3国家863惯性约束核聚变领域资助课题
1997年4月28日收到原稿,1997年8月26日收到修改稿。
丘悦,男,1965年12月出生,博士,副研
列阵均匀照明系统的优化设计
丘 悦 邓锡铭
(中国科学院上海光学精密机械研究所,上海800-211信箱,201800)
摘 要 结合理论分析和神光系列装置均匀照明系统的设计和实验经验,从光的衍射、
干涉与光束质量等角度分析了由透镜或衍射光学元件组成的列阵大焦斑均匀照明系统参数与
靶面焦斑强度分布的关系,提出了列阵系统的优化设计方法。
关键词 列阵光学系统 靶面均匀照明 衍射 干涉 光束质量
在惯性约束核聚变(I CF )实验与高压状态方程及等离子体不稳定性等实验研究中,需要将高功率激光束非常均匀地入射到特定的靶面。为达到这一目的,在神光 和神光 装置上采用了邓锡铭发明的透镜列阵均匀照明系统[1],实践证明,这是一个非常有效的方案,应用它已取得了很好的实验结果。这一方案的核心是准近场照明和用列阵分割波面使得在入射光束近场强度分布很不均匀的条件下仍能获得很均匀的靶面焦斑。一般认为,列阵元的数目越多,靶面焦斑的均匀化效果越好。然而在实验中发现,由于通过列阵系统后各子光束的衍射和干涉效应,列阵系统的参数,诸如列阵元的形状和大小等,对焦斑强度分布有很大的影响。如何优化系统的设计成了一个突出的问题。此外,近年来我们提出了用由衍射光学元件组成的列阵式均匀照明系统方案[2]。在列阵系统的设计方面也存在类似的问题。本文结合在神光系统装置上的实践经验,从列阵系统列阵元参数对焦斑的衍射花样、干涉花样和光束质量的影响等角度出发,分析列阵均匀照明系统的优化设计问题。
1 衍射效应对靶面焦斑强度分布的影响
1.1 衍射对透镜列阵系统的影响
透镜列阵方案的核心是准近场照明以获得平顶的焦斑包络;和利用波面分割与重叠,使得在入射光束近场强度分布很不均匀的条件下仍能获得很均匀的靶面焦斑。一般认为,列阵元的数目越多,靶面焦斑的均匀化效果越好。确实,作为粗略估算,当列阵元数为N 时,N 个子焦斑叠加平均,可望使焦斑均匀度提高约N 倍。然而作这一估算时,我们忽略了一个很重要的因素,即子光束通过列阵元之后的衍射效应。由于衍射,即使入射到列阵元上的子光束是理想均幅平面波,在焦斑上仍会有很强烈的衍射调制。实际上,采用透镜列阵方案时,为了消除衍射的影响,需将靶面放置在一个适当离焦的位置上,使得各子焦斑不完全重叠,从而将衍射条纹抹平。但是这样做的效果是有限的,尤其是当系统的菲涅耳数较小时,菲涅耳衍射环很少,靠离焦补偿是很困难的。
因此,在透镜列阵设计时,必须将衍射效应考虑进去。一般而言,当系统的菲涅耳数很大时,子焦斑的强度分布包络接近入射子光束的近场分布,焦斑边缘陡削,焦斑顶部衍射条纹
第9卷 第4期
强激光与粒子束V o l .9,N o .4 1997年11月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E BEAM S N ov .,1997
数量多且细密。在这种条件下,多个子焦斑适量离焦叠加,能较好地将顶部的衍射条纹抹平,同时保持焦斑边缘陡削,不降低系统的能量利用率。透镜列阵系统的菲涅耳数F n可以用以下公式估算[3]:
F n=d2
4Κ
A
B
+
1
R
(1)
其中,d为透镜列阵元的直径;Κ为激光波长;A、B为从透镜列阵入射面到靶面的ABCD矩阵的矩阵元;R为入射光束的波面半径。在实验室条件下,R可认为趋于无穷大,即入射光束为平行光。而A、B分别为
A=(1-z f m)(1-l f a)-z f0, B=l(1-z f m)+z(2)其中f m为主聚焦透镜的焦距;f a为透镜列阵元的焦距;l为透镜列阵到主聚焦透镜的距离; z为主聚焦透镜到靶面的距离,在不离焦的情况下,z≈f m,在离焦使用的条件下,z≈f m。根据文献[1],d、f m、f a与焦斑直径?之间的关系为
?=d f m f a(3)因此(1)式可以写成
F n≈d2 4Κf a=d? 4Κf m(4)式中,Κ、?及f m的变化余地不大,只有d可以较自由地改变。列阵元尺寸与菲涅耳数成正比。因此从衍射的角度看,增大列阵元的尺寸是有利的。然而,增大列阵元尺寸意味着减少列阵元的数目,从而有可能削弱系统对入射光束近场强度分布不均匀性的补偿能力。所以,应当寻找一个最佳列阵元数目,使得系统对入射光束近场分布的补偿能力与系统菲涅耳数匹配。 对柱面透镜列阵均匀线聚焦系统的数值计算分析[4,5]结果表明,当列阵元数目为4～7时,即能得到很好的靶面辐照均匀度。列阵元数超过7时,焦线的均匀性不见变好,反而变坏,原因就是列阵元的硬边衍射效应。实验研究结果与理论结果一致。在神光- 装置中,所用的透镜列阵系统在<200mm口径内有37个列阵元,焦斑直径为500Λm,系统相应的菲涅耳数为10. 5,焦斑的均匀度约为12%;而在同一装置中所用的柱面透镜列阵均匀线聚焦系统的列阵元数为6,焦线长度为22mm时,系统的菲涅耳数为460,焦线的不均匀度已小于5%[6]。这表明列阵系统对入射光束近场不均匀度的补偿能力相当强,所需要的列阵元数目比原先想象的要少得多。当列阵元数目太大时,焦斑或焦线上列阵元的硬边衍射效应所引起的不均匀性将超过入射光束的近场畸变所引起的不均匀性。
在神光- 装置系统中,四束激光共打一个焦斑,仍用透镜列阵系统方案。神光- 的末级输出激光直径为250mm,主聚焦透镜的焦距为750mm,所需焦斑直径为800Λm。若每路光的透镜列阵系统由19个透镜元组成,系统的菲涅耳数为12.6,所得焦斑均匀度将与神光- 水平相当。若每路光的透镜列阵系统由7个透镜元组成,系统的菲涅耳数为20,将更容易获得一个陡边、平顶的焦斑。考虑到共有四束激光合打一个焦斑,虽然每路光的透镜列阵系统仅7个列阵元,但四路合在一起,共有28个列阵元,足以补偿入射光束的近场强度分布不均匀性。
另一方面,在同一菲涅耳数的条件下,列阵元的形状对焦斑强度分布也有一定的影响。一般说来,矩形和六角形列阵元的边、角较多,可能在焦斑局部造成较强的强度调制;而圆形列阵元因无角而使得焦斑强度调制相对较小,但几何上不可能实现列阵元之间的无缝拼接。
1.2 衍射与入射光束质量对衍射光学元件列阵系统的影响
805强激光与粒子束第9卷
对于由衍射光学元件组成的列阵均匀照明系统,由于设计时就考虑了列阵元的形状以及元件的硬边衍射效应,因此每个列阵元所产生的子焦斑的强度分布在设计时就已基本确定,列阵元的形状和尺寸对靶面焦斑的强度分布影响较小。
