家用智能照明系统的设计

家用智能照明系统的设计 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 简要阐述了人类的一般视觉特性，从照明的目的、住宅照度 标准、照明方式的确定、光源的选择、灯具的选用等方面研究了住 宅照明设计的常用 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，并且给出住宅各房间的典型照明设计。并 提出在进行任何的照明设计时，必须首先分析所进行活动需要的视 觉信息，使得照明系统实现视觉需求的光环境，同时节约能源，实 现绿色照明。 论文分析了现有常用的几种智能照明控制方式的控制原理，优、 缺点，使用场合，以及在使用中应注意的事项；分析了常用室内照 度计算的几种方法(逐点法、利用系数法、单位容量法)的特点和适 用范围，设计了某一起居室的照明系统；并提出住宅智能照明控制 系统的系统功能，研究了该系统的软、硬件设计方法，采用AT89C51 微处理器作为控制器，用汇编语言编程，并采取有效的抗干扰措施 以确保其运行可靠性。经过调试和试运行，该系统完全能够实现设 计的系统功能。 关键词：光环境，住宅照明，智能控制 I ABSTRACT The paper expatiates common human visual characteristics briefly,investigates common methods of easy home lighting design from the objective of lighting residence illumination standard、the choice of light sources、the choice of luminaires etc aspects,and illustrates rooms typical lighting design of easy home.When approaching any lighting design,the needs of visual information of the activities that will take place should be analyzed first so as to lighting system can provide a visual needed luminous environment simultaneously saving energy to rearize green lighting. The paper analyses the control principle of general several intelligent lighting control methods,analyses their advantages、 disadvantages,applications,and the proceedings should be paid attention to in the applications;analyzes the characters and applicable scope of common several interior illumination calculation methods(the point method、the coefficient of utilization method、the unit capacity method),designs a lighting system for a living room;and brings forward to the system function of easy home lighting intelligent control system,studies design ways of its software and hardware.The system uses AT89C51 micro-controller,programs with assemble language,uses effective anti-jamming measures to ensure it operates reliably.Through debugging and test running,the system can realize system function designed completely. II 1 绪 论 ................................................. 1 1.1 智能控制技术的研究概况 ............................. 1 1.2 国内外智能照明发展概况 ............................. 1 1.2.1 智能照明控制系统的优点 ......................... 2 1.2.2 智能照明控制系统的组成 ......................... 4 1.2.3 现有智能照明控制系统的分析 ..................... 5 1.3 研究意义 ........................................... 6 2 住宅的照明设计 ........................................ 8 2.1 视觉特性 ........................................... 8 2.1.1 光的视感觉和视觉偏移规律 ....................... 8 2.1.2 绝对光阈与绝对灵敏度 ........................... 9 2.1.3 临界亮度对比与对比灵敏度 ....................... 9 2.1.4 视角与视力 ..................................... 9 2.1.5 视野、视场和视觉明暗适应 ...................... 10 2.1.6 眩光 .......................................... 10 2.2 照明的目的 ........................................ 11 2.3 住宅照度标准 ...................................... 11 2.4 照明方式的选择 .................................... 12 2.4.1 照明方式的分类 ................................ 12 2.4.2照明方式的确定 ................................. 13 2.5 光源的选择 ........................................ 14 2.6 灯具的选用 ........................................ 18 2.6.1 灯具 .......................................... 18 2.6.2 灯具的选用 .................................... 19 2.7 各个房间照明设计方法 .............................. 20 2.7.1 门厅 .......................................... 21 2.7.2 起居室 ........................................ 21 2.7.3 主卧室 ........................................ 24 2.7.4 书房和学习室 .................................. 26 2.7.5 厨房 .......................................... 26 2.7.6 浴室 .......................................... 27 2.7.7 卫生间 ........................................ 27 III 3 住宅智能照明控制系统的硬件设计 ....................... 28 3.1 智能照明控制器的控制方式 .......................... 28 3.1.1 开环控制 ...................................... 28 3.1.2 闭环控制 ...................................... 31 3.1.3 特殊控制 ...................................... 33 3.2 小康住宅智能照明控制系统的设计 .................... 33 3.2.1 系统功能 ...................................... 33 3.2.2 系统基本结构 .................................. 34 3.3 主要元器件的选择 .................................. 35 3.3.1 控制器的选择 .................................. 