的实施抓贼。】【对于报警防盗系统，在正常的供电基础上，另加了两组各24V/14A/h的蓄能电池，各动作部件都为24V直流电压做电源。设计目地是防止拉闸限电而造成报警系统无法正常运行。】【煤气报警系统是在基于国家有害气体漏气测定动作标准的基础上来实施控制的。在漏气浓度10%LEL时报警器输出信号，由PLC去指令动作部件（气体安全电磁阀）立即关闭阀门，并同时打开自动窗户，实施通风排气。】【窗帘在设定的光强度中进行自动控制、当室外的光强度上升到设定值后，在窗帘打开的情况下PLC计算出动作信号，经窗帘驱动步进电机反馈控制信号，经分析后发出指令，实施打开的窗帘关闭。要打开时，当人体接近到窗帘的一定值时，安装在窗帘旁边的红外扫描器，只要人体去触碰红外扫描器范围内的墙体，在窗帘关闭的情况下，窗帘会动作打开，反之关闭。窗帘的手控动作为触碰一次在打开的情况下动作为关上，在窗帘关上的情况下动作为打开、如此循环。当所有感应都没有接收到人体信息的同时，延时为30分钟后发现开着的窗帘时，指令信号发出的动作为关闭，但是条件为室外的光强度达到设定值后，才实施关闭动作。】【窗户智能自动控制系统，主要是通过室外湿度传感器与风力测速传感器、配合人体热释红外感应器，光电接近开关，步进电机转动检测计数传感器（光耦合微型电子开关）、室内温度传感器和室外温度传感器等组成。把取得的信号传输给PLC，由PLC处理后发出指令给步进电机，经丝杆传动实施智能自动控制。具体设计如下：当室外湿度达到设定值时，湿度传感器输出一个信号给PLC，由PLC感知后与窗户驱动开和关动作的步进电机上的检测器加以分析，计算出窗户动作的状态，只要计算出窗户没有完全关闭或完全打开着的，就发出指令，让步进电机工作关闭窗户。防止雨水进入房间、同时还可以配合防盗器一起动作，起到防盗又可抓贼。风力传感器主要任务是完成风力测速，只要风力达到设定值，动作也和上述一样，关闭窗户保护室内环境的安宁与平静。风力传感器另一个功能是，配合室内环境的自然温度与室外温度，室内温度平均值上升到28度以上时，只要计算得出室外温度低于室内，并且风力在3级以下，湿度感应器容许的情况下，时间在晚上20点以前的前提下，它就会自动开启提供室内通风。（注；当手动操作动作为关闭的时候，不会自动开启、只有等到白天和晚上交替过后才回到自动状态。）。窗户的手动控制的过程和照明一样，都由红外光电接近开关负责控制开启或关闭，不一样的地方就是在窗户设计卫点动作模式、只要人手碰触在受控的墙体上，窗户就会自动动作开或者关的行程，手一离开它就停止行程。也就是碰一下动一下持续碰持续做往复行程运动的过程】。（四）灯光照明控制模式前面简单的提到过，也拿大门进入后的过道灯做了详细的例子解述，故在这里过道灯的控制模式不再详述。根据房子的结构与布局不同，在灯光的设计方案也同时有所变动，故此现在就拿第一套的使用房和第二套的实验房，实际应用的控制模式来进行论述。（1）第一套使用房的灯光控制模式在室内空间光照明暗度（暗度）达到设定值，也就是室内在感应器感应范围内暗度达到一定值（设定值），当人体进入大门并被热释红外接收器，接收送入PLC的输入端X端，由PLC经室内与室外的采光度比较与计算后，发出指令，开启门庭过道顶灯实施照明。开启的条件是，1必须室内达到设定的一定暗度、2必须有一定量度的热释红外辐射与光谱频段波长（因为感应器的设定红外接收波长为10UM左右）、同时接收器的安装位置也控制了感应的有效区域，本套使用房的门庭过道人体感应器安装于门内框顶上，只有当人体打开门并进入后，才会触动感应器控制灯光照明。（因本套设计为第一套自动电气控制系统，经验不足，故而未有人体进入计数与人体活动区域的检测控制等综合测算能力，从而留下了一定的遗憾）。当人体离开过道之后，因感应器未接收人体的特定红外光谱辐射，系统进入计时关闭程序，过30秒后自动关闭过道照明顶灯。（此延时关闭时间可以根据要求进行调整与设定）。（更改设置必须由电脑特定软件进入PLC的CPU里面，调出程序找到位置，才可更改设定）。除手动触摸控制外，其余自动控制都受采光源钳位控制。餐厅顶灯照明原理也和过道照明顶灯一样，只要人体进入（安装在餐厅顶上的人体热释红外感应器）感应范围内，设定条件的容许下自动开启照明顶灯，实施照明。当人体走完后感应器持续无感应到达设定值（本设定值为3min）自动关闭照明，并同时程序复位，等待下一次的启动。[在本套设计实施过程中，对于厨房、餐厅、更衣室、走廊的设计原理和动作模式都一样，因为热释红外感应器的工作原理和特性，它是捕捉活动人体的移动红外辐射线，与环境反射红外相比较，处理后输出信号源的，只要人体在感应范围内，(也就是以感应器的平面为顶点，按照115度的放射直