然而,衍射光学元件是通过对入射的相位进行调制来改变光束的衍射传输特性,从而在靶面上生成所需的强度分布的。因此,对于由衍射光学元件组成的列阵均匀照明系统,从方案一开始提出至今,它对入射光束质量的宽容度就成为人们普遍关心的焦点问题之一。 研究表明[2],从傅里叶光学的角度看,在衍射光学列阵系统中,衍射光学元件可以看作为空间频谱产生器。入射光束也可以理解为具有一定频谱展宽的光束。当所需焦斑尺寸远大于考虑光束质量影响后透镜聚焦所得的光斑尺寸时,光束质量对靶面焦斑的影响可以忽略。另一方面,研究发现,当入射光束被列阵系统分割时,入射到列阵元上的子光束的光束质量优于分割前的主光束。因此,当激光系统输出光束质量较差时,采用合适尺寸列阵元件组成的列阵系统能有效补偿光束质量的不足,从而从整体上提高衍射光学元件系统对光束波面畸变的宽容度。但是,如果列阵元的尺寸太小,以至其衍射极限焦斑的尺寸就与所需焦斑尺寸可比时,也会对衍射光学元件的设计带来困难。因此,对于由衍射光学元件组成的列阵均匀照明系统,列阵元大小的选择应当是:远小于主光束的尺寸,同时使所需的焦斑远大于子光束相应的衍射极限焦斑。
我们用文献[2]的位相元件作了实验。由于扩束系统的不完善和调整的原因,扩束成
<200mm 后的H e -N e 光的近场分布很不均匀,并有一定的波面畸变。
用扩束后光束入射尺寸为40mm ×40mm 位相元件,产生500Λm ×500Λm 的焦斑。
用扩束后的光束的不同部位入射位相元件,观察焦斑强度分布的变化情况,发现所得的焦斑强度分布的宏观状态基本不变,只是由于入射光束近场强度分布的改变而引起的焦斑强度分布的微观结构发生变化,从而证实了以上观点。
2 靶面干涉花样与列阵元的形状、尺寸的关系
所有的列阵均匀照明系统若不采取时间平滑化措施,其产生的靶面焦斑或焦线都将有多光束干涉条纹,这是此类系统的结构所决定的。很细密的干涉调制可以通过靶面高温等离子体的热平滑效应得到一定程度的平滑。一般按exp (-k ?R )因子平滑。?R 为临界面到喷出面的距离,k 为靶面上空间模的波数。因此条纹越细密,热平滑的效果越好。
为了分析靶面焦斑上的干涉条纹的特性,可以将列阵均匀照明系统看作一个二维光栅。我们先看经过光束中心的一维排列的列阵元的情况。设列阵元数目为N ,口径为d ,则这一排列阵元可视为光栅周期为d 的光栅。根据光栅方程可知,焦斑中心沿列阵元排列方向上的强度分布典型光栅衍射花样,在相邻两个主极大之间有N -2个极大。相邻两个主极大之间的间隔为
?x =Κf m d
(7)因此,增大列阵元的尺寸,即适当减少列阵元的数目,能使靶面干涉条纹变得更为细密,有利靶面焦斑的均匀化。
对于二维排布的列阵系统,其焦斑上的干涉条纹呈两维排列。如果列阵元为矩形正交排布,则靶面干涉条纹将呈横竖正交对称排列;若列阵元为我们目前所用的正六角形排布方式,则干涉条纹在六角形列阵元所对应的三个方向上对称成行。这种结果是不难理解的。然而
905第4期丘 悦等:列阵均匀照明系统的优化设计
015强激光与粒子束第9卷
这只是理想条件下的情况。当入射光束的相位和振幅偏离理想情况时,或者靶面离焦时,条纹各主极大之间的次极大的强度会迅速增长,但单位面积内所接收到的能量大体不变。这无疑对增加条纹的细密度,提高靶面幅照均匀度有利。
3 结 论
我们从光束质量变化、光的衍射和干涉等角度出发,估算了激光束入射到列阵光学系统后光束质量的变化规律;列阵元硬边衍射对靶面焦斑强度分布的影响;各列阵元之间多光束干涉花样与列阵系统参数之间的关系和规律。研究结果表明,当用N倍衍射极限来衡量光束质量时,列阵均匀照明系统对入射光束的波面分割,将使入射到列阵元上的子光束质量优于整个光束的光束质量。因此,对于由衍射光学元件等对入射光束质量敏感的元件组成的列阵均匀照明系统,适当选取列阵元的尺寸,能提高系统对入射光束波面畸变的宽容度。对于透镜列阵系统,由于列阵元的硬边衍射效应,使得子焦斑上有强烈的衍射调制。当列阵元数目太大,使得列阵元尺寸较小,系统的菲涅耳数较小时,这种衍射调制不能通过靶面离焦来抹平,由此引起的辐照不均匀性将超过由于入射光束近场畸变所引起的靶面不均匀性。适当减小系统的列阵元数目,增大列阵元的尺寸,提高系统的菲涅耳数,对抹平靶面上的衍射调制是有利的。所有的列阵均匀照明系统产生的焦斑都有多光束干涉花样。干涉条纹的条纹间距主要由列阵元大小决定,列阵元越大,条纹越密,越容易通过靶面等离子体的平滑效应平滑。条纹的分布特性与列阵元的形状及排布方式有关。
参考文献
1 D eng X i m ing,L iang X iangchun,Chen Zezun,Yu W eny,and M a R enyong.A pp lied Op tics,1986,25(3):377
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6 陈万年,王树森,陈斌,徐艾芬.光学学报,1991,11(9):829
OPT I M IZAT I ON D ESIGN OF THE OPT I CAL ARRAY UN IFOR M
I LL U M INAT I ON S Y STE M S
Q iu Yue and D eng X i m ing
S hang ha i Institu te of Op tics&F ine M echan ics,Ch inese A cad e m y of
S ciences,P.O.B ox800-211,S hang ha i201800,Ch ina
ABSTRACT Com b in ing w ith theo retical analysis and the experiences of the design s and experi m en ts of the un ifo rm illum inati on system s of SH EN-GUAN G serial facilities,the op tical array un ifo rm illum inati on system s con sisted w ith len ses o r diffractive op tics elem en ts w ere analyzed in the po in ts of view s of diffrac2 ti on,in terference and laser beam qualities.T he op tical array un ifo rm illum inati on system s’op ti m izati on de2 sign m ethods w ere suggested.
KEY WOR D S op tical array system,un ifo rm illum inati on on targets,diffracti on,in terference,laser beam quality.
