1、傳感器應(yīng)用課題題 目 教室日光燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè) 電氣控制與自動(dòng)化班級(jí) 電氣工程與自動(dòng)化 2010 級(jí) 2 班/學(xué)號(hào)2012 年11 月 24 日教室日光燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要： 常言道“眼睛是心靈的窗戶” ,而燈則是指引心靈的方向標(biāo)。在生活中， 我們無時(shí)無刻不在地使用著燈 ,當(dāng)我們?cè)谛@的時(shí)候我們需要來到教室里學(xué)習(xí) ,然 而當(dāng)大家離開教室時(shí)有許多教室的燈依然亮著 ,這樣就會(huì)造成大量資源浪費(fèi) ,因此 我們?cè)O(shè)計(jì)一種既不浪費(fèi)國家電力又很方便實(shí)用的照明燈系統(tǒng)是很有實(shí)用價(jià)值意 義的一件事。關(guān)鍵詞： 傳感器； PLC; 延時(shí)電路1 課題研究的目( 1)鍛煉學(xué)生自學(xué)能力和靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力 ,寫作能力和

2、口頭表達(dá)能力(2) 鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神2 課題設(shè)計(jì)的原理當(dāng)教室里有人時(shí)，日光燈就亮，當(dāng)無人的時(shí)候，經(jīng)過幾分鐘，燈熄滅。在白天光線很亮的情況下，即使教室中有人，日光燈也不亮。3 設(shè)計(jì)思路(1) .該設(shè)計(jì)需要兩種傳感器，熱感應(yīng)傳感器與光線傳感器。(2) .“當(dāng)無人的時(shí)候，經(jīng)過幾分鐘，燈熄滅。 ”由此可知在電路中熱感應(yīng)傳感器應(yīng)該串聯(lián)一個(gè)時(shí)間繼電器。(3) .“在白天光線很亮的情況下，即使教室中有人，日光燈也不亮。 ”由此可知光線傳感器應(yīng)該實(shí)現(xiàn)電路的關(guān)斷功能。(4) .要使該電路正常工作， 那么光線傳感器不應(yīng)放置在教室部， 因?yàn)樵撾娐房刂频娜展鉄舯旧肀銜?huì)影響光感應(yīng)傳感器，使電路失效。(5) .電路有

3、多種控制方法，我們選擇 PLC 作為電路的控制部分，因?yàn)?PLC . 編程簡單而且可以用 PLC部的定時(shí)器來代替時(shí)間繼電器， 節(jié)省成本、 簡化電路。4 資料查找(1)熱釋電傳感器熱釋電傳感器又稱人體紅外傳感器， 被廣泛應(yīng)用于防盜報(bào)警、 來 客告知及非接觸開關(guān)等紅外領(lǐng)域壓電陶瓷類電介質(zhì)在電極化后能保持極化狀態(tài)， 稱為自發(fā)極化。自發(fā)極化 隨溫度升高而減小， 在居里點(diǎn)溫度降為零。因此，當(dāng)這種材料受到紅外輻射而 溫度升高時(shí)， 表面電荷將減少，相當(dāng)于釋放了一部分電荷，故稱為熱釋電。將 釋放的電荷經(jīng)放大器可轉(zhuǎn)換為電壓輸出。這就是熱釋電傳感器的工作原理。當(dāng)輻射繼續(xù)作用于熱釋電元件， 使其表面電荷達(dá)到平衡時(shí)，

4、 便不再釋放電荷。 因此， 熱釋電傳感器不能探測恒定的紅外輻射。（2）光線傳感器2002 年的 諾基亞 7650（7650 還帶有揚(yáng)聲器感應(yīng) ）開始，便有了光線傳感器，它的好處就是可以根據(jù)手機(jī)所處環(huán)境的光線來調(diào)節(jié)手機(jī)屏幕的亮度和鍵盤燈。 比如在光線充足的地方，屏幕很亮，鍵盤燈就會(huì)關(guān)閉；相反，在暗處，鍵盤燈 就會(huì)亮，屏幕較暗 （與屏幕亮度的設(shè)置也有關(guān)系 ），這樣既保護(hù)了眼睛又節(jié)省了能 量，一舉兩得。 而且光線傳感器在進(jìn)入睡眠模式的時(shí)候， 會(huì)發(fā)出藍(lán)色周期性閃動(dòng) 的光，甚是好看光線傳感器位于前攝像頭旁邊的一個(gè)小點(diǎn)， 如果在光線充足的情況下（室 外或者是燈光充足的室） ，大概在 2-3 秒之后， 鍵盤