35 3.3.2 显示器件的选择 ................................ 37 3.3.3 并行接口I/O芯片的选择 ........................ 38 3.4 硬件电路设计 ...................................... 38 3.4.1 控制面板的输入电路 ............................ 38 3.4.2 电源电路 ........................................ 39 3.4.3 输出电路 ...................................... 40 3.4.4 显示电路 ...................................... 40 4 住宅智能照明控制系统的软件设计 ....................... 43 4.1 软件设计 .......................................... 44 4.2 软件的优化设计 .................................... 52 4.3 系统的抗干扰设计 .................................. 54 4.3.1 硬件抗干扰措施 ................................ 54 4.3.2 软件抗干扰措施 ................................ 54 4.4 系统功能扩展 ...................................... 56 结论与展望 .............................................. 59 致 谢 .................................................. 60 参考文献 ................................................ 61 IV 智能控制是指那些具有某些智能性拟人的非常规控制。这些拟人 功能包括知识与经验的表示功能、学习功能、推理功能、适应功能、 组织功能、容错功能等。智能控制的控制对象通常是具有多方面复 杂特性的系统或过程，这类系统或过程的主要特征表现为高度的不 确定性、高度的非线性以及高度复杂的任务要求，而采用常规的控 制方法和手段难以取得满意的控制性能，或者根本无法实现有效的 控制。 智能控制技术发展方向主要有基于人工智能技术的智能控制方 向、智能控制的模糊控制方向和智能控制的人工神经网络控制方向， 在智能控制的人工神经网络控制方向上，基于人工神经网络和模糊 逻辑有机结合的神经模糊技术，已成为近年来的一个热门课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 “智能建筑”是综合计算机、信息通信等方面最先进的技术，使 建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等，实现建 筑物综合管理自动化、远程通信和办公自动化的有效运作，并使这 三种功能结合起来的建筑。随着智能建筑，特别是智能办公大厦的 出现，使建筑要求与设计方法跟传统的办公楼比，大为不同。照明 作为建筑不可缺少的部分，随着国际上“智能建筑”的大量出现， 与之配套的智能照明技术也迅速地发展，并成为二十一世纪照明技 术发展的一个重要方向。 预计21世纪，人工智能技术在建筑与照明中的应用趋势将会进 1 一步扩大。如英国的Glasgow市报指出：“Glasgow正在成为一个研 究和发展太空时代智能建筑的国际组织的神经中枢。在智能建筑中 的智能照明、供热、空调、通讯及办公设备将全部由电子计算机进 行控制与管理。” 面对这一发展趋势，开发了不少智能照明设计，如智能灯具、智 能照明控制与管理系统，包括在照明方面的计算机硬件和软件。此 外计算机在照明设计和测试方面也得到广泛应用。澳大利亚邦奇开 发的Dynalie智能照明控制系统，日本的智能照明建筑，特别是现 代化办公室的智能照明技术等都值得我们研究与借鉴。 智能照明控制系统是指用计算机技术并辅助以其它手段，对电力 照明实行自动控制，提供合适照明光环境的同时降低照明系统电能 消耗和其它使用费用智能照明控制系统于手动照明控制系统相比有 很多优点，包括创造环境气氛，改善工作环境、提高工作效率，良 好的节能效果，延长光源寿命，管理维护方便等。 创造环境气氛 多种照明控制方式，可以使同一建筑物具备多种艺术效果，为建 筑增色不少。现代建筑物中，照明不单纯地为满足人们视觉上的明 暗效果，更应具备多种的控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，使建筑物更加生动，艺术性更 强，给人丰富的视觉效果和美感。如建筑物内的展厅、报告厅、大 堂、中庭等，如果配以智能照明控制系统，按其不同时间、不同用 途、不同的效果，采用相应的预设置场景进行控制，可以达到丰富 的艺术效果。 改善工作环境 提高工作效率智能照明控制系统以调光模块控制面板代替传统 2 的平开关控制灯具，可以有效地控制各房间内整体的照度值，从而 提高照度均匀性。同时，这种控制方式有效地解决了频闪效应，不 会使人产生不舒适、昏脑胀、眼睛疲劳的感觉。良好的工作照明环 境是提高工作效率的一个必要条件。良好的设计，合理选用光源、 灯具及优良的照明控制系统，都能提高照明质量。 ?良好的节能效果 智能照明控制系统借助各种不同的“预设置”控制方式和控制组 件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，实现 节能。这种自动调节照度的方式，充分利用室外的自然光，只有当 必需时才把灯点亮或点亮到要求的亮度，利用最少的能源保证所要 求的照度水平，节电效果十分明显，一般可达30%以上。当今节能和 保护环境已成为世界各国普遍关注的社会问题，并直接关系到社会 的持续发展。在我国，照明用电量占总发电量的10%以上；在英国， 应用在照明上的能量大约占总消耗能量的5%，如果有效地利用照明用电，这个数量可以减少。我国电力主要是来自燃煤，照明节电就 意味着减少CO2、SO2、NO2等有害气体排放，可减少对大气环境的 污染。 此外，智能照明控制系统中对荧光灯等进行调光控制，由于荧光 灯采用了有源滤波技术的可调光电子镇流器，降低了谐波的含量， 提高了功率因子，降低了低压无功损耗。 ?延长光源寿命 智能照明控制系统能成功地抑制电网的浪涌电压，同时还具备了 电压限定和轭流滤波等功能，避免过电压和欠电压对光源的损害。 智能调光器慢慢地把灯调亮到一个设定的水平。刚打开灯时，这是 相当重要的。在这一点上，白炽灯由于冷丝的热冲击易于失败。通 3 过把灯慢慢地调亮到设定的水平，也被称为“软启动”，避免了冲击 电流对光源的损害，可以相当多的延长灯泡的寿命。降低灯泡的亮 度也可以延长灯泡的寿命。减低10%的亮度，灯泡可以延长一倍的寿命，而减少50%，可以延长到20倍。还可以实现“软关断”，灯光慢慢地熄灭。当切换场景时，灯光的变化是渐变的，使人们不会有突 然变化的感觉，充分考虑到人眼对灯光的亮暗适应性。 延长光源寿命不仅可以节省大量资金，而且大大减少更换灯管的 工作量，可以降低照明系统的运行费用，管理维护也变得简单。无 论是热辐射光源，还是气体放电光源，电网电压的波动是光源损坏 的一个主要原因。因此，有效地抑制电网电压的波动可以延长光源 的寿命。 ?管理维护方便 智能照明控制系统对照明的控制是以模块式的自动控制为主，手 动控制为辅，照明预置场景的信息存储在内存中，这些信息的设置 和更换十分方便，使建筑物的照明管理和设备维护变得更加简单。 例如办公楼可以根据工作的前后、休息、打扫等不同时间段，执行 时间照明控制程序，对办公室、过道、走廊的灯光进行统一的管理， 即节约能源，又便于管理。例如在起居室中，可根据时间设定晚上 11点后，场景照明自动切换到睡前场景照明。睡觉前还可以从集中 显示器中查看各房间的灯是否关闭。 智能照明控制系统能在最大程度上降低对人的依赖性，能满足各 种场合下的灯光控制要求，管理维护方便，节能效果显著。 智能照明控制系统主要由输入装置、处理器和执行器三个部分组 成。输入装置可以不断检测周围环境的照度水平，可以探测到某个 4 区域是否有人移动，以及输入人们的控制指令，并把相应的信号传 送给处理器。输入装置包括传感器、定时装置和控制面板或遥控器。 处理器接受输入装置的信号，经过信息处理、判断、分析，输出控 制信号。执行器与灯具直接连接，控制灯光回路的闭合或断开和调 节灯光到相应的水平，包括手动开关。 澳大利亚邦奇开发的Dynalite分布式智能照明控制系统的特点是模块化结构和分布式控制，通常可以由调光模块、场景切换控制 面板、液晶显示触摸屏、智能探头、编程插口、时钟管理器、手持 式编程器和PC监控器等部件组成，将上述各种部件具备独立功能的 模块用一条双绞数据通信总线（BR485）将它们连接起来组成一个Dynet控制网络。Dynalite分布式智能照明控制系统将控制功能分 散给系统中每一个模块(如：调光模块、场景切换控制面板、智能探 头)，各功能模块之间通过网络总线直接相互通信，当系统中某个模 块出现故障时不会影响其它模块，可靠性高。 澳大利亚奇胜场景照明控制系统，可以对同一个场所中最多18 个灯区（照明回路）供电和调节亮度。用户可以调节和预设每个灯 区的亮度以适应最多5种场景，只需按一下按键就可以为你的活动 选择满意的照明环境。美国LC&D智能照明控制系统是一套由计算机微处理器控制的低压继电器配电盘组成，按照客户对室内外照明的 具体要求，设定照明控制的时间、区域、方法来控制每一个独立的 回路，也有手动开关直接控制。