2011级建筑电气工程技术专业课程设计 课程电气照明技术 班级电气 11 姓名刘焘 学号 35110004 指导教师胡联红 时间 2012年12月 城市建设工程系
目录 1 设计方案 (1) 2 用电负荷计算 (3) 3 导线和截面的选择 (8) 4 配电箱和开关的选择 (9) 5 照度计算 (10) 6 参考文献 (11) 7 附件课程设计图纸
设计方案 一、工程概况 1、本工程地上6层, 6层上面有个阁楼, 结构形式为框架结构, 功能为民用 建筑。 2、本设计包括大楼内部的电气部分, 其内容电源设置,防雷接地,照明配电, 配电系统的工作接地 二、设计依据 1、业主提供的设计任务委托书及各职能部门的批复文件 2、其他各种提供的相关技术资料。 3、现行国家和地方有关建筑电气设计规范,标准等 (1) 《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16—92 (2) 《民用建筑设计防火规范》GB50016—2006 (3)《供配电系统设计规范》GB 50052—95 (4) 《低压配电设计规范》GB 50054—95 (5) 《建筑物防雷设计规范》GB 50057—1994(2000年版) 四、供电系统 根据建筑功能对供电可靠性的要求,本工程用电负荷按三级设计 1、供电方式:本工程由附近市政箱变低压配电房引来三路380/220V三相四 线电源至首层总配电箱, 在分别引至各用电点;本工程电力照明配电系统采用TN-S方式供电,进户处PE线接地 2、线路敷设:进户线选用电缆穿刚管埋敷设至总配电箱;支线选用铜芯电线 BV穿PC线管沿建筑物墙.地面、顶楼上暗敷设。 3、照明、插座均有不同的之路供电,所有的插座回路均设漏电器保护。 五、照明系统 1、卧室和客厅的插座均选用二加三孔型, 抽油烟机插座选用带指示灯及开关的三孔插座; 厨房和卫生间的灯具、开关、插座均采用防水防尘型。 2、翘板开关底边距地1.4m; 空调插座底边距地1.8m, 厨房的插座底边距地1.6m, 3、计量表箱嵌墙安装, 底边距地1.4m, 4、照明支路为单相双线制BV(3*1)PVC15 , 插座回路为BV(3*4)PVC20 5、楼梯间平台处照明灯具采用延时控制,以利于节能。 六、防雷 1、本工程按第三类民用建筑要求进行防雷设计。 2、各路电源进线均做重复接地并进行总等电位联结，其接地电阻小于1欧姆。接地网与总等电位箱连接均采用40×4镀锌扁钢 3、在屋面四周设置明装避雷带以防直击雷,
设计名称：智能照明控制系统组别：第五组 组长：XX 组员：XX
基于单片机的智能照明控制系统设计 随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能家居等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。 本文介绍了基于单片机AT89C51的室内灯光控制系统及其原理，提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今较成熟的传感技术和计算机控制技术，利用多参数来实现对学校教室室内照明的控制。 系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。工作时,光信号取样电路采集光照强弱、人体信号采集电路采集室内是否有人、是否为工作时间等信息并将信号送到单片机,单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作,从而实现照明控制,以达到节能的目的。
目录 1 引言....................................................................... 1.1 研究背景.............................................................. 1.2 智能照明控制系统的优点................................................. 2 设计部分................................................................... 2.1设计要求............................................................... 2.2系统设计............................................................... 2.3逻辑控制............................................................... 2.4硬件设计............................................................... 2.4.1 系统硬件总述....................................................... 2.4.2 AT89C51单片机介绍................................................. 2.4.3 光照检测电路....................................................... 2.4.4 人体信号采集电路................................................... 2.4.5 比较电路........................................................... 2.4.6 延迟时间选择电路................................................... 2.4.7 输出控制电路....................................................... 3 系统软件设计及实现......................................................... 4 结论...................................................................... 5 评价……………………………………………………………………………………………….. 6 组员分工…………………………………………………………………………………………..
