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摘要:針對當前室內直流LED燈控制系統存在無法調節亮度，且室內無人時燈仍以高亮狀態浪費電能的缺點，基于觸摸屏和三菱plc設計了一種智能室內節能燈控制系統。首先介紹了系統總體控制的原理、控制系統的硬件設計;然后介紹了PLC程序和觸摸屏程序的設計;最后搭建了控制系統的實驗平臺，分別進行了外界光照強度強時實驗，外界光照強度弱、室內有人時實驗和外界光照強度弱、室內無人時實驗。實驗結果表明:新型室內智能節能燈控制系統，不僅能提供不同的亮度氛圍;而且當室內無人時，LED燈可以以較低的亮度點亮，節約了電能。
關鍵詞:節能;光敏電阻;三菱PLC;PWM調壓;觸摸屏
0引言
當前，室內直流LED燈已得到廣泛應用，它不僅美觀、可靠，而且較傳統交流燈能顯著的降低功耗。但是，當前的直流LED燈，也存在明顯的缺點［1］。(1)當夜晚房間有人點亮時，燈亮度不可調節，無法提供不同的亮度氛圍。(2)當夜晚房間長時間無人時，燈仍以很高的亮度點亮，浪費電能。針對室內直流LED燈以上兩點的不足，基于三菱PLC，設計了一種智能節能燈控制系統。系統可以設置光照強度、有人時燈光亮度和無人時燈光亮度，既能實現室內有人時的燈光亮度調節控制，以滿足不同的亮度氛圍需求，又能實現室內無人時的燈光亮度調節控制，以降低燈光亮度，達到節能的效果。
1控制原理
控制系統結構框圖如圖1所示，它由觸摸屏、光敏電阻采樣電路、三菱PLC、5VLED燈和光電開關組成。光敏電阻采樣電路的采樣電壓送到PLC的A/D采樣口;觸摸屏與PLC進行雙向的數據通信，同時進行顯示和控制;光電開關用于檢測室內是否有人，接PLC的X輸入口;5VLED燈用于模擬室內直流LED燈，受PLC的PWM輸出口控制。PLC的PWM輸出口可輸出幅值為5V、占空比為0%～100%的矩形波，根據Buck電路斬波原理［2］，可得，該端口可以輸出0～5V的電壓信號，相當于1路D/A通道輸出端口。只要控制矩形波的占空比，就可控制輸出電壓，從而讓5VLED燈呈現不同的亮度。
2硬件設計
控制系統硬件電路如圖2所示。由于光敏電阻輸出的是電阻信號，因此需要對其進行信號轉換，從而轉換為電壓信號。而當光照增強時，光敏電阻的阻值變小;當光照減弱時，光敏電阻的阻值變大，因此，應當采樣電阻R0兩端電壓。這樣當光照增強時，采樣電壓變大;當光照減弱時，采樣電壓變小，兩者滿足線性的正比例關系，方便系統處理，同時符合實際情況［3］。如圖2，光敏電阻和電阻R0串聯在5V電壓源上，電阻R0兩端的電壓作為采樣的電壓信號送到PLC的AD0、GND口;觸摸屏與PLC采用RS232總線通信;PLC的PWM、GND口控制5伏LED燈的亮度;光電開關的黑線為信號線、藍線和棕線為電源線(24V供電)，信號線接到PLC的X0口，用于檢測室內是否有人;24V開關電源電路用于提供24V直流電壓，給觸摸屏和三菱PLC供電。AD0通道采樣的電壓信號，經12位A/D轉換后，變為數字量存儲在PLC數據寄存器D8030中。采樣的電壓信號范圍為0～10V，經A/D轉換后對應的數字量范圍為0～4095，PLC讀取D8030值就可以對采樣電壓數據進行處理。PLC的PWM端口可輸出幅值為5V、頻率為1kHz、占空比可調的矩形波信號，占空比設置存儲在數據寄存器D8033中，設定值范圍為0～1000［4］。例如，設為100時，表示設置的占空比為10%，那么輸出電壓將為0．5V，同理，設為900時，表示設置的占空比為90%，那么輸出電壓將為4．5V。
3PLC程序和觸摸屏程序設計
根據系統的控制原理，并在硬件電路的基礎上，進行了系統軟件設計，包括PLC程序設計和觸摸屏程序設計。
3．1PLC程序設計。所設計的PLC流程圖如圖3所示。如圖3，當外界光照強度大于等于PLC觸摸屏設置的光照強度時，PLC復位M10和D8033，5VLED燈熄滅;當外界光照強度小于PLC觸摸屏設置的光照強度時，PLC置位M10，此時若室內有人，PLC將有人時的燈光亮度值D4送到D8033中，若此時室內無人，PLC將無人時的燈光亮度值D12送到D8033中;D4值和D12值均可改變，從而可以靈活控制5VLED燈的燈光亮度［5］。
3．2觸摸屏程序設計。觸摸屏程序畫面設計如圖4所示。由圖4可看出:觸摸屏可以對室內節能燈控制系統的光照強度閾值進行設置，并存儲在數據寄存器D0中，大于閾值時，LED燈熄滅，小于閾值時，LED燈點亮;也可以對有人時的燈光亮度進行設置，并存儲在數據寄存器D2中;還可以對無人時的燈光亮度進行設置，并存儲在數據寄存器D8中［6］。
4實驗
在軟硬件設計的基礎上，搭建了室內節能燈控制系統的實驗平臺，并分別進行了外界光照強度強時實驗、外界光照強度弱、室內有人時實驗和外界光照強度弱、室內無人時實驗。
4．1系統實驗總圖系統實驗總圖。如圖5所示。系統包括:光電開關、PLC工控板板、24V開關電源、觸摸屏、光敏電阻采樣電路、5VLED燈、5V電源、編程計算機。
4．2外界光照強度強時實驗圖6為外界光照強度強時的實驗結果，由結果可看出:當外界光照強度大于PLC觸摸屏設置的光照強度閾值時，5VLED燈不點亮，處于熄滅狀態。
4．3外界光照強度弱、室內有人時實驗。圖7為外界光照強度弱、室內有人、燈光亮度設置為90%時的實驗結果，由結果可看出:此時，5VLED燈以很亮的亮度點亮。圖8為外界光照強度弱、室內有人、燈光亮度設置為20%時的實驗結果，由結果可看出:此時，5VLED燈以較暗的亮度點亮。由圖7、圖8的實驗結果可以看出:當外界光照強度弱、室內有人時，使用者可以對5VLED燈的點亮亮度進行靈活控制，從而提供不同的亮度氛圍。
4．4外界光照強度弱、室內無人時實驗。圖9為外界光照強度弱、室內無人、燈光亮度設置為80%時的實驗結果，由結果可看出:此時，5VLED燈以較亮的亮度點亮。圖10為外界光照強度弱、室內無人、燈光亮度設置為10%時的實驗結果，由結果可看出:此時，5VLED燈以很暗的亮度點亮。由圖9、圖10的實驗結果可以看出:當外界光照強度弱、室內無人時，使用者同樣可以對5VLED燈的點亮亮度進行靈活控制。當設置的燈光亮度值較低時，耗電量較小，即可達到室內無人時的節能控制效果。
5結語
基于觸摸屏和三菱PLC，對一種智能室內節能燈控制系統的軟硬件進行了設計，并搭建了實驗平臺及實驗。較傳統LED燈控制系統，不僅能提供不同的亮度使用氛圍，同時還能達到室內無人時的節能控制效果，具有一定的實用和參考價值。
作者:余長偉 孫春虎 劉子杰 王飛 朱茵 單位:巢湖學院電子工程學院