国内生产的真善美智能照明系统具 有集中控制、多点操作、集中显示、停电自锁、免打扰、遥控功能 等智能功能，使家居生活更加方便和舒适。 但是，国内外智能照明系统的研究存在着如下问题：?现有国外 5 智能照明系统主要控制照度这个数量指标，国外的研究主要集中于 办公室照明，以节能为主要目的，但据照明科技最新研究成果表明， 非定量指标（如舒适性和艺术性等）对室内照明光环境质量影响更 大。?国内一些智能照明控制系统能够实现集中控制和集中显示， 具有一定的智能性，但其只能控制房间中的一个灯或一组灯的开、 关，不能实现场景控制，也不能对灯光的亮度进行调节，不能产生 多种照明效果。?针对住宅照明光环境研制的智能照明控制系统产 品很少，还有很大的开发前景。 住宅智能照明控制系统的研究不仅为目前国际上前沿研究课题 —―智能照明控制系统研究积累有益的经验，而且还提高了住宅照 明光环境质量和住宅价值，以及为节约能源和保护环境提供了可靠 途径，这也是实现人居环境可持续发展的关键技术之一，并且具有 极为广阔的应用前景。 具体研究意义如下： ?提高住宅照明光环境质量。在住宅的照明光环境设计中除充分 考虑到视觉作业、合适的照度、亮度分布、视觉舒适性、眩光控制、 显色性、照明装置的外观以及使用者或参观者的主观感觉等8个因 素外，还考虑到人体因受到季节光减少而产生“季节性情感紊乱 （SAD）”因素和根据含不同光谱成分光源对褪黑素分泌的抑制能力 强弱不同，视具体的情况采用不同的光源。 ?体现以人为本的照明控制思想,根据人们的行为模式和住宅的光环境决定照明的控制规律，创造一个个性化、艺术化、舒适、高 雅的家庭光环境。好的照明光环境使人心情愉快，工作效率提高； 而好的照明控制系统不仅能实现好的照明光环境，而且节能、维护 6 管理方便，真正实现绿色照明。 ?构成智能住宅系统的一部分。智能照明控制系统可以独立运 行，实现对光环境的合理控制；同时，其具有通信功能以及可扩展 性，可把住宅智能照明系统作为智能住宅的子系统，并与家居自动 控制系统、电视、多媒体系统、探测、警报系统共同构成家庭智能 化网络系统。 7 住宅是由建设部在各大城市指导建设的面向21世纪初的大众住宅，其定位标准是“科技先导、适度超前”，专家称这将是我国住宅 产业未来发展的方向。建设部公布住宅有十大标准，这里仅摘取与 照明有关的前5个标准：?套型面积稍大，配置合理，有较大的起 居、炊事、卫生、贮存空间；?平面布局合理，体现食寝分离、居 寝分离原则，并为住房留有装修改造余地；?房间采光充足，通风 良好，隔音效果和照明水平在现有国内基础标准上提高1-2个等级；?根据炊事行为要合理配置成套厨房设备，改善排烟、排油、通风 条件，冰箱入厨；?合理分隔卫生空间，减少便溺、洗浴、洗衣、 化妆、洗脸的相互干扰。人类在长期的进化过程中，形成了特有的 视觉特性。因此，在阐述住宅的照明设计之前，有必要先简要阐述 人类的一般视觉特性。 在可见光区域，人眼对不同颜色的光的敏感程度不同。通过大量 的实验证明，在明视觉条件下（高于3cd/m2的亮度水平），人眼对波长为555nm的光最灵敏。也就是说，波长为555nm处的辐射有最大的效率，称为最大光谱光视效率，其数值为683lm/W。不同的波长有不同的光谱光视效率。在暗视觉条件下（适应亮度低于 0.05cd/m2），人眼的最大灵敏度在波长为510nm处，其最大值1699lm/W。对不同波长的光，人眼的灵敏度不同，而且人眼所适应 的亮度B（Brightness－主观亮度）不同时光谱灵敏度也不同。在明 视觉到暗视觉过程中，人眼的光谱灵敏度是逐渐变化的。当适应亮 8 度逐渐由明到暗时，光谱灵敏度曲线逐渐移向短波方向，这种现象 称为视觉偏移规律或普尔金效应。 在视觉研究中，把背景亮度Bb?0时眼睛所能识别的临界亮度叫 做视觉的绝对光阈。实验证明，当所识别的目标的视觉增大时，这 个临界亮度值就下降，当视觉?50时才不再下降。所以通常把α＝50时的临界亮度叫做视觉的绝对光阈，或绝对阈限，视觉绝对阈限 的倒数叫做视觉的绝对灵敏度。绝对阈限越小，绝对灵敏度就越大。 临界亮度与光的颜色（或光谱成分）也有关系。在相同视角下， 对青蓝光的临界亮度值低，而对红、黄光的临界亮度值就较高。这 是因为在暗视觉时，光谱灵敏度向短波方向偏移的缘故。 若被观察的物体的亮度为Bt，而其背景亮度为Bb，当它们之间的亮度差ΔB临＝Bt－Bb是刚刚可见时，称为临界亮度差。若物体 与其背景之间的亮度差为ΔB?ΔB临，这个物体就能被发现，亮度 差越大，越容易看见。亮度差ΔB与背景亮度Bb之比，称为亮度对比度（Contrast），用C表示。临界亮度差ΔB临与背景亮度Bb之比，称为临界亮度对比，其倒数称为临界对比灵敏度。一个物体要被看 见一定要满足：ΔB?ΔB临或C?C临。临界亮度差或临界对比度并 不是固定不变的，它与一定的观察条件有关，特别是与物体的视角 和背景亮度的大小有关。 眼睛辨认物体的能力，可用视角α表示或视角的倒数（视力） 来表示。视力由视角表示成VA＝1/α临（2.1）式中α临——临界视 9 角，是眼睛能辨认的最小视力，因人而异。视角与视距有关。当视 距变小时，视角增大，在视网膜上被感光的细胞就增多。因此，离 物体越近越容易辨认。 眼睛注视正前方的某一点时，同时看见的范围称为视野。视野分 为单眼视野和双眼视野。视野的大小除因亮度而变化外，还随颜色、 对比、物体的动或静与大小，以及人种等的不同而变化。眼睛观察 正前方，头部不动而眼睛可以转动时，同时看见的空间范围称为视 场。视场也有单眼视场和双眼视场之分。视觉适应是指眼睛由一种 光刺激到另一种光刺激的适应过程，它是眼睛为适应新环境连续变 化的过程，这种过程所需的时间称为适应时间，适应时间与视场变 化前后的状况有关，特别是现场亮度有关。暗适应是眼睛从明到暗 的适应过程。眼睛从明到暗处，开始灵敏度很低，然后逐渐增加， 最后达到稳定和清晰，但要达到完全适应需35分钟至1小时。明适 应是眼睛从暗到亮的适应过程，这一过程较短，约有2～3分钟。 若视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，则可引起不舒适 或造成视觉降低的现象称为眩光。眩光按其评价的方法可分为失能 眩光与不舒适眩光。不舒适眩光使人产生不舒适感或烦恼等心理感 觉。不舒适眩光的产生主要与以下4个因素相关：眩光源的亮度Ls， 眩光源的表现立体角ω，眩光源离开视线的仰角θ和眩光源所处的背景亮度Lf。不舒适眩光的程度只能通过主观评价来估计。失能眩 光会导致视疲劳增加，工作效率降低，眩光严重时会造成观察者短 暂致盲，此时称为失明眩光。 10 照明的目的就是给周围的各种对象以适宜的光分布，通过视觉， 达到以下两个方面的要求： 易正确识别人们所预知的对象； 易确切了解人们所处的周围的状况。 周围对象可分为： ?视觉工作对象：直接与正在进行的工作目的有关的对象； ?环境：不太有意识地注意的对象。 视觉工作对象不只限于一种，有最主要的和次要的视觉工作。在 对照明进行设计时，首先分析各功能房间内进行的各种活动，依据 其特点，确定每种活动所需的视觉信息，并且决定它们的重要性。 一般将照明的目的大致地分为：以功能为主的明视照明和以舒适感 为主的气氛照明。作为照明目的，明视性虽然重要，而舒适感、高 兴、心情舒畅也是非常重要的。前者与视觉工作对象的关系密切， 而后者与环境的关系大。例如办公室、工厂主要以明视照明为主， 而家庭中的卧室、起居室主要以气氛照明为主。 不同的视觉作业需要的照度不同，为了满足各种视觉需求，各个 国家均制定或推荐本国的照度标准值，因此各个国家所提出的照度 标准值也有许多差别。国内外住宅照度标准值比较见表2-1。从表中 可以看出中国的住宅照度标准值偏低。建设部公布的住宅的十大标 准中提出应将照明水平在现有国内标准基础上提高1-2个等级。 11 表2-1 国内外住宅照度标准值（lx）比较 灯具按其安装部位或使用功能而构成的基本形式称为照明方式。 它分为一般照明、分区一般照明、局部照明和混合照明四种。 ?一般照明 为照亮整个场地而均匀设置，使整个场地水平照度基本均匀的一 种照明方式称为一般照明。它不考虑特殊局部需要。下列情况宜采 12 用单独装设一般照明。 1)受生产技术条件限制，不适宜装设局部照明或采用混合照明不 合理时。 2)工作位置密度很大，而对光照方向无特殊要求的场所。一般照 明在工厂的车间、办公室、体育馆、教室等广泛采用。 ?分区一般照明 根据需要为提高特定区域照度的一般照明称为分区一般照明。它 根据工作面布置的实际情况，将灯具集中或分区集中均匀布置在工 作区上方，使室内不同被照面上产生不同的照度，从而有效地节约 电能。当某一区域需要高于一般照明照度时，可采用分区一般照明。 此种照明常以工作对象为重点，按工作区布置灯具。 ?局部照明 为满足某些部位（仅限于工作面上某个局部）的特殊需要而设置 的照明称为局部照明。其优点是： 1)按视觉对象的照度需求，给每个必要的对象进行照明，易于单 独地控制。 2)通过给某一对象特别高的照度，有效地突出对象。 它只限于照亮一个有限的工作区，通常采用从最适宜的方向装设 台灯、射灯或反射型灯，为了防止眼睛适应亮度的过度变化，应同 时采用至少为局部照明照度20%以上的一般照明。 ?混合照明 以上各种方法并用。 要在满足照明舒适性的前提下节约能源，住宅中必须根据照明的 功能目的采取合理的照明方式，一般照明结合局部照明便可获得良 13 好的照明光环境。例如卧室，卧室主要是休息场所，当进行一般的 活动（整理床铺、折迭衣服、交谈）时，可只打开一般照明，照度 为50lx左右。