5、燈會(huì)自動(dòng)熄滅， 即使你再 操作機(jī)子， 鍵盤燈也不會(huì)亮 , 除非到了光線比較暗的地方，又一個(gè)鍵盤燈才會(huì) 自動(dòng)的亮起來； 如果在光線充足的情況下， 你試著用手將光線感應(yīng)器遮上， 2-3秒之后， 鍵盤燈會(huì)自動(dòng)亮起來， 這個(gè)就是光線感應(yīng)器的作用， 是起到一個(gè)節(jié) 電的功能， 畢竟這個(gè)機(jī)子很費(fèi)電。怎樣檢測光線感應(yīng)器是否有問題 , 下面來看看你的光線傳感器是不是正常 工作的：在待機(jī)狀態(tài)下， 將手機(jī)的副攝像頭左邊的光線傳感器置于臺(tái)燈或強(qiáng)光下， 按 “掛斷”鍵，手機(jī)鍵盤燈應(yīng)熄滅， LCD 背景燈應(yīng)常亮。在待機(jī)狀態(tài)下， 將手機(jī)的副攝像頭左邊的光線傳感器用手指遮住， 按“掛斷” 鍵，手機(jī)鍵盤燈應(yīng)開啟， LCD 背景

6、燈應(yīng)稍暗。如果你的鍵盤燈不能像上述一樣變化， 而是在任何情況下都是常亮的話， 那 你的機(jī)器就是有問題的了。（3）時(shí)間繼電器原理在交流電路中常采用空氣阻尼型時(shí)間繼電器 ,它是利用空氣通過小孔節(jié)流的 原理來獲得延時(shí)動(dòng)作的。它由電磁系統(tǒng)、延時(shí)機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)三部分組成。時(shí)間繼電器可分為通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型兩種類型?？諝庾枘嵝蜁r(shí)間繼電器的延時(shí)圍大 （有0.4 60s 和0.4180s 兩種） ，它結(jié) 構(gòu)簡單 ,但準(zhǔn)確度較低。當(dāng)線圈通電（電壓規(guī)格有 ac380v 、ac220v 或 dc220v 、dc24v 等）時(shí)，銜 鐵及托板被鐵心吸引而瞬時(shí)下移， 使瞬時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)接通或斷開。 但是活塞桿和杠 桿不能同時(shí)

7、跟著銜鐵一起下落， 因?yàn)榛钊麠U的上端連著氣室中的橡皮膜， 當(dāng)活塞 桿在釋放彈簧的作用下開始向下運(yùn)動(dòng)時(shí)， 橡皮膜隨之向下凹 , 上面空氣室的空氣 變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。 經(jīng)過一定時(shí)間， 活塞桿下降到一定位置，便通過杠桿推動(dòng)延時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作，使動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。從線 圈通電到延時(shí)觸點(diǎn)完成動(dòng)作， 這段時(shí)間就是繼電器的延時(shí)時(shí)間。 延時(shí)時(shí)間的長短 可以用螺釘調(diào)節(jié)空氣室進(jìn)氣孔的大小來改變。 吸引線圈斷電后， 繼電器依靠恢復(fù) 彈簧的作用而復(fù)原?？諝饨?jīng)出氣孔被迅速排出。 2（4）接觸器接觸器（ Contactor ）狹義上是指能頻繁關(guān)合、承載和開斷正常電流及規(guī)定 的過載電流的開斷和關(guān)

8、合裝置。 它應(yīng)用于電力、 配電與用電。 接觸器廣義上是指 工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場， 使觸頭閉合， 以達(dá)到控制負(fù)載的電器。 接 觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開觸頭和常閉觸頭） 和滅弧裝置組成。（5）PLC可編程邏輯控制器 （ Programmable Logic Controller ，），它采用一類可編程的 存儲(chǔ)器，用于其部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作 等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 / 輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn) 過程。PLC的優(yōu)點(diǎn)1. 使用方便，編程簡單采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識(shí)， 因