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
灯光控制系统方案
一、系统概述 系统原理概述 系统所有的单元器件（除电源外）均内置微处理器和存储单元，由一对信号线（UTP5）连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为数字信号在系统总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应回路输出。 系统通过两根总线连接成网络。总线上不仅为每个组件提供24伏直流电源，还加载了控制信号。通过系统编程使控制开关与输出回路建立逻辑对应关系。 系统元件采用 模块化结构、并已 经有系统化产品、 系统扩展方便。同 时，通过专用接口 元件及软件，可能 直截接入电脑进行 实时监控，或接入 以太网进行远程实 时监控。因此在设 计时更加简单、灵活。 系统为分布式控制，模块化结构，可靠性高。任何控制模块均内置CPU，每个输入模块（场景开关、多键开关、红外传感器等）都可直接与输出模块（调光器、输出继电器）通讯（发送指令→接受指令→执行指令），避免了集中式结构中央CPU一旦出现故障造成整个系统瘫痪的弱点。 与BA系统的集成 诺雅照明控制系统是一个开放的系统，通过专用接口软件，可方便地与其他系统连接，如楼宇自控系统、门禁系统、保安监控系统、消防系统等。
中央监控计算 机 Networ k Interface 网络接 系统结构图 网络接口 MR BA 中央监控计 局
二、系统功能和优点 智能照明控制系统在学校应用的功能和优点： 1、实现照明控制智能化 可用手动控制面板，根据一天中的不同时间，不同用途精心地进行灯光的场景预设置，使用时只需调用预先设置好的最佳灯光场景，使人产生新颖的视觉效果。随意改变各区域的光照度。 2、美化环境以达到吸引学生的注意力 好的灯光设计，能营造出一种温馨、舒适的环境，增添其艺术的魅力。良好的环境可以培养学生对其产生更大的兴趣，从而得到更好的学习效果。 利用灯光的颜色、投射方式和不同明暗亮度可创造出立体感、层次感，不同色彩的环境气氛，不仅使学生有个很好的学习环境，而且还可以产生一种艺术欣赏感，对课程产生强烈的研究精神。 3、可观的节能效果 由于智能照明控制系统能够通过合理的管理，根据不同日期、不同时间按照各个功能区域的运行情况预先进行光照度的设置，不需要照明的时候，保证将灯关掉；在大多数情况下很多区域其实不需要把灯全部打开或开到最亮，智能照明控制系统能用最经济的能耗提供最舒适的照明；系统能保证只有当必需的时候才把灯点亮，或达到所要求的亮度，从而大大降低了学校的能耗。 4、延长灯具寿命 灯具损坏的致命原因是电压过高。灯具的工作电压越高，其寿命则成倍降低。反之，灯具工作电压降低则寿命成倍增长。因此，适当降低灯具工作电压是延长灯具寿命的有效途径。智能照明控制系统能成功地抑制电网的冲击电压和浪涌电压，使灯具不会因上述原因而过早损坏。还可通过系统人为地确定电压限制，提高灯具寿命。智能照明控制系统采用了软启动和软关断技术，避免了灯丝的热冲击，使灯具寿命进一步得到延长。 智能照明控制系统能成功地延长灯具寿命2-4倍。不仅节省大量灯具，而且大大减少更换灯具的工作量，有效地降低了照明系统的运行费用，对于难安装区域的灯具及昂贵灯具更具有特殊意义。 三、设计依据 《民用建筑设计通则》GB503522005 《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-92
基于CC2530的校园智能照明系统设计 摘要：目前校园建设正朝着全面数字化、网络化、智能化的方向发展，因此研究并开发一种校园智能照明系统具有重要的实际意义。针对传统的校园照明系统在节约能源和应用灵活性方面存在的缺陷和不足，以CC2530为核心，将物联网技术与网络通信技术相结合，设计了一种既能够节能又能灵活适应校园文化活动的智能照明系统。 关键词：CC2530；校园；智能照明；物联网技术 中图分类号：V279+.2 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）06-52-04 Abstract：At present，the campus construction is developing in the direction of comprehensive digitization，networking and intelligence，so it has important practical significance to research and develop a kind of campus intelligent lighting system. Aiming at the defects and deficiencies of traditional campus lighting system existed in energy saving and application flexibility，taking CC2530 as the core，combining Internet of Things with network communication technology，an intelligent lighting system is designed in this paper，the system is energy-saving and can
基于AT89C52单片机和BIS0001的智能照明控制系统设计 类别：网文精粹阅读：1013 对一些照明时间较长、照明设备较多的场所(如学校教室、商场等)，其照明系统的使用浪费现象屡见不鲜。由于缺乏科学管理和管理人员的责任心不强，有时在借助外界环境能正常工作和夜晚室内空无一人时，整个房间内也是灯火通明。这样下来，无形中所浪费的电能是非常惊人的。据测算，这种现象的耗电占其单位所有耗电的40％左右。因此，有必要在保证照明质量的前提下，实施照明节能措施。这不仅可以节约能源，而且会产生明显的经济效益。 1系统结构和工作原理 系统结构图如图1所示。本系统主要由光照检测电路、热释电红外线传感器及处理电路、单片机系统及控制电路组成。工作时，光照检测电路和热释电红外线传感器采集光照强弱、室人是否有人等信息送到单片机，单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作，从而实现照明控制，以达到节能的目的。
2系统硬件设计 按图1构成的系统硬件电路如图2所示。为了使系统功能更加完善，在该系统中可以增加时间显示电路，用于显示当前的时间。由于该部分硬件与软件均已成熟，在此不做详细介绍。 2.1中心控制模块 目前较为流行的单片机有AVR和51单片机，从系统设计的功能