但当坐在梳妆台前化妆时，如只打开卧室中央的吸顶 灯，灯光可能从背后或侧面射来，脸上不能获得应有的照度，显得 脸色晦暗。如果在梳妆台上方设置局部照度（300lx），并控制眩光 的角度，不让光线直射入眼，就可以达到很好的效果，不用时可以 关闭，灵活、方便。一般人睡觉前会有床上阅读的习惯，可在床两 侧的床头柜上设置台灯，或在床的上方设置壁灯，并可单独控制。 总之，在需要高照度的场所，尽量采用局部照明。尤其住宅中是以 气氛照明为主，如果都以高照度的标准设置室内的平均照度，不仅 浪费有限的资源，而且达不到应有的照明要求。 从装饰和观感的意义来说，光源的选择十分重要。选择光源时通 常可以从以 下几个角度考虑。 ?从光源的发光效率角度 光源发出的光通量是以流名（lm）来度量的，而每瓦电能所能发出的光通量就是光源的发光效率，简称光效。因为普通白炽灯、普 通荧光灯的光效大大低于高效节能电光源（节能白炽灯、紧凑型荧 光灯、高效直管荧光灯），为节约能源，应尽量采用节能电光源。 ?从光源的色温角度 光源的色温：与所研究的光源色品度相同或最接近完全辐射体的 温度，用绝对温度K表示，是将一标准黑体加热，温度升高至某一 程度时颜色开始由红?浅红?橙黄?白?蓝白?蓝，逐渐改变，利 用光色的这种变化特性，某光源的光色与黑体在某一温度下呈现的 14 光色相同时，将黑体的绝对温度称为该光源的色温。 研究表明，高色温的灯光令人紧张和活跃；低色温的灯光则使人 放松和舒缓。因此一般工作照明宜采用高色温光源，而睡觉前的照 明宜采用低色温光源。在照明中，不同的光源具有不同的色温，它 们引起不同的外观效果。表2-2给出不同色温的光源所具有的外观 效果。在照明设计中，应考虑季节变化，夏季宜采用高色温光源， 冬季宜采用低色温光源。 表2-2光源的颜色外观效果 不同色温不但给人们以不同的外观效果，而且要求的照度也不 同。表2-3给出在不同照度下，对光的不同颜色外观效果的总印象。 表2-3 不同照度不同光色的外观总效果 从表中可看出：低照度以暖色光（<3300K）为最好，随着照度的 增加，光源的色温也应当提高。表2-3是CIE(国际照明协会)推荐的照度与色温的关系，该表中的照度值是比较高的，在照度?500lx 15 时采用暖色光源，澳大利亚推荐300lx以下选用暖色光源。我国， 一般办公室和学校教室等场所的照度标准值150lx～300lx。因此按照习惯我国宜在照度值低于150lx时采用暖色光源。住宅室内照明 水平面照度一般在300lx以下，在很多场合下应采用暖色光源。如 在门庭、起居室等处采用白炽灯照明，以暖色为主，会使环境空间 显得热烈，表现出主人热情好客的气氛。 ?从光源的显色性角度 光源显现被照物体颜色的性能称为显色性，也就是颜色逼真的程 度。光源的显色性是由光源的光谱功率分布所决定的，光谱连续的 光源显色性好，物体在该光源下，所呈现的颜色就较逼真。显色性 用显色指数定量地表示。CIE显色指数是指14种特殊规定的颜色中的任一色样，在待测光源下的颜色与在参照光源下的颜色一致的程 度的度量。用特殊显色指数Ri表示有关单个色样在被测光源下的显 色程度，前8个色样的显色指数（R1~R8）的平均值称为CIE的一般显色指数，用Ra表示，是0～100的数值。一般人工光源用Ra作为评价显色性的指针。光源的显色指数愈高，其显色性愈好。显色性 与参照光源完全相同时Ra为100。一般认为Ra＝80～100显色性优良，Ra=50～79显色性一般，Ra<50显色性较差。 实验结果表明：在相同的照度下，采用显色性好的光源，视亮度 （主观亮度）较高，采用显色差的光源，视亮度（主观亮度）较低。 若采用显色性差的光源，应相应地提高照度值，以提高视亮度。 表2-4说明人工光源对不同颜色所产生的影响。 16 表2-4人工光源对颜色感官的影响 选择合适的显色性的光源对于照明设计十分重要，否则再好的装 潢、摆设、艺术品等也会因选择不适当的光源而失色。在住宅照明 中，常用的光源有白炽灯和荧光灯两种。白炽灯光线明亮，观看物 体时基本上没有色差，显色性好，价格低廉，安装和使用都很简便。 缺点是耗电量大，光效较低，使用寿命较短。荧光灯的光线近似日 光，光线柔和，光效较高，一盏40瓦的荧光灯的亮度相当于120瓦的白炽灯的亮度，使用寿命也比白炽灯高得多。但是荧光灯启动设 备和控制线路复杂，显色性差，价格较高，气温过低时难于点燃， 长期在荧光灯下工作容易感到疲倦等等。 下表列出在住宅照明中常用光源白炽灯和荧光灯的适用范围。 17 表2-5常用光源的适用范围 灯具是附件和灯罩的总称。灯罩的作用首先是提高光源所发出的 光通量的利用率，用灯具效率η表征。灯罩使光源光通量重新分布，并把它分配在需要的范围内；其次是保护视觉，避免或减轻光源高 亮度的刺激；灯罩对光源也起着一定的保护作用；灯具本身对房间 而言，可以成为一件很好的装饰品。灯具有很多种分类方式，其中 一种较好的分类方法是根据安装方式分类，可以分为：暗装灯具、 吸顶灯具、悬吊灯具、壁灯具、台灯具等。 ?暗装灯具。这种灯具暗装在室内顶棚上，适合于低矮顶棚的房 间，可以得到光线的多样性变化。由于正常视线看不到光源，因此 眩光极小，适合于对眩光要求严格限制的场所。这种灯具光线的利 用率不高、经济效果较差。 ?吸顶灯具。这种灯具安装在室内顶棚上，多数情况下用于一般 18 照明，使整个房间感到明亮，适合于低矮空间并且要求空间亮度高 的场所。 ?悬吊灯具。这种灯具是用管子、链子或软线将灯具从顶棚上垂 吊下来，灯具的结构可以灵活多变，可在三维空间内组合灯具。有 些灯具可以将开关设在灯具上，使用和安装都很方便。适用于局部 照明或提高照度的分区一般照明。 ?壁灯具。这种灯具可根据需要安装在墙壁的不同地方，在墙面 上可以得到美丽的光分布艺术效果。设计安装时可以与室内一般照 明统一考虑。为了避免眩光，壁灯最好采用小功率的光源。 ?台灯具。台灯可以随时移动，可将光线的重点放在室内的任意 地方。在室内一般照明形成的气氛下，用台灯可以创造一个局部安 静的明亮小区，满足照度较高的视觉要求。 在选用灯具，除了考虑照明设计和灯具效率外，还须考虑配光， 而且要研究灯具的安装位置。照明设计是设计一个房间或区域根据 其行为内容而需要的光环境和确定所需的照明方式，而灯具的配光、 安装位置是实现相应光环境的要素。不同的灯具配光曲线不同，应 根据光环境的要求选用不同的配光曲线。以居住功能为主考虑安装 位置，可以有效地利用光源，节约能耗，提高经济性。生活中如果 进行实际活动的范围是离开灯具的安装位置，为了得到必要的亮度， 就必然消耗过多的能源。在顶棚上安装灯具时，一般其直射下面最 亮，在其周围照度逐渐降低，自然会创造出中心感。选用灯具时还 应注意灯具外观与室内装饰、家具协调，有助于提高整个房间的美 感。 19 在住宅里对房间的全部面积一般不是均等使用的，除了极窄的房 间以外，如果在房间内用均匀的照度进行照明，往往显得呆板，容 易失掉住宅房间的安静的居住功能。因此要创造照明的重点，突出 中心感，而且照明的中心感应与室内装饰的重点一致，这样才不致 失掉房间的统一性，破坏居住功能。不仅如此用均匀的照度进行照 明，可能不仅达不到要求的视觉环境，而且浪费能源。例如卧室， 有时也会在睡觉前躺在床上看书（这时的书多带有休闲、娱乐的性 质），这时书面上所需的照度较高（注意书面的反射不能很高，有些 彩色画面的反射一般较高），但是，卧室的照度设计不能以这个作为 平均照度设计。卧室主要是休息所，营造一个温馨、宁静、朦胧的 气氛是最重要的。 当进行任何的照明环境的设计时，首先分析各功能房间内进行的 各种活动，依据其特点，确定每种活动所需的视觉信息，并且决定 它们的重要性。每种活动可以根据其发生的频率，它的相对重要性， 活动的区域，参与活动的人员，以及是否在同一区域和其它活动同 时发生等进行分级。在大多数的空间里，需要进行很多的活动，而 每一种活动都有一个最佳的照明配置。因此，一个合适的照明系统 要么高度复杂，拥有很多局部效应，要么很灵活，在开关和调光器 的结合控制下产生很多的照明效果。一个好的照明系统应该是能够 有选择地调节照明环境以满足人们在不同时刻的不同需求。因此， 一个好的多用途的照明环境的本质是灵活性和质量，而不纯粹是数 量。例如，现代起居室是个多功能厅，是家庭娱乐、休闲、交谈、 团聚以及会客的场所，在每一种场景下，都有一个最佳的照明设计。 这就要求起居室的照明环境能够随着它的使用需求而变化。住宅智 20 能照明控制系统能记住设计好的每一个场景的最佳照明配置，当再 次需要某个场景时，只需按某个键即可。 在进行照明系统设计之前，尽可能的仔细和完全地确定视觉作业 和活动是很重要的。对于每一种视觉作业或活动，都有一种最佳的 照明配置，最佳的照明环境能使人们愉快而高效地完成所要做的工 作。以下根据住宅各个房间的使用特点，人们的行为模式，提出各 个房间的典型照明环境设计方法。 门厅是进门换鞋处，作为进入住宅其它部分的过渡点，要有一定 的照度，50～100lx左右，使用柔和的灯光可以营造吸引人进入的气 氛。用一只精致的单火吸顶灯，家人见有客人来首先开灯迎接，客 人见到主人，就有亲切感，主动换鞋步入起居室。 起居室的照明设计必须与室内的装饰、家具的布置协调，考虑到 家庭的活动范围和交通路线来布置灯具及其配光。 ?起居室的使用特点 住宅起居室是家庭娱乐、休闲、交谈、团聚以及会客的场所，起 居室既是住宅内的交通中心，又是家人和客人的聚会中心。近年来 居住者对起居室面积要求不断扩大的趋势，也反映了他们对起居室 功能要求日趋复杂化、现代化、舒适化的特点。起居室的空间使用 特点主要体现在以下几点： 1)家庭团聚与待客 据有关资料对全国9个大城市752户的综合调查[36]，晚饭后家 庭团聚频率每周3次以上的达78.5%，1～2次的达18.1%，总和为 21 98.2%；亲友来访频率每周1次以上和每月1～2次各为40.5%和 50.1%。