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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 智能家居照明供電和調(diào)光系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 設(shè)計(jì)了一種能夠按照人的意愿調(diào)節(jié)室內(nèi)光照強(qiáng)度的智能調(diào)光系統(tǒng)。采用單片機(jī)和CPLD來(lái)產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM波。本系統(tǒng)能夠?qū)κ覂?nèi)外的光照和人們的需求進(jìn)行綜合計(jì)算分析，從而將光照調(diào)節(jié)到最適宜的強(qiáng)度。系統(tǒng)還允許用戶通過(guò)上位機(jī)對(duì)其進(jìn)行訪問，參數(shù)修改和功能設(shè)置。此外，本系統(tǒng)采用了智能太陽(yáng)跟蹤式太陽(yáng)能供電，而且太陽(yáng)能電池板可以跟隨陽(yáng)光而轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到更高的能源采集效率。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品是一個(gè)完整的智能供電和調(diào)光照明系統(tǒng)，包含： ① 一個(gè)可以遠(yuǎn)程控制的智能調(diào)光控制器。以單片機(jī)C8051F020為核心，接收上位機(jī)的命令，分析處理后對(duì)CPLD發(fā)出信號(hào)，調(diào)整CPLD產(chǎn)生的PWM的占空比，改變受控LED燈的亮度，最終改變室內(nèi)光照強(qiáng)度。 室內(nèi)的光照控制系統(tǒng)可以提供自動(dòng)照明模式，不需手動(dòng)開關(guān)，就可以在不同情況下自動(dòng)檢測(cè)、調(diào)整以使得室內(nèi)光照最適宜；有特殊需求時(shí)，用戶還可以設(shè)定自定義模式。 ② 一套可以根據(jù)太陽(yáng)光線情況，自動(dòng)調(diào)整太陽(yáng)能電池板角度及方向的太陽(yáng)能蓄電系統(tǒng)。以AVR單片機(jī)為核心，具有傳感器、太陽(yáng)能電池板。單片機(jī)接收傳感器信息，分析判斷當(dāng)前位置是否為光照最強(qiáng)位置，若不是，則對(duì)電機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)向命令，直到電池板到達(dá)最佳光強(qiáng)位置。 ③ 一個(gè)布局LED光源的房屋的仿真模型。太陽(yáng)能蓄電系統(tǒng)置于房屋外部，可以把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并提供給整個(gè)調(diào)光系統(tǒng)使用。 ④一個(gè)人機(jī)交互系統(tǒng)。由Visual Basic 編寫，用于對(duì)系統(tǒng)工作方式、控制參量進(jìn)行更改。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品的設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于人們對(duì)未來(lái)理想家居環(huán)境中個(gè)性化的光照需求以及節(jié)能、環(huán)保的供電要求。 我們的設(shè)計(jì)以提高家居照明系統(tǒng)的自動(dòng)化程度為出發(fā)點(diǎn)。采用了體積小巧且成本低廉的單片機(jī)C8051F020作為控制器； 加入CPLD模塊，以此實(shí)現(xiàn)多路燈同時(shí)控制的效果；采用TSL2561芯片作為傳感器，可以獲得高精確度的實(shí)時(shí)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，反饋給控制器。此外，為了使得整個(gè)系統(tǒng)對(duì)用戶更加友好，我們?cè)O(shè)計(jì)加入了上位機(jī)模塊，具有窗口化、易操作的界面。 相比于其它的同類作品，我們的創(chuàng)新點(diǎn)在于： 1、提供了完整的新型節(jié)能家居照明范例； 2、引入CPLD為單片機(jī)控制器提供邏輯控制服務(wù)，方案簡(jiǎn)單，成本低，可擴(kuò)展性好； 3、實(shí)現(xiàn)了多路燈同時(shí)控制的目的。 主要技術(shù)關(guān)鍵: 1、選用低成本的單片機(jī)C8051F020作為控制器芯片； 2、自定義單片機(jī)和CPLD之間的四線通信協(xié)議，簡(jiǎn)單實(shí)用； 3、用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板的雙自由度調(diào)節(jié)，使用了高精度的電機(jī)控制技術(shù) 4、采用VB編寫上位機(jī)人機(jī)交互界面。 技術(shù)指標(biāo)： 1、在標(biāo)準(zhǔn)模式下，經(jīng)由系統(tǒng)調(diào)控，可以得到的光照強(qiáng)度范圍為：30—650 lux，這個(gè)范圍已經(jīng)足夠滿足生活中的光照強(qiáng)度需求。 2、目前同時(shí)實(shí)現(xiàn)14路燈光的控制，同時(shí)涵蓋多個(gè)房間。 3、目前每路最多可以帶載4個(gè)工作電壓為3V的高亮LED燈。若增加驅(qū)動(dòng)能力，燈的路數(shù)和每路的帶載個(gè)數(shù)還可以繼續(xù)增加。 4、太陽(yáng)能系統(tǒng)中的電池板可以在垂直角度為15°到165°，水平360° 。