9、此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制 方案而不拆動(dòng)硬件。2. 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高一臺(tái)小型 PLC 有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件， 有很強(qiáng)的功能， 可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很 高的性能價(jià)格比。 PLC 可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。3. 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)PLC 產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件 裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同 規(guī)模的系統(tǒng)。 PLC 的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 PLC 有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)

10、一般的電磁閥和小型交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件 的變化。4. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器，由于 觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障。 PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間 繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器 控制系統(tǒng)的 1/10-1/100 ，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力， 平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn) 現(xiàn)場， PLC 已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。5. 系

11、統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、 計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法來設(shè)計(jì)。這種編程方法很 有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)梯形圖的時(shí)間比設(shè)計(jì)相 同功能的繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。PLC 的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開關(guān)來模擬， 通過 PLC 上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接 線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系 統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。6. 維修工作量小，維修方便PLC 的故

12、障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC 或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù) PLC 上的發(fā)光二極管或編程器提 供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故5 所需元件熱釋電傳感器 (SEBBA SB0072 ) 光線傳感器 (SENBA D57 系列 ) 時(shí)間繼電器( SXJ48-V )接觸器 (ZAJ9)PLC(西門子 S7-200 CPU224)6 項(xiàng)目電路設(shè)計(jì)整個(gè)電路分兩部分：控制電路與工作電路PLC 的兩（1）控制電路：以 PLC為控制中心，熱釋電傳感器、光線傳感器作為 個(gè)輸入端， PLC 的輸出端接控制日光燈開關(guān)的線圈。2）工作電路：包括接觸器與日

13、光燈3）系統(tǒng)原理框圖4）PLC程序設(shè)計(jì)PLC 梯形圖如下：如圖所示，熱釋電傳感器與光線傳感器分別接 PLC的 X0、X1 兩輸入端，線 圈 Y0 接接觸器。 當(dāng)光線傳感器得到感應(yīng)時(shí)，即白天光線充足時(shí)， X1 的常閉觸點(diǎn)斷開， 線圈不得電，電路無法工作。 當(dāng)光線傳感器 X1 無信號(hào)或弱信號(hào)輸出時(shí)， 即夜晚光線不足時(shí)，電路才能正常工作。 當(dāng)有人進(jìn)入教室，熱釋電傳感器得到感應(yīng)，此時(shí) X0 的常開觸點(diǎn)閉合、 常閉觸點(diǎn)斷開，線圈 Y0 得電并自鎖，此時(shí)日光燈亮。當(dāng)所有人離開教 室，熱釋電傳感器停止感應(yīng)，電路啟動(dòng)斷電延時(shí)程序，經(jīng) 180 秒（ 3 分鐘）后，線圈斷電，日光燈滅。 傳感器位置圖示光線傳感器位

14、置 a：此位置位于上方墻角，受到日光燈光照的干擾較小，適用于 抗干擾力強(qiáng)，精度高，價(jià)格較昂貴的光線傳感器。光線傳感器位置 b ：此位置位于窗臺(tái)，基本上完全不受室日光燈光線的干擾，但 是傳感器本身卻易受到雨水等因素的影響， 適用于抗干擾能力弱， 精度較低， 價(jià) 格便宜的光線傳感器。7 總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)選題是由我們小組 3 人討論決定的， 完成設(shè)計(jì)我們小組用時(shí) 2 個(gè)星期。在課題可行性的方面上我們覺得這個(gè)課題很適合我們現(xiàn)階段的能力， 在 我們確定課題后， 隨即我們就分工任務(wù)。 各自負(fù)責(zé)自己的部分， 然后在一起討論 確定最佳的設(shè)計(jì)。在編寫課題設(shè)計(jì)時(shí)，我們一致認(rèn)為最先確定設(shè)計(jì)的主要模塊。開始認(rèn)為在這 個(gè)主要模塊設(shè)計(jì)時(shí)不會(huì)花費(fèi)很多的時(shí)間， 之后才知道原來簡單的事情自己動(dòng)手也 是這么的復(fù)雜。在很多細(xì)節(jié)的地方我們沒有注意到。 隨后我們參考了很多的文獻(xiàn)， 也在網(wǎng)上收集了資料。不斷修改，不斷完善了我的課程