在起居室会客的占72.3%；全家用餐行为要求有一个相当面积的空间，在起居室用餐的已达25.8%；不同类别的娱乐活动，如看电视、听音乐、打牌、乃至跳舞或举行聚会基本上都在起居室进行， 面积一般在20m2左右相对独立的空间区域是较为理想的起居场所。 2)静态活动 一些住宅套型由于受到面积较小和户规模较大的限制，少数家庭 起居室有工作学习、单人睡眠或留宿客人的行为，同时还有一些家 务活动。 3)起居室为家庭装修的重点 起居室是家人的活动中心，合理的装修使之更具有亲切、温暖、 富于人情味的“家”的美好气氛。起居室又是一个家庭的窗口，在 这里人来客往，它的装修品位在很大程度上能表现出主人的精神境 界。 根据起居室活动的行为分类确定照明，人们在起居室内的活动大 致分为： 1)生理行为：如就餐、喝茶。 2)家务行为：如育儿、熨衣等。 3)文化行为：如阅读、看电视、学习等，据有关资料对部分家庭 统计（朱霭敏等[39]，2000），在起居室有工作学习行为的家庭占21%， 每户平均3.2时/天约1/3的家庭把工作学习行为作为起居室行为非 常重要的一部分。 4)娱乐行为：弹琴、手工制作、游戏、鉴赏、玩扑克或麻将、与 宠物玩耍等。 5)社交行为：谈话、会客、家庭团聚等。 22 ?根据以上5种行为对照明的需求，可以把起居室照明分为5 类： 1)一般照明 室内平均照度不宜太高，以室内主要活动区域平均照度为75～ 100lx为宜，如就餐、喝茶、育儿、休闲等。如果起居室的净空为 3m左右，厅内的一般照明可选择6～10火多灯花式吊灯居中安装，灯罩为扁圆型间接式。这种灯将有约40％的光通量透过灯罩直射，约50％的光通量经顶棚反射，可以照亮顶棚。光源可选择白炽灯或 紧凑型荧光灯，对花灯的控制可根据气氛的变化有选择性的打开。 在顶的四周设置一圈暗槽灯，厅的顶和墙都有一定的亮度，光源来 自不同的方向，光线均匀、柔和而且减少了室内眩光，整个房间比 较明亮又有中心。如果起居室的净空在2.8m以下，可在起居室的中央安装吸顶式荧光灯，选择有射向上方的光线的灯具。在荧光灯的 四周顶上可安装一些筒灯，使得光色富于变化。 2)看电视照明 据有关资料对200户家庭的统计资料，看电视是夜晚家庭活动中 占用时间最多的活动。看电视时的光环境，室内需低照度水平，以 室内平均照度50lx为宜。 3)会客照明 在问卷调查中，刘炜博士请45位被访者对坐客朋友家时所处照明光环境进行评价，普遍认为主人家起居室的灯光艺术表现力最为 重要。 起居室是装饰和陈设最集中的区间从运用灯光艺术刻画观察对 象的角度出发，它强调用光的位置和方向性。对书画、壁面饰品的 刻画，要考虑的的因素有：正确的显色性，画面上的照度及其均匀 23 度，反射眩光和光幕反射。画面的照度一般推荐为200～500lx，平均亮度在25cd/?以上。画面上的最低照度和最高照度之比在0.75以上时观赏者注意不到照度的不均匀性。对于有光泽的画面或放进 玻璃画框的饰品，要注意不能有光源在画面正反射时所发生的眩光， 以免防碍观赏。解决的办法是很好的选择光源和饰品的相对位置。 一般根据书画面积的大小，在顶棚下吊装2～3盏小型射灯作为局部照明，投射角度ɑ<45，射灯光源应选显色性好的白炽灯或卤钨灯。 对于立体陶瓷艺术、工艺品等的照明，应突出各种各样的形状、纹 理、色调等特征的优美的照明。应该把它们照得很亮，使之能很好 地看出其细节，照度以200～500lx为宜。照明方法是可在橱窗上部 配置荧光灯。一般照明与局部照明的合理搭配能够吸引客人对起居 室的装修风格以及主人生活情调的细细品味，而较明亮的光环境， 能够为主客间交流创造良好气氛。通常灯光的艺术表现力体现在被 照物体的色彩显现与立体感、人的肤色表现、灯光的明暗对比等， 会见客人时，室内明亮程度以平均照度150lx（暖色调）或200lx（冷色调）为宜。 4)团聚照明 团聚模式不同于会客模式在于，会客模式以平静的交流为主，而 团聚以聚餐、聚会交谈和闹的娱乐活动（打麻将、玩扑克、小孩的 玩耍、家庭舞会等）为主。通常，团聚时的室内平均照度以200～300lx为宜，有些场合需要更高的照度。 ?主卧室功能划分与照明 通常，主卧室有以下几种行为活动： 1)睡眠 24 2)看电视 3)躺在床上阅读 4)化妆 5)休闲 6)工作、学习（兼书房用） 7)家务，如熨衣、手工制作等 8)会客（部分家庭） ?根据以上特征可以把主卧室照明分为4类： 1)一般照明 室内平均照度不宜太高，以室内主要活动区域平均照度为50～ 75lx为宜，如休闲、一般性家务等。 一般照明的灯具可选用吸顶灯或壁灯，式样应与装修配合协调， 不能设置在人卧床时头部的上方。光源宜采用色温较低一点的紧凑 型荧光灯。吸顶灯灯具要选择眩光少的深罩型或乳白色半透明型， 壁灯宜用表面亮度低的漫射材料作灯罩，这样就使卧室显得光线柔 和，便于休息。 2)看电视照明 当躺在床上看电视时，眼睛观看电视与周围环境时的视角发生变 化，应避免眩光的产生，同时还应考虑环境照度以及背景的亮度分 布，室内照度宜在30lx以下，当夫妻双方作息时间不同时，睡觉较 晚的一方应把灯光调暗一些。 3)会客照明 会见客人时，室内明亮程度以平均照度150lx（暖色调）或200lx （冷色调）为宜。 25 在住宅中，书房和学习室是重视工作环境的空间。桌上的照明根 据它的视觉工作大致分为三类： ?精细工作用：制图或不断阅读字典或细小文字的视觉工作。 ?读书、学习用：比上述?文字要大的情况或较短时间的视觉工 作。 ?一般用：比上述?和?要轻的视觉工作，如阅读杂志或画册等 的情况。 为了使人们能够愉快而有效率地在厨房里做饭，要考虑以功能为 中心的照明。 ?人们在厨房进行的活动主要有： 1)做饭（洗菜、切菜、做菜）； 2)洗碗； 3)打扫卫生。 ?根据厨房的活动特征，可以在厨房设置一般照明和局部照明。 1)一般照明 一般照明的照度以50～75～100lx为宜。对做饭场所的面积和设备要考虑到交通路线，一般照明不要在工作面上出现阴影。当打开 冰箱或吊柜等的门扇时光线应能入射到里面，在不得已时要设置专 用的辅助照明。 2)局部照明 厨房烹调台、餐桌、水槽的照度宜在200～300～500lx。由于受 照明的拘束，又经长时间做饭，人容易疲劳而感到非常辛苦。又大 26 多数人在烹饪时，在头上方只需要少许的光线就可以，在橱柜的下 面安装荧光灯可以提供较好的工作面照明，同时可以隐藏灯具，减 少眩光。可在洗涤池的上面安装局部照明。灯具要考虑防水性能， 且应选用易清洗、不易生锈的类型。光源通常选用白炽灯，如选用 日光型荧光灯以保持食品的自然色则更好。厨房照明和餐桌照明的 光源显色性应基本一致，以免产生烹饪和佐餐的不同色感。 人们在浴室进行的活动主要是洗澡。洗澡不仅能擦洗身体，而且 能宽舒已经疲劳的身体，消除精神的疲劳，因此，要用明亮柔和的 光线均匀地照亮整个房间。在墙上安装壁灯时，要将灯具安装在与 窗垂直的墙面上，以免在窗上反映出人的阴影。顶棚灯要避免安装 在蒸汽直接笼罩的浴缸的上面。灯具必须选用防湿式、防锈且容易 清扫的类型。 卫生间必须在卫生方面明净。如果发暗，就会不易清扫，难于保 持清洁。由于卫生间使用频繁，一般照明宜采用白炽灯。灯具的安 装要避免从坐便器的顶上或背面照射而出现阴影。为了明确了解开 关的状态，还要使用附带指示灯的开关，以防忘记关灯。 27 在过去的20年，计算机深刻地影响着人类生活大多数领域的发展。建筑物也不例外，尤其是智能建筑，处处体现着使用计算机所 带来的先进性、舒适性、节能性。智能微处理器的使用，结合现代 自动控制技术，使得建筑设备具有自动运行控制、故障诊断、自适 应等功能。在照明技术中最富有意义的发展之一是智能照明控制器 的使用。智能照明控制器根据各个区域的功能或用途、一天中不同 的时段、周围环境的昼光水平或探测区域中是否有人等情况自动地 开启相应的照明设备。其最大的特点就是可编程控制，可把在各种 场合下最佳的照明设计作为“场景”存储在存储器中，并可通过控 制面板、遥控器或建筑物的中央控制系统实现各种“场景”照明。 智能照明控制器的使用提供了更大的灵活性，可以对灯光进行更有 效的管理。它们使得创造一个美学意义上令人愉悦的光学环境成为 可能，同时又节省能。 照明控制器依据房间的类型可以单独存在，也可以组成大的网络 系统，通过网络内部的每个装置如传感器和控制面板进行控制。网 络系统可以控制不同的房间或多个区域的灯光系统。 根据现有的智能照明控制系统的控制方式，分为开环控制、闭环 控制和应急照明控制。 ?定时控制 定时控制是一种常用的控制方式，分为计时器和实时时钟两种。 计时器由手动操作，一旦被驱动，打开灯光并保持一段时间，时间 28 的长短是预设的。计数时间到就关闭灯光，如要打开灯光需重新驱 动定时器。一般的计时器可定时5分钟到两个小时。人离开后可自动关闭灯光，可节约能源，但如人停留的时间超过定时时间，需再 次驱动，可能会造成灯光频繁的开关。计时器大多用在人只作短暂 停留的场合或者正常工作时间以外偶尔有人逗留的区域。实时时钟 控制是根据预先的时间设定来进行控制，根据时间打开、关闭灯光 或调节灯光到某一设定的水平。有机械实时时钟和电子可编程实时 时钟两类。机械实时时钟简单易用，价格相对便宜，但只可设定一 个时间。电子可编程实时时钟则可设定很多不同的灯光区域和时间。 采用实时时钟管理灯光方便，可节约能源，但较为刻板，有时需设 手动开关。 ?手动遥控器控制 通过遥控器，实现在正常状态下对各区域内用于正常工作状态的 照明灯具的手动控制和区域场景控制。 1)红外遥控开关，由红外编码发射及红外接收译码控制两部分组 成。