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 現(xiàn)有的自動(dòng)光照控制系統(tǒng)通常有以下兩類控制方案： 1、以單片機(jī)作為控制器，利用傳感器采集室內(nèi)環(huán)境光照度，采用脈寬調(diào)制方法調(diào)節(jié)MOS管，進(jìn)而調(diào)節(jié)LED的發(fā)光亮度，最終維持室內(nèi)光照度在一個(gè)設(shè)定的水平。 2、基于ARM9芯片與ZigBeeCC2480芯片控制的、應(yīng)用于家居中的智能無(wú)線照明系統(tǒng)。用戶可以控制協(xié)調(diào)器通過(guò)路由器向該路由器節(jié)點(diǎn)上的任意一個(gè)終端設(shè)備發(fā)送信號(hào)，終端設(shè)備接收到命令并產(chǎn)生PWM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的多級(jí)調(diào)光控制。 現(xiàn)有的研究通常都完成了采用單片機(jī)對(duì)LED燈做控制的目的，同時(shí)加入檢測(cè)環(huán)節(jié)使得系統(tǒng)自動(dòng)控制。加入的ZigBee模塊使得無(wú)線控制成為可能。 但是由于實(shí)際生活中，使用者大多不是開發(fā)者，現(xiàn)有的研究缺乏友好的人機(jī)交互；此外，實(shí)際生活中每個(gè)LED燈自有一個(gè)控制器非常不現(xiàn)實(shí)，因此一個(gè)控制器同時(shí)控制多路燈非常重要。這也是我們采用CPLD的原因。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年3月獲“北京市大學(xué)生科學(xué)研究與創(chuàng)業(yè)行動(dòng)計(jì)劃”作品 學(xué)校二等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；現(xiàn)場(chǎng)演示；圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 交互控制軟件可以安裝在任何一臺(tái)商用計(jì)算機(jī)上。軟硬件系統(tǒng)運(yùn)行后，可以選擇自動(dòng)控制模式。若使用者有個(gè)人需求，可選擇自定義模式，在彈出的窗口中對(duì)各個(gè)房間光照進(jìn)行設(shè)置。完畢后保存并執(zhí)行，系統(tǒng)就會(huì)按照設(shè)定執(zhí)行。 相較于其他同類作品，本作品優(yōu)勢(shì)在于一個(gè)控制器可以同時(shí)控制多路LED燈，非常實(shí)用；上位機(jī)人機(jī)交互界面非常友好，易于使用。 本作品控制部分成本低、使用方便，安裝簡(jiǎn)單，加之太陽(yáng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)及供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可以很方便地推廣到簡(jiǎn)單多居室房屋或別墅中使用。不僅可以提高居室個(gè)性化照明質(zhì)量，也為智能家居的環(huán)境控制提供一個(gè)很好的系統(tǒng)解決方案。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，可以推廣到更多人家。
同類課題研究水平概述
- 現(xiàn)有的自動(dòng)光照控制系統(tǒng)通常有以下兩種控制方案： 1、以AVR單片機(jī)作為控制器，利用光照傳感器采集室內(nèi)環(huán)境光照度，采用脈寬調(diào)制方法調(diào)節(jié)MOS管，進(jìn)而調(diào)節(jié)LED的發(fā)光亮度，最終維持室內(nèi)光照度在一個(gè)設(shè)定的水平。【1】 2、基于ARM9芯片與ZigBeeCC2480芯片控制的、應(yīng)用于家居中的智能無(wú)線照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有上電自組網(wǎng)的功能，用戶可以控制協(xié)調(diào)器通過(guò)路由器向該路由器節(jié)點(diǎn)上的任意一個(gè)終端設(shè)備發(fā)送信號(hào)，終端設(shè)備接收到命令并產(chǎn)生PWM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的多級(jí)調(diào)光控制?！?】 現(xiàn)有的研究基本都是以單片機(jī)為控制器，發(fā)送PWM波信號(hào)對(duì)LED的光照強(qiáng)度進(jìn)行控制。外加光照強(qiáng)度檢測(cè)裝置形成閉環(huán)控制。當(dāng)室外光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí),室內(nèi)燈具亮度自動(dòng)調(diào)暗,室外光強(qiáng)較弱時(shí),室內(nèi)燈具亮度自動(dòng)調(diào)亮,從而達(dá)到自動(dòng)控制光照強(qiáng)度目的。加入ZigBee模塊，允許無(wú)線通訊，使得系統(tǒng)使用更方便。可以解決傳統(tǒng)照明系統(tǒng)具有布線麻煩、可擴(kuò)展性差、節(jié)能效率低等缺點(diǎn)。 上述成果的缺點(diǎn)有：操作不易，人機(jī)交互不友好；一個(gè)控制器難以同時(shí)控制多路燈，實(shí)用性差；采用的ZigBee雖然可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊，但是由于ZigBee技術(shù)本身的特點(diǎn)，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，僅僅解決了接線復(fù)雜的問題，實(shí)際應(yīng)用缺陷仍然存在；采用市電供給整個(gè)系統(tǒng)使用，沒有真正上實(shí)現(xiàn)綠色家居。 本作品主要針對(duì)以上問題進(jìn)行了設(shè)計(jì)， 給出了一套低成本、可擴(kuò)展、理念先進(jìn)的解決方案。