需求及成本考虑，51单片机性价比更高。AT89C52是拥有2个外部中断、2个16位定时器、2个可编程串行UART的单片机。中心控制模块采用AT89C52单片机已完全满足设计需要，实现整个系统控制。 2.2光照检测电路 如图2所示，当外界环境光照强时，光敏电阻R13阻值较小，则A点电平较低；当外界环境光照弱时，光敏电阻R13阻值较大，则A 点电平较高，将此电平送到单片机，由程序控制是否实现照明。 2.3热释电传感器及处理电路 2.3.1热释电红外线传感器 热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点。实际使用时，在热释电传感器前需安装菲涅尔透镜，这样可大大提高接收灵敏度，增加检测距离及范围。实验证明，热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜，则其检测距离仅为2 m左右；而配上菲涅尔透镜后，其检测距离可增加到10 m以上。 由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小(小于1 mV)，不能直接作为照明系统的控制信号，因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路，使得传感器输出信号的不规则波形转变成适
广东石油化工学院电工电子技术毕业设计题目家庭照明电路 目录
一、总体方案与原理说明. . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .3 二、客厅单元电路.. . . . . . . .. . . . . .. .. . . . . . . .. .. . . . . .. . . .. . . .. . . . 4 三、厨房电路单元. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . .6 四、卧室单元电路图. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . ..8 五、卫生间单元电路. . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . .9 六、走廊阳台灯的自动控制系统. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . .. .. . . .9 七、电线的相关资料. . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . ..10 八、工程造价.. . . . . . . .. . . . . .. .. . . . . . . .. .. . . . . .. . . .. . . .. . . . . . (12) 九、设计总结与心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . .. . . . .. .13 十、附图：总电路及客厅单元电路图. . . . . . . . .. . . . . .. . . . .. . . . .. .14 十一、附图：厨房及卧室单元图. . .. . . . . .. . . . .. . . . (15) 十二、卫生间单元图. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . .. . . . .. . . . (16) 十三、仿真电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . .. . . . .. . . . ..16 十四、仿真电路图. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . (17) 一、总体方案与原理说明 家向来是我们温暖的港湾，所以合理对家庭照明电路进行总体布线以及安装是很重要的，甚至于关乎着人们的生命，所以家庭照明电
摘要 目前，大多数校园照明系统仍然使用人工控制，大学的电能消耗中,照明用电占了绝大部分，工作时间长,且常采用手动控制方法,造成了浪费，其缺点是控制复杂、修理困难、容易发生误动作。针对这种情况，本设计使用西门子S7-200 PLC代替传统的人工控制校园照明系统。采用了PLC智能控制，系统稳定可靠，完全满足学校的照明要求，校园照明系统主要有道路控制输出信号、景观灯输出信号、公共绿地输出信号，根据PLC控制原理对其进行I/0分配和绘制照明系统流程图及编写校园照明智能控制系统梯形图控制程序。最后经过模拟仿真运行，能够实现当设备发生故障或出现某些不正常运行情况时，由自动控制变换人工控制，在排除故障后再次实现自动控制满足照明智能控制系统的要求。通过测算,每年节约电能达25%以上,灯具的使用寿命也有所提高,系统稳定可靠,完全满足了学校的照明要求,达到了预想的结果。 关键词：照明系统西门子S7-200 输出信号智能控制节能
Abstract At present, most campus lighting systems still use manual control, University of electric energy consumption, lighting electricity accounted for the vast majority, long working time, and often uses the method of manual control, resulting in a waste, the disadvantage is the control of complex, difficult, error prone repair action. In view of this situation, the artificial control of campus lighting system uses the design of Siemens S7-200PLC instead of the traditional. The PLC intelligent control, the system is stable and reliable, fully meet the requirements of the school campus lighting, lighting system main road control output signal, the output signal of the public green space landscape lamp, the output signal, according to the I/0 distribution and rendering lighting system flow chart and the preparation of intelligent lighting control system of campus ladder diagram of control program for the PLC control theory. Finally through the simulation operation, can be achieved when the equipment failure or some abnormal operating conditions, by automatic control transform manual control, automatic control meet again intelligent lighting control system requirements in troubleshooting. Through the calculation, annual savings of electricity can reach above 25%, the service life of the lamp is increased, the system is stable and reliable, fully meet the school lighting requirements, to achieve the desired result Keywords： Lighting system Siemens the output signal of the S7-200 intelligent control Energy saving