电路有一对红外发射及接收头、编码及译码专用集成电路和控 制电路三部分。当按下遥控键后，编码器工作，TX选出串行编码信 号通过红外发射头发出红外信号，经目标反射后，经红外接收头接 收，送入译码器输入端。当译码与编码一致时，译码器输出端输出 相应的高低电平信号去驱动控制电路工作，产生使光源开关的开或 闭的动作。 2)无线电远控开关 由无线电编码发射部分及无线电接收译码控制两部分组成。电路 有振荡发射电路、接收电路、编码及译码专用集成电路和控制电路 四部分。当按下遥控键后，编码器工作，TX送出串行编码信号控制 29 振荡电路工作，产生调制射频信号，由天线辐射出去。信号经目标 反射后，经接收电路接收，送入译码器输入端。当译码与编码一致 时，译码器输出端输出相应的高低电平信号去驱动控制电路工作， 产生使光源开关的开或闭的动作。无线遥控开关能够全方向探测， 不受墙壁、门窗等障碍物的影响，有效控制半径30m，其灵敏度受发 射及接收电路的影响。就目前现有技术而言，遥控开关大多采用可 控硅或继电器作为开关器件。可控硅的抗干扰和抗过载能力很差， 不适宜控制感性和容性负载，可靠性差，长时间工作容易损坏。而 继电器工作时线圈有一定功耗，易发热不适宜长时间工作，继电器 的触点也不能长期工作在过载状态。同时这些采用可控硅或继电器 的电子开关，一旦出现故障将使受控电器不再受控，电器处于长期 通电或断电状态很不安全。安全性、可靠性、稳定性这些问题成为 各种电子化开关成为各厂家努力寻找解决的目标。大约80%的家庭拥 有三个以上遥控器，过多的遥控器使人产生不方便感，而多种功能 合一的遥控开关集多种遥控功能于一身。首先它是无线遥控开关， 可以控制家中的照明，窗帘，空调等系统；同时它也是红外遥控开 关，内置了许多品牌的电视，音响，VCD等红外控制指令集。还可以学习两种红外线遥控器的控制功能，用于起居室或高级家庭影院。 将计算机、电话、视听设备、安全监控设备、厨房设备、电灯、窗 帘等受控设备的红外遥控码进行学习和对所有设备模拟控制，然后 集中在一个无线液晶屏上，通过液晶屏上的中文菜单选择点击，只 要拿着这只全能摇控器，可以遥控家里的任何一个角落的设备。 ?区域场景控制 智能照明中，回路级别是根据使用要求和根据其它因素例如进入 建筑物的日照水平预先编程的。照明设备可以独立控制，或者在回 30 路中成组控制。每个回路或者设备可设置成不同的亮度水平。这些 亮度水平可以储存为一个“场景”，其可以看作为一个房间或区域的 一个完美外观。场景一旦设计完成，场景可以很容易地通过操作墙 上的控制面板或遥控器实现。也可以通过定时器，光传感器或者根 据活动区域探测器自动地实现场景照明。一旦新的场景被选中，照 明设备将以预先设定的速率淡入到新的设置水平。常见的场景数量 是8个，有些系统可能有更多的回路。 区域场景控制可以实现多种照明效果，创造视觉上的美感。其不 足的是修改场景必须通过编程。区域场景控制常用在功能、用途较 多的建筑物或房间中，如建筑物内的展厅、报告厅、大堂、中庭等， 如果配以智能照明控制系统，按其不同时间、不同用途、不同的效 果，采用相应的预设置场景进行控制，可以达到丰富的艺术效果。 ?照度检测控制 为了充分利用日光，节约能源，通过照度检测器检测窗户外边的 自然光照度，根据日光系数计算出室内某一点的水平照度，由计算 得出的水平照度开启相应的灯光并调节到相应的亮度，使该区域内 的照度不会随日照等外界因素的变化而改变，始终维持在照度预设 值左右。这种控制方式主要使用在办公室照明场合，因为办公时间 主要在白天，天空亮度很高，近窗处的日光照度就可能符合视觉作 业的要求。 这种照度平衡型昼间人工照明的控制方式有利于节约电能，能够 保证该区域内的照度均匀一致。Rubinstein等研究表明，在旧金山 的电气公司大楼使用光电控制系统，在有日光照明的区域中照明电 消耗减少了25～35%。但是利用昼间照明存在两个方面的问题：1) 31 建筑设计者需要确定一年中哪些时期日光在室内产生的照度超过日 常工作所需的照度；2)工程师安装由日光控制的人工照明系统时需要有一个准确的控制参数以保证有一个舒适的视觉环境。照明工程 师需要每时每刻的局部室内日光水平，建筑设计师需要知道工作时 间内局部日光水平的利用率。至今没有一个天空亮度模式预测室内 照度的精确度在20%以内，为了达到这个目标，对天空亮度模式的研究现在和将来都仍然是最基本的。 活动区域探测器安装在房间中，它能检测出某个房间或区域内是 否有人走动，并把这个信息反馈到控制器，从而控制相应灯光的打 开或熄灭。控制器可以计算出探测到没有人走动的时间。每次探测 到有人走动，计算重新开始。一旦探测到有一段时间没有人走动， 房间或区域内的灯光将关闭或调暗到节约能源的水平。如果更长一 段时间没有人走动，灯光将完全关闭。使用活动区域探测器可以节 约能源，但必须注意探测器的安装位置，如果安装不当，探测到窗 帘或空调风扇的运动信号也会触发探测器，造成不当的开灯、关灯。 活动区域探测器有红外线、紫外线、微波和声音等活动区域探测器， 它们常用于图书馆书库、仓库、办公室、会议室、储藏室和盥洗室 等处。住宅的门厅前设置活动区域探测器，主人深夜归来可自动打 开门厅灯光，待主人进屋后自动关闭。 ?照明与窗帘的联动控制 电动窗帘控制系统是整个居室照明系统的一个重要功能部分，它 把家中的窗帘系统纳入整个智能照明中。电动窗帘控制系统的核心 就是窗帘电机控制器，通过它，就可以用系统中的某些控制手段对 窗帘进行控制。窗帘的开闭可由光线探测器来控制，白天当它感测 到足够的亮度，可以自动打开窗帘；当夜幕降临，又可以将窗帘自 32 动关闭。除此之外，还可以根据喜好自行设计窗帘开关程序，比如 开1/2、关1/2；打开1/3位置等。由于季节不同，同一时间的日光 水平不同，控制窗帘开闭的亮度在不同的季节应设置在不同的水平。 窗帘的联动控制可用于智能化小区、居民住宅、写字楼、别墅、宾 馆、医院、体育馆、教学楼、实验室、科研场所等处。 应急照明的控制属特殊控制，主要是指智能照明控制系统对特殊 区域内的应急照明所执行的控制，包含以下两项控制： ?正常状态下的自动调节照度和区域场景控制同调节正常工作 照明灯具的 控制方式相同。 ?应急状态下的自动解除调光控制，通过每个对应急照明控制的 调光模块等电气组件，实现在应急状态下对各区域内用于应急工作 状态的照明灯具放弃调光等控制，使处于事故状态的应急照明达到 100%。应急照明应强迫切换。 以上分析了智能照明控制系统中通常采取的几种照明控制方式， 并不是一个照明控制系统必须包含上述所有控制方式，而是根据需 要，以及可行性，确定采用其中的一种或几种的组合控制方式。 针对现有国内外智能照明控制系统存在的优点和不足，根据前一 章对小康住宅光环境设计的分析和需求，系统具有如下功能。 ?具有控光功能，可对白炽灯、荧光灯光源进行调光。可设多个 照明控制回路，根据各种光环境的要求任意进行组合。可记忆几十 33 个预设置场景，满足会客、家庭聚会、休闲娱乐、文化学习等多种 场景的光环境的需求。 ?具有软启动和软关断功能，避免冲击电流对光源的损害，可延 长光源寿命。 ?具有编程功能，能方便的选择或修改灯光场景。 ?具有智能时钟管理功能，通过预设程序，能定时按顺序及按不 同需要对照明回路进行控制。如可定时打开卫生间的紫外线消毒灯 对卫生间进行消毒。 ?具有时间显示、场景显示、季节显示以及灯的组号显示等功能。 ?具有休假模式。当家人外出（有一段时间）时，按下休假模式 按键，系统进入休假模式，根据程序设定，可模拟主人在家时最常 用的灯光模式。 ?具有手动调光功能。当手动调光器在最小或最大输出值时，处 于智能调光状态；当其处于最大和最小输出值之间时，可根据需要 手动调光，而且不会改变场景的设定。 ?住宅智能照明控制系统可以独立运行，实现对光环境的合理控 制；同时，其具有通信功能以及可扩展性，可把住宅智能照明控制 系统作为智能住宅的子系统，并与家居自动控制系统、电视、多媒 体系统、探测、警报系统共同构成家庭智能化网络系统。 根据系统功能，系统主要由控制面板的输入电路、电源电路、输 出电路和显示电路组成。 34 图3.1住宅照明的智能控制系统方框图 输入电路由控制面板组成，输入人们的控制指令，比如场景切换， 进入休假模式等。电源电路主要把交流电源转换为控制器、各芯片 的工作电源以及参考电压。显示电路完成时间显示、场景显示、季 节显示、场景灯光组数显示等功能。输出电路由固态继电器或调光 器、灯光回路组成，完成荧光灯、白炽灯调光和开、关的功能。 对于不同的控制器，其应用对象、环境特点差别很大。可选用控 制器主要有可编程过程控制器(PLC)、单片机两类，可编程过程控制 器(PLC)以其抗干扰性强而广泛应用在工业环境中，单片机亦有其独 特的优势。 ?可编程过程控制器(PLC)可编程过程控制器(PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类 可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输 入、输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程过程控制器及其 有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充 其功能的原则设计。PLC的主要功能是逻辑控制、定时控制、计数控 35 制、步进（顺序）控制、PID控制、数据控制、通信和联网等。因为PLC是专为在工业环境应用的，所以其抗干扰能力强，工作可靠，但 其无法读取外部存储器的数据。