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摘要：本文首先对智能照明管理系统进行了简要介绍，然后从总体设计思想、总体组成与工作过程、主控上位机、楼层控制器、教室控制器、组态软件结构与系统功能等几方面介绍了高校教室照明智能管理系统的设计，该系统可有效地对教室里的照明设备、学生人数以及教室使用情况等进行管理。
关键词：高校教室照明；智能管理；组态王软件；网络技术
1.引言
高校教学场所用电主要包含教学投影设备、扩音设备、照明设备、空调设备等，从常年使用与耗电情况来看，节电环节在于照明设备的有效管理上。由于大学开放型的管理模式和全员节能意识淡薄，目前全国各个高校的教室普遍存在着严重的电能浪费现象，普遍给校方的电费支出带来沉重的负担[1-4]。
本文首先对智能照明管理系统进行了简要介绍，然后从总体设计思想、总体组成与工作过程、主控上位机、楼层控制器、教室控制器、组态软件结构与系统功能等几方面介绍了高校教室照明智能管理系统的设计。
2.智能照明管理系统简介
智能照明管理系统，是根据某一区域的功能、每天不同的时间、室内光亮度或该区域的用途来自动控制照明，其中最重要的一点就是可以预设，即具有将照明亮度转变为一系列设置的功能。这些设置也称为场景，可由调光器系统或中央建筑控制系统自动调用。智能照明管理系统分为独立式、特定于房间式或大型的联网系统。在联网系统中，调光设备安装在电气柜中，由传感器和控制面板组成的外部设备网络来操作。联网系统的优势是可以从许多点来控制不同的房间或区域。
3.系统总体设计与组成
3.1 总体设计思想
系统设计从保证系统可靠性和降低成本，并具有通用性、实时性和可扩展性等方面着手[7]。
（1）.网络拓扑采用总线式结构，如图1所示。这种结构比环型结构吞吐率低，但结构简单、成本低，且无源抽头连接，系统可靠性高。
（2）.CAN遵循ISO标准模式。具体定义了数据链路层和物理层，在工程上，这两层通常由CAN控制器和收发器实现。CAN总线控制器通常有两类：一类是在片的CAN微控制器，采用这种器件可以方便用户制作印刷板，电路图也比较紧凑；另一类是独立的CAN控制器，可以使开发人员根据需要选用比较实用的单片机。本系统选择独立的CAN控制器。
（3）.该系统的上位机是PC机。由于PC机有多条扩展槽，利用局域网通信卡，使得该系统很容易与其他部门连网，便于统一调度和管理。另外选用PC机还可以充分利用现有的软件工具和开发系统，方便快捷地设计功能丰富的计算机软件。该系统的控制台由PC机、PC总线适配卡和相应的软件组成。
（4）.传输介质采用双绞线。为了进一步提高系统的抗干扰能力，在控制器与传输介质之间采取光电隔离。
（5）.信息传输采用CAN通信协议。该系统的主要通信方式是控制台向各个控制器发送控制数据以及各控制器向控制台发回各种检测信息。
图1.系统总体组成结构示意图
3.2 系统的总体组成与工作过程
系统采用基于RS485和CAN总线的分布式集散控制系统对学校教学楼用电设备进行控制和管理。整个系统采用三级两层网络构成，即教室控制级、楼层控制级、主控上位机级以及CAN网络、RS485网络。教室控制级和楼层控制级采用的是以MCS-51-8051单片机为中央处理器的控制系统。主控上位机级则使用的是北京亚控公司提供的组态王6.53，在组态王提供的编程环境下编制了上位机监控程序，可以实现对教室内的教室控制器所采集到的信息的接收、处理，并且利用组态王提供的全中文、图形化、动态化的监控界面，从而可以很轻松的实现教室用电状况、学生人数等信息的实时监控和统计。对于网络部分，在教室同一楼层采用RS485标准构建的数据采集网络，而在楼层与监控中心（主控上位机）之间采用CAN网络进行通讯，系统整体组成框图如图1所示。所有的教室控制器和楼层控制器都需要构筑在网络及通信的平台上，系统利用计算机的串行口和单片机的串行通讯的功能，采用RS485总线网络和CAN总线网络分别实现单片机与单片机，计算机与单片机之间的通讯。
3.3 主控上位机
主控上位机采用配置CAN总线适配卡的PC机，用于同CAN总线相连，实现与楼层控制器的通讯。主控上位机是整个照明智能管理系统的控制中心，其功能是将单片机子站及CAN子站送来的信号进行处理，按要求控制输出单元，可自动或手动对各控制装置发出指令，并可按要求进行各类参数画面显示。其管理软件由监控软件组态王Kingview6.53和ACCESS数据库构成，通过组态监控画面进行远程控制及信息显示。根据教室控制器传来的信息，上位机可以方便、快捷的了解各个被控教室的用电状况、学生人数等，然后根据这些信息及时打开或关闭用电设备，从而达到了节能的目的。此外，通过组态王的事件记录功能，把所采集到的信息记录到ACCESS数据库中，备份运行历史记录资料。
3.4 楼层控制器
楼层控制器是主控上位机和教室控制器的中继与桥梁，同时具有CAN接口和RS485接口。它根据主控上位机的指令来读取各个教室控制器中所采集的教室的信息，并通过网络将上位机发送的指令传给教室控制器，以控制教室内用电设备的开或关。楼层控制器还具有对教室控制器中所采集到的信息做基本显示的功能，以及控制整个楼层用电设备的开关；楼层控制器由电源模块、通讯模块和I/O模块组成；输入设备中的按键可以开启或关闭整层楼用电设备。
4.结论
本文针对大学开放型的管理模式和全员节能意识淡薄，目前全国各个高校的教室普遍存在着严重的电能浪费现象，从总体设计思想、总体组成与工作过程、主控上位机、楼层控制器、教室控制器、组态软件结构与系统功能等几方面介绍了包含教室控制器、楼层控制器、主控上位机及RS485网络、CAN网络的三层两级网络教室照明智能管理系统，该系统可有效地对教室里的照明设备、学生人数以及教室使用情况等进行管理。
参考文献：
[1].杨臻.高校楼宇智能节电系统的研究与SOPC实现[D].华北电力大学硕士学位论文，2007年.
[2].张岳军.智能照明系统的研究与开发[D].浙江大学硕士学位论文，2006年.
[3].冯义飞.教室照明智能控制的设计与开发[D].合肥工业大学硕士学位论文，2007年.
[4].那洪宇，江豫新.大学教室照明设计的现状和新构想[J].光源与照明，2004，3（1）：4~6.
论文作者:戴勇杰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/7
标签：控制器论文; 教室论文; 上位论文; 系统论文; 楼层论文; 管理系统论文; 智能论文; 《基层建设》2017年第29期论文;