基于PLC的校园照明智能控制系统设计 ［摘要］目前，大多数校园照明系统仍然使用人工控制，其缺点是控制复杂、修理困难、容易发生误动作。针对这种情况，本设计使用西门子S7-200PLC代替传统的人工控制校园照明系统。采用了PLC智能控制，系统稳定可靠，完全满足学校的照明要求，校园照明系统主要有道路控制输出信号、景观灯输出信号、公共绿地输出信号，根据PLC 控制原理对其进行I/0分配和绘制照明系统流程图及编写校园照明智能控制系统梯形图控制程序。最后经过模拟仿真运行，能够实现当设备发生故障或出现某些不正常运行情况时，由自动控制变换人工控制，在排除故障后再次实现自动控制满足照明智能控制系统的要求。 ［关键词］照明系统；西门子S7-200；输出信号；智能控制 Intelligent Control of Campus Lighting Based on Programmable Logical Controller Electrical Engineering And Automation Specialty* * * Abstract:At present the illumination system of the majority of our campus is still using the traditional manual control system, whose disadvantages are complex control, difficult to repair, prone to malfunction. For this situation, this paper uses the Siemens S7-200 and designs the system to control the campus lighting system instead of traditional artificial control，Programmable Logical Controller intelligent control system was adopted on the new campus, the control system is reliable enough to meet the requirement of campus lighting, The system mainly includes incident the output signal of the road、the decorative lights and the green fields. Which composes the I/0 allocation tables and flowing diagram and the ladder diagram control programs of the illumination system of the campus. Through the simulation, it is able to turn to manual control from the automatic system when the facilities generate the phenomenon of the malfunction and abnormal,the automatic system turn on after people to find and orderly deal with the malfunction ,and fulfills the requirements of the system of the intelligent control. Key words:The illumination system; Siemens S7-200; the output signal; intelligent control
电气照明系统设计流程 第一步；确定范围 确定设计内容为电气照明系统，其中包括普通照明，备用照明和应急疏散照明等部分 第二步：查阅规范 查阅相关规范，并且将设计所需的规范条例了解清楚（PS:一般规范：《建筑照明设计规范》、《建筑设计防火规范》、《建筑照明术语标准》、《供配电系统设计规范》、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》、《电力工程电缆设计规范》等） 第三步：确定其各房间照度值 根据规范确定各房间的照度值，备用照明和应急照明的设置要求（包括备用照明和应急照明的供电方式）（PS:查阅《建筑照明设计规范》的第五章、第六章） 第四步:确定其功率密度 确定之后查询照明设计规范确定所需设计的功率密度（PS:查阅《建筑照明设计规范》的第六章（取现行值）） 第五步：灯具选型 确定设计所需要的灯具型号（灯具选型），须知道灯具的详细参数（PS:查阅相关资料，了解清楚每种灯具的光通量、光效值、功率瓦数） 第六步：确定其各房间灯具数量 根据功率密度的要求算出每个房间需要的灯具数量 ①利用天正电气中的照度计算功能 A. 选定房间，确定其房间面积 B. 填写利用系数，一般洁净室内的利用系数取0.8-0.9，非洁净区取0.7-0.8，室外0.5-0.7。 C. 填入光源参数，主要填写总的光通量 D. 填写照度要求、功率密度，维护系数一般去标准0.8 E. 得出结果（灯具数量），注意查看功率密度是否满足条件，如满足，这方案成立；如不满足，需要调整灯具种类，从而达到满足条件。 ②利用灯具数量的计算公式
A.计算灯具数量：公式：N = EA / (ΦUK) 其中：Φ-- 光通量lm, N -- 光源数量, U -- 利用系数, A -- 工作面面积m2, K -- 灯具维护系数，E-- 平均照度lx B.得出结果（灯具数量），再计算出功率密度:公式：LPD=ΣΡ/A 其中：LPD-- 功率密度W/m2,ΣΡ-- 所有照明设备的总功率W, A -- 工作面面积m2 C. 注意查看功率密度是否满足条件，如满足，这方案成立；如不满足，需要调整灯具种类，从而达到满足条件。 第七步：排布灯具 在画好的厂房底图上面按照矩阵规则布置灯具位置（做到整齐美观即可），并且确定应急灯具和疏散灯具的位置（PS:应急照明及疏散照明的照度查阅《建筑照明设计规范》的第五章5.5.2）第八步：确定其供电回路及开关安装 灯具布置好之后根据照明设计规范确定供电回路和开关的样式及安装位置(PS:供电回路查阅《建筑照明设计规范》的第七章7.2;开关的样式及安装位置查阅《建筑照明设计规范》的第七章7.3) 第九步；确定其配电箱的位置 根据规范要求、业主的需要确定配电箱的位置 第十步：布线 确定好回路和各种设备位置后就开始布线，在图纸中反映出来（应急线路最好使用不同颜色走线加以区分） 第十一步：配电箱系统图 根据设计好的图纸画出配电箱系统图，系统图中需反映出配电箱的名称和使用的各断路器的型号规格，回路数量，三相负荷分布，进出线路的型号规格以及线路敷设方式： ①支路总功率的计算:该条支路上所有照明设备的总功率 ②计算电流: a.根据功率估算: 三相：1KW→2A 单相：1KW→6A B.根据公式计算：