本系统要实现时间过程控制，必须 有实时电子时钟，如果采用实时时钟芯片，控制器必须能够读取外 部数据；而PLC不能编程实现实时电子时钟，也不能实现时间的显 示。 ?单片机 一个智能型电子系统应具备数据采集、处理、判断、分析和控制 输出的能力，在智能化程度较高的电子系统中，还应具备预测、自 诊断、自适应、子组织和自学习控制功能。这些功能的实现是传统 控制理论向纵深发展到高级阶段的产物，也是高智能化电子系统所 应具备的几个主要的功能特点。 正是由于智能型电子系统研究的对象往往具有不确定性的模型、 高度的非线性和复杂的任务要求，因而以经典控制理论和简单的逻 辑控制电路与模拟电路组成的常规电子系统已难以甚至根本不可能 解决复杂系统的控制问题。而以微机（包括单片机）为核心的电子 系统，可以很容易地将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组 成新一代的所谓“智能型电子系统”。 本文智能照明控制系统要实现对照明的人性化管理，也就是根据 人的控制输入出现相应的照明场景和自动执行相应控制输出相结 合，具备很大的灵活性。方便修改相应的场景参数，易于功能扩展， 还可以与PC机以及与其它单片机进行通信。 单片机的设计在满足大多数测控参数对数据处理速度和数据容 量相对要求不高的前提下，大力发展了其控制功能和控制运行的可 靠性，因而更适合于检测、控制型应用场合。本系统并不需要进行 36 复杂数学模型的计算工作，数据容量也不多，非常适用使用单片机 作为微处理器。实验室配置有单片机开发系统以及编程器，可节约 开发费用。 通过分析可编程过程控制器(PLC)、单片机的优缺点，最后选择 AT89C51作为系统控制器。现在应用中采用得最多的单片机有16位机（如日立公司的H8/3048系列等）和8位机（如Intel公司的MCS-51系列，尤其是Philips公司80C51及其派生产品ATMEL公司的闪速存储型微控制器AT89C51系列）两大类。因为系统对实时性没有特 别的要求，而且也不用做高精度的数据计算、处理工作，为降低系 统成本，选择8位机作为系统的控制器。8位机中ATMEL的89系列具有明显的优势。AT89C51是一种低功耗、高性能的8位CMOS微处理器，具有4K字节的快闪可编程/擦除只读存储器(FPEROM)，采用了高密度非易失性存储技术，与工业标准的MCS-51指令系统和引脚兼容。具有128×8位内部RAM，32条可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，6个中断源，可编程串行通道，低功耗空闲模式和掉 电模式。 显示主要有LCD显示和LED显示。 液晶显示器（LCD）是一种低功耗的显示器件，在袖珍式仪表或 低功耗应用系统中有广泛的应用。液晶显示器有标准段式液晶显示 器、字符点阵液晶显示器和全点阵图形液晶显示器三种。液晶本身 并不发光，而是借助自然光或外来光源显示数码，它的优点是工作 电压低、耗电极省、成本低廉，在黑暗中显示需加背景光，相应刷 新速度低。 LED显示器是由发光二极管显示字段组成的显示器，有7段和 37 “米”字段之分。这种显示器有共阴极和共阳极两种。显示器有静 态显示和动态显示两种。静态显示是使需要显示的字符的各字段连 续通以电流，因而所显示的字段连续发光。动态显示是使所需要显 示的各字段断续通以电流，因而其发光是不连续的。例如，在需要 多个字符同时显示时，可以轮流给每一个字符通以电流，逐次把需 要显示的字符显示出来。采用LED显示可以节约硬件成本，而且液 晶显示的字符较小，只有近距离才较易看清。采用动态扫描的方式， 面板上各按钮的显示、季节显示以及灯光处于第几组均采用LED显示，可以节省硬件资源。 AT89C51有4个8位I/O端口，但真正能够提供用户使用的只有 P1，本设计中采用P1.0～P1.6作为矩阵式键盘的行列线，因此需扩 充I/O端口。8255是Intel公司生产的通用可编程并行I/O接口芯片，有3个8位TTL兼容的I/O端口（A论文3住宅智能照明控制系 统的硬件设计口、B口、C口），有3种工作模式。在模式0工作方式下，A口、B口、C口均可根据需要设定为输入方式或输出方式。 本系统中需要显示8个字符（需要16根I/O线），驱动5组灯光。因此，选用8255完全可以满足系统对I/O端口的需要，又留有一定 的余量。 根据系统的需求，为使控制面板操作直观、简单，共设计有11个键，采用独立式键盘要占用较多的I/O线，因此采用矩阵式键盘。 矩阵式键盘的按键位于行、列交叉点上。图3.2中P1.0 ~ P1.3为 38 行线，P1.4 ~ P1.6为列线。 图3.2矩阵式键盘 图3.3电源电路原理图 第一个：交流12V经过晶闸管整流后，接电源指示灯LED，P2.7为电源检测电压采样点，当P2.7为低电平时，产生电源掉电信号。 整流得到直流15V电压经过CW7805稳压器，输出＋5V的电压作为单片机以及各芯片电源用。其中蓄电池是备用电源，供交流电停电时 供单片机系统用，大概可以维持三小时，一般处于浮充状态。逆变 换器DC－DC/5S12输出＋12V电压作为隔离电源供光电隔离器用。第 二个：主要是得到－6V电压，作为DAC0832的负参考电压用。TL431 39 可以调整稳压源电压。 采用可调光电子镇流器对荧光灯进行调光，这种电子镇流器工作 在很高的频率（40khz～70khz），克服了频闪，同时提供了一个稳定 的亮度。D/A转换器输出的DC0～10V信号作为电子镇流器的控制信 号，可实现荧光灯1%～100%范围的调光。荧光灯的调光器采用OSRAM的可调光电子镇流器。此产品可用于18W、36W、58W T8管以及Dulux L18W、36W、55W节能管；均有1灯和2灯型号。调光信号：DC1～10V，光通量调节范围：1%～100%。固态继电器（SSR），在随机型SSR控制端施加控制信号，交流负载便可立即导通。当控制信号为与交流 电网同步的可移相的脉冲信号时，负载端便可实现从180o到0o范围内电压的平稳调节。移相触发器可根据控制电压的大小，输出端 产生与电网电压同步的双倍电网频率的从180o到0o范围内移相的宽脉冲，用以驱动随机型SSR，从而达到移相调压的目的。因此，随 机型SSR单独使用，可接通或关断灯光回路；移相触发器和随机型 SSR配合使用，可实现白炽灯的调光。固态继电器接受控制器的输出 信号，实现对灯光的开、关控制。移相触发器和随机型SSR配合使用，可实现白炽灯0～100%的调光。 MCS－51对LED管的显示可以分为静态和动态两种。静态显示的 特点是各LED管能稳定地同时显示各自字形；动态显示是指各LED轮流地一遍一遍显示各自字符，人们因视觉器官惰性而看到的是各 LED似乎在同时显示不同字形。静态显示所需的硬件开锁大，为了减 少硬件开锁，提高系统可靠性和降低成本，单片机控制系统通常采 40 用动态扫描显示。动态显示采用软件法把欲显示的十六进制数(或BCD码)转换为相应字形码，故需要在RAM区建立一个显示缓冲区。 本系统中只需要显示数字和几个字母，显示缓冲区中每个存储单元 依次存储相应的字形码。 图3.4示出了AT89C51通过8255对8只共阴LED的接口电路。 41 图3.4接口电路 42 本章的软件设计根据所要实现的控制功能和前一章的硬件设计， 采用一体化的设计思想，确保既能完成系统功能，又运行可靠、故 障率低。软件设计采用模块化结构，以便于系统功能的扩展。本系 统程序主要分为主程序、按键扫描子程序、中断服务子程序、显示 子程序、各按键处理子程序、时间控制子程序、自检程序、停电检 测子程序、停电处理子程序。主程序的作用是初始化系统和连接各 子程序。 43 上电或复位 自检 初始化 调用时间和显示按键子程序 调用停电检测子程序 调用停电处理子程序 调用按键扫描子程序 有键按下吗？ Y N 各按键处理子程序 调用时间控制子程序 图4.1主程序流程图 图4.1为主程序流程图。主程序主要完成以下工作： 1)初始化。设置暂存单元、设置栈区、开中断、设定可编程芯片 8255的工作方式等。 44 2)循环中不断地调用各子程序。时间的计数采用中断的方式，在 主程序中只表现为提供中断服务程序入口地址。各按键处理子程序 主要有时间按键子程序、场景按键子程序、季节转换子程序、休假 模式子程序。 主程序： ORG 0000H SJMP START ORG 001BH LJMP TIME1 START:MOV R7,#78H;主程序开始 MOV R0,#07H CLR A CR:INC R0 MOV@R0,A DJNA R7,CR;清空暂存单元 MOV DPTR,#0E4H MOVX@DPTR,A MOV DPTR,#0E5H MOVX@DPTR,A MOV DPTR,#0E7H MOVX@DPTR,A MOV DPTR,#0E8H;分别置DAC0832初始 MOVX@DPTR,A;输出值为0 MOV SP,#4AH;设置堆栈指针 CLR EA;关总中断 45 MOV TMOD,#00010001B;令T0、T1为定时器方式1 MOV TH1,#TIH;装入定时初值 MOV TL1,#TI1 MOV TH0,#00H MOV TL0,#00H „„ ?场景按键处理子程序 场景按键处理程序包括识别处于哪种季节，识别第几次按下同一 个按钮，场景指示以及显示组数。图4.2为场景按键处理子程序流 程图。 开始 识别处于何种季节 转相应季节的场景照明 识别第几次按下此按键 转相应的组合灯光 返回 图4.2场景按键子程序流程图 ?按键扫描子程序 采用CPU对按键扫描的方式，对所有的按键进行监视，一旦发现 有键按下，CPU通过程序识别，并转入相应键的处理程序，实现该键 46 功能[29]。