* * * 大学 本科生毕业设计（论文） 学院（系）：电子与电气工程学院 专业：电气工程及其自动化 学生： 指导教师： 完成日期2012 年5 月 ****本科生毕业设计（论文）
基于PLC的校园照明智能控制系统设计 Intelligent Control of Campus Lighting Based on Programmable Logical Controller 总计：27 页 表格： 2 个 插图：15 幅 *****本科毕业设计（论文）
基于PLC的校园照明智能控制系统设计 Intelligent Control of Campus Lighting Based on Programmable Logical Controller 学院（系）：电子与电气工程学院 专业：电气工程及其自动化 学生姓名： 学号：104091120032 指导教师（职称）： 评阅教师： 完成日期：
基于PLC的校园照明智能控制系统设计 电气工程及其自动化* * * ［摘要］目前，大多数校园照明系统仍然使用人工控制，其缺点是控制复杂、修理困难、容易发生误动作。针对这种情况，本设计使用西门子S7-200PLC代替传统的人工控制校园照明系统。采用了PLC智能控制，系统稳定可靠，完全满足学校的照明要求，校园照明系统主要有道路控制输出信号、景观灯输出信号、公共绿地输出信号，根据PLC 控制原理对其进行I/0分配和绘制照明系统流程图及编写校园照明智能控制系统梯形图控制程序。最后经过模拟仿真运行，能够实现当设备发生故障或出现某些不正常运行情况时，由自动控制变换人工控制，在排除故障后再次实现自动控制满足照明智能控制系统的要求。 ［关键词］照明系统；西门子S7-200；输出信号；智能控制 Intelligent Control of Campus Lighting Based on Programmable Logical Controller Electrical Engineering And Automation Specialty* * * Abstract:At present the illumination system of the majority of our campus is still using the traditional manual control system, whose disadvantages are complex control, difficult to repair, prone to malfunction. For this situation, this paper uses the Siemens S7-200 and designs the system to control the campus lighting system instead of traditional artificial control，Programmable Logical Controller intelligent control system was adopted on the new campus, the control system is reliable enough to meet the requirement of campus lighting, The system mainly includes incident the output signal of the road、the decorative lights and the green fields. Which composes the I/0 allocation tables and flowing diagram and the ladder diagram control programs of the illumination system of the campus. Through the simulation, it is able to turn to manual control from the automatic system when the facilities generate the phenomenon of the malfunction and abnormal,the automatic system turn on after people to find and orderly deal with the malfunction ,and fulfills the requirements of the system of the intelligent control. Key words:The illumination system; Siemens S7-200; the output signal; intelligent control
正奇金融广场 智能照明控制系统 设 计 方 案 书 项目名称：正奇金融广场 项目类别：智能照明控制系统 文本类型：设计方案
概述 *****多功能商业大楼。该大楼智能照明控制系统为地上二至五层，其主要功能区有上百间商铺，走廊，卫生间及一些公共区域。
第一部分：前言 网络时代的发展，应引入智能化的概念。在传统的楼宇自控系统中，一般只包括了综合布线、计算机网络、安防、消防、闭路电视监控等子系统。但近年来，随着经济的发展和科技的进步，人们对照明灯具节能和科学管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要。而在楼宇大厦建设热潮中，各大公司企业和他们的建设者也意识到了智能照明的重要性。商业楼宇大功率动力和制冷设备比重较少，照明灯具则相对比重更多。使用照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势，提高学校的科学管理水平。 节能是照明控制系统的最大优势。传统的楼宇公共区域照明工作模式，只能是白天关灯，晚上开灯。而采用了智能照明控制系统后，我们可以根据不同场合、不同的人流量，进行时间段、工作模式的细分，把不必要的照明关掉，在需要时自动开启。同时，系统还能充分利用自然光，自动调节室内照度。控制系统实现了不同工作场合的多种照明工作模式，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命。 第二部分：商场用电现状 2.1商场用电概述 随着改革开放的不断深入和发展，各行各业正在发生着日新月异的变化，建筑行业的崛起和变化更是来势迅猛、内容纷繁，现代化的建筑千姿百态、造型各异并逐步呈现出高、大、全、新的特点。现代建筑的层数越来越高，占地面积越来越大，内部设施越来越完善，功能越来越齐全，所用设备和材料则越来越新。商业建筑的发展必然伴随着照明创新的繁荣，现代商业建筑照明设计的发展趋势
1、概述 “节能、智能科技与美学是21世纪建筑业的主题。” 现代建筑中照明系统对于能源的消耗已经高达35%，建筑界已经引入“绿色”照明的概念，其中心思想是最大限度采用自然光源、设置时钟自动控制、采用照度感应和动静传感器等新技术。现代东莞商业中心环境不仅要有足够的工作照明，更应营造一个舒适的视觉环境，减少光污染。照明已经成为直接影响工作效率的主要因素之一，因此，越来越引起人们的高度重视。做好照明设计，加强照明控制设计，已成为现代化东莞****智能化设计的一个重要内容。 2、项目需求分析 作为大量使用灯光的建筑，对于智能照明的需求具有以下特点： 控制区域类型较多，包括大堂区，走廊，楼梯间，电梯厅等；以及6－38层写字楼的公共走廊，室外亮化景观照明，地下车库照明，地下商业部分等的照明控制。 ●灯光耗能量大，因此对于照明节能的要求较高，效果要求显著； ●人流量和照明量存在线性比例关系，人流量越多，需要打开的光源越多； ●顾客对于灯光有较高的指标要求，在不同的区域、不同的场合来设置不同的场景。 根据本项目业主、设计单位针对本项目的直接沟通交流，并结合以往智能灯光在项目实施中的实际经验，我们对于本项目各控制区域需要用到的控制手段分析如下：
3、方案设计 根据需求，我们设计以下控制方案： 照明控制区域说明： 3.1公共区域（大堂、走廊、电梯厅） 走道、电梯厅在*****是必不可少的，在大楼走道、电梯厅等区域的照明是最能体现智能照明的节能特点。没用到智能照明的情冴下，当走道无人经过的时候灯却依然亮着，这就大大浪费了电能，而智能照明系统可以有效的进行管理。 大堂 大堂是客人进入****商务区的必经之路，是光临****的第一感觉，其灯具的选用和灯光布置不只是为了大堂照明的需要，更应考虑照明的气氛及照明与建筑装潢的协调。作为一个高级大楼的大堂应该最大限度地为客人提供一个舒适、优雅、端庄的光环境。 大堂采用场景控制，在大堂内配置可编程控制面板迚行灯光控制。通过可编程控制面板可以实现多种不同场景的切换，如：“白天模式”、“傍晚模式”、“夜间模式”等，不同模式开启不同的灯光。 同时，在一层的大堂内配置一个液晶触摸屏，该触摸屏可对整座大厦内所以智能照明受控回路的控制。 走廊 走廊采用自动照明控制，正常工作时间全开，非工作时间改为减光照明，节假日无人时可以只亮少量灯。在电梯厅入口处配置一个可编程控制面板，可根据需要手动控制就近灯具的开关。在走廊通道中，配置相应数量的红外感应器，可实现随着人员走动开启灯光的功能。当人员离开红外探测范围内，灯光延时自动关闭。 下图为公共区域（走廊）照明控制原理图（仅供参照）： 值班模式：半开
课程设计 课程名称：建筑供电与照明工程 题目：食堂电气系统与照明设计 专业班次：10（三）建筑电气 1 组员： 指导教师： 学期：2011-2012 学年第二学期日期：2012.06
第一章设计任务简介 1.1任务要求 某职业技术学院第二食堂电气系统设计：设计本学院第二食堂的供电系 统、电气照明系统的系统图、平面布置图、设备接线图。 照明系统设计： 1）确定照明种类、灯具形式、照度标准； 2）确定照明线路型号的选择及敷设方式； 3）绘制照明灯具平面布置图。 1.2建筑基本情况简介 该建筑总面积为 891m2,建筑层数为 1 层。高 3.5m。其中洗菜房40m2， 厨房 88m2营业台 72m2，小卖部 32m2，洗碗室 47m2，瓦罐坊 22m2，1号楼梯进口20m2，2号楼梯进口 27m2，用餐区 543m2。主要用电设备有：分体空 调 2 台，容量 4.75kw/ 台。吸顶电风扇 34 台，容量 0.075kw/ 台。冰箱 3 台，容量 1.26kw/ 台。屋面层热源水泵 2 台，容量 5.4kw/ 台。电热蒸气两用蒸饭机 2 台，容量 12kw/台，抽油烟机 4 台，容量 0.2kw/ 台。电视 3 台，容量 0.15kw/ 台。落地扇 8 台，容量 0.37kw/ 台，灭蝇灭蚊灯 1 台，容量 0.04kw/ 台。预留室外照明容量10kw.预留立面照明 10kw. 消毒柜 2 台，容量 0.29kw。 1.3设计依据 《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008 《建筑设计防火规范》 GB 50016-2006 《民用建筑设计通则》GB50352-2005
智能照明控制系统毕业设计 篇一：基于单片机的智能照明控制系统设计 本科生毕业论文(设计) 题目室内智能照明控制系统的研究与设计学生姓名李天顺学号 XX专业班级建筑电气与智能化10101班指导老师曾进辉 XX年11月 基于单片机的智能照明控制系统设计 摘要 随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。楼宇智能化的发展与成熟，也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。 本文介绍了基于单片机AT89C51的室内灯光控制系统及其原理，提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今比较成熟的传感技术和计算机控制技术，利用多参数来实现对学校教室室内照明的控制。 系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。该照明控制系统的主控制器、分控制器分别是以AT89C51和AT89C2051单片机为基础，实现了通信、信号采集、控制与显示等功能。使用光电子镇流器，使光源具备自动调节功能。文中详细地
描述了控制电路的设计过程，包括：光信号取样电路、人体信号采集电路、键盘与LED显示电路、RS485通信电路、照明灯控制电路、看门狗电路以及信号处理电路等。对于软件设计主要有主控制器、分控制器的有线通信程序设计以及灯光控制、定时控制、键盘扫描与LED显示等程序设计。 工作时,光信号取样电路采集光照强弱、人体信号采集电路采集室内是否有人、是否为工作时间等信息并将信号送到单片机,单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作,从而实现照明控制,以达到节能的目的。 关键词：智能控制，主控制器，分控制器，单片机，定时控制 The Control System for Intelligent Lighting Based on Single–chip Microcomputer Author: Li Guozhong Tutor: Sun Man Abstract With the rapid development of electronic technology, the system of control based on Single-chip Microcomputer is widely applied in industry, agriculture, electric power, electron, intelligent building and so on. Microcomputer, as the subject and