CPU检测到有键按下时，先延时20ms去抖动，再次对按键进行扫描，如果仍然检测到有键按下，则进入按键识别程序。按 键识别出来后，进入按键的处理子程序。图4.3为按键扫描子程序流程图。 对A口进行行扫描列数送R2（OFH送P1口）列数送R3有键按下吗？使第一列为0N Y这一列是否 有键按下？键值为0Y延时20MS去抖动 取得键值N调用显示子程序列值左移一位 N对A口进行行扫描 （PFH送P1口）扫描完一遍？ 转按键处理子程序 N有键按下吗？ Y 返回返回 Y 图4.3按键扫描子程序流程图 KEY_1_END:RET;返回 PD1:ACALL D1;延时20ms，去抖动 LCALL LED;调用显示子程序 47 MOV A,P1;读取P1口数据 ANL A,#0FH;取出行值送A CJNE A,#0FH,PD2;若有键按下，则PD2 RET;返回 PD2:MOV R2,#03H;列数送R2 MOV R3,#10H;列值送R3 KPD:MOV A,R3;列值送A CPL A;使第一列为低电平 MOV P1,A MOV A,P1 ANL A,#0FH CJNE A,#0FH,FIND;若被按按键在本列，则FIND MOV A,R3;若被按按键不在本列，则列值送A RL A;左移一位 MOV R3,A;送回R3 DJNZ R2,KPD;若未扫描完一遍，则KPD RET;若扫描完一遍，则返回 FIND:CPL A;得到行值 ADD A,R3;低4位为行值，高4位为列值 MOV R4,A MOV B,A;把键值送B MOV DPTR,#KTAB;键值表地址送DPTR MOV R0,#00H;键值计数器R0清零 CLA A;A清零 REPE:MOVC A,@A+DPTR;查键值表 48 CJNE A,B,NEXT2;若未查到，则NEXT2 SJMP RESE;若查到，则RESE NEXT2:INC R0;键值计数器加1 MOV A,R0;送入A SJMP REPE;继续查表 „„ ?中断服务子程序 由于篇幅限制，不给出具体的程序，主要介绍它的程序设计思路。 中断是定时器T1、T0溢出中断，设T1、T0为定时器工作方式1，设定时为2us，晶振6Mhz，经12分频，计数脉冲周期时间为2us。定时50ms所需的定时器初值为9e58H。每当到50ms时CPU就响应它的溢出中断请求，从而进入中断服务子程序。图4.4为中断服务子程序流程图。定时器中断20次便是1s，由此累加产生分、时、日、星 期、月、年等等。设计中以下2点特别需提出： 1)累加产生小时时，当为12点时，如果上、下午标志位为1，表示是凌晨12点，此时已过了一天，因此日以及星期暂存单元的数 据加1；相反，如果上、下午标志位为0，表示是正午12点，开始为下午计数。 2)累加产生月份时，首先需判断当前是几月，查表得出每个月的 天数，当是2月时，还需先判断当前是哪一年，由此查表得出2月是28天（闰年）抑或29天。每个月天数加1后，与日暂存单元的数据比较是否相等，如果相等，则月暂存单元的数据加1。 ?显示子程序 此处也不给出具体的程序流程图以及程序，主要介绍程序设计思 路。采用动态扫描的方式，每个LED管各显示1ms，给人的视觉效果 49 是LED管一直亮着。显示缓冲区中每个存储单元存放着相应LED显示管欲显示字符的字形码地址偏移量[29]。当需要显示某个LED管时，8255先读取相应LED管欲显示字符的字形码地址偏移量通过查 字形码表得到需显示字符的字形码，并送给8255的A口显示，并使相应的LED管控制位为低电平。 ?时间控制子程序 整个程序中共有唤醒灯控制子程序、紫外线杀菌灯控制子程序和 睡前照明自动转换子程序3个时间控制子程序。它们的设计思路基 本一致，即把设定的时间与实时时间相比较是否相等，如相等，则 进入相应的控制程序。如设定为每周周日凌晨两点打开卫生间的紫 外线杀菌灯，15分钟后杀菌灯自动熄灭。 ?自检程序 ?停电检测子程序 当检测到P2.7为低电平时，停电标志位置位；检测到P2.7为高电平时，停 50 星期暂存单元加1并送A累加器 N 判断A是否为8？启动T0计数Y 送一给星期暂存单元保护断点 Y 50MS暂存单元加1取得一个月的天数加一并送B累加器软件计数器N（20）减1标准位是否为1判断是否为0？Y 取得一个月的天数Y加一并送B累加器恢复软件计数器初值20 日暂存单元加1并送A累加器秒暂存单元加1并送A累加器N NA与B比较是否相等？ Y判断A是否为60？Y 月暂存单元加1并送A累加器 N秒暂存单元清零N 判断A是否为13分暂存单元加1并送A累加器 Y Y送1给月暂存单元N判断A是否为60？ 重装初值，返回年暂存单元加1并分暂存单元清零送A累加器 NN小时暂存单元加1N并送A累加器判断A是否为Y100 Y判断A是否为12？是否为13？ N送0给年暂存单位上、下午标志位取反送1给小时暂存单元 标志位是否为1？重装初值，返回图4.4中断服务子程序流程图 51 电标志位清零。 ?停电处理子程序 当停电标志位为1时，关断显示，此时蓄电池只作为系统电源， 亦可供停电指示灯用。 当天时间A 点B分 周六N周一至周五 的某一天？ YY周一至周四的时间少于等于令g*(n)=0 NN某一天7：15h*(n)=(48+7)*60+15 令g*(n)=0 h*(n)=(24+7)*60+15YYN 令g*(n)=0 令g*(n)=0 h*(n)=(24+7-a*60+15-h*(n)=(7-a)*60+15- bb 停止搜索 图4.5搜索程序流程图 一般的时间控制子程序不断地进行实时时间与设定时间的比较， 如果相等，则转相应的控制子程序。如果由时间控制的事件较多， 这种穷举（盲目）搜索策略会耗费大量的时间。系统的时间控制子 程序采用启发式搜索方法。启发式搜索方法为简化搜索并减少搜索 过程中可能出现的大量可选路径，从与待解问题有关的信息中所得 52 到的启发知识或“经验法则”可用来确定搜索方向。精心选择的启 发信息可在很大程度上加大找出解答的机会，并同时减少求解所需 的时间。一条路径是否有助于求解通常取决于代价函数f(n)。它对一个节点的评价基于已经付出的代价g(n)和其基于启发信息估计通 往目标节点还需付出的代h(n)。即f(n)＝g(n)＋h(n)（4.1）g(n)可用至今已被展开的从起始节点到当前节点n的所用路径中的最小 代价g*(n来近似。f*(n)＝g*(n)＋h*(n)（4.2）其中f*(n)是从起始节点经过节点n到达一个目标节点的所有路径中的最小代价。h*(n)是从n到一个目标节点的所有路径中的最小代价。例如起床唤醒灯 子程序，每周一到周五上午7:15开始缓慢调亮灯光，唤醒主人。设 定当天当时的时间为起始节点，而每周一到周五上午7:15作为目标节点。要比较三个时间段，周一至周五可以作为第一层的中间节点， 每天的24个小时作为第二层的中间节点，一个小时中的每一分作为 第三层的中间节点。g*(n)表示从起始节点到n节点（1?n?2）需要的最短时间，h*(n)表示从n（1?n?2）节点到目标节点估计需要 的最短时间，以分钟为单位。计算可得f*(n)，把各种情形下的f*(n)通过高级语言编程预先估算出来，存放于表格中，在每分钟到来的 时刻查表得到f*(n)，并根据f*(n)是否为零设定相应的标志值为1或0。时间控制子程序根据标志值为1或0决定是否执行。采用此方 法后，整个程序的运行时间减少了144μs，可利用外加程序存储器 的剩余空间存放f*(n)表格。 53 ?切断来自电源的干扰 1)各芯片的电源与电源地之间接电容（0.1μF）抗电源干扰。 2)数字信号采用光电耦合器隔离。 3)模拟地与数字地分开，避免公共地阻抗对模拟信号和数字信号 产生耦合作用。 ?数字滤波 数字滤波技术对采用传感器采集外部数据的系统能获得较好的 抑制效果。本系统中没有模拟输入信道，输入信号均为数字信号。 ?设置自检程序 在软件中加设自检程序，在系统运行前和运行中不断循环测试电 子系统内部特定部位的运行状态，对出现的错误状态进行及时处理， 以保证系统运行的可靠性。 ?NOP指令冗余 当CPU受到干扰后，往往将一些操作数当作指令码执行，引起程 序混乱出错，这时我们希望尽快使程序恢复正常运行。MCS－51系统中所有指令最多三个字节，当程序弹飞到某一条单字节指令时，程 序自动恢复正常运行，但如果弹飞到某一双字节或三字节指令上时， 有可能落到其操作数上，程序继续出错。空操作指令NOP除了占用一个存储单元和执行时间外，对CPU的工作状态没有任何影响。如 有选择地在程序关键地方插进1～2个NOP指令，能使PC的内容得 54 到调整，使程序在受到干扰后回到正常的顺序。常在以下指令前插 入NOP指令会得到好的效果，如对外设端口的操作指令，多字节指 令，转移指令，堆栈操作指令。除了在一些指令前插入NOP指令， 还可在数据表格前后用几条NOP指令和一条转移指令包围起来，使 得程序失控而落在表格周围时，不致进入表格，把数据当作操作码 执行。其中空操作指令代码的长度保证在任何情况下程序进、出表 格都能执行到其后的跳转指令，一般为指令系统中占字节数最多的 指令代码长度。 ?设置软件陷阱 当系统受到干扰侵害，导致程序指针改变时，往往造成程序运行 失常。如果程序指针超出应用程序代码区而进入数据区，将造成程 序盲目运行，最后由偶然巧合进入死循环。在这种情况下，只要在 非代码区设置拦截程序措施，使程序进入陷阱，然后可以迫使程序 进入初始状态，或进入错误处理程序。 软件陷阱可以安排在下列三种地方： 1)未使用的中断向量区，当干扰使得未使用的中断开放，并激活 这些中断时，就会进一步引起混乱。可以在这些地方设置陷阱，及 时捕捉到错误中断。 论文4住宅智能照明控制系的软件设计 2)未使用的程序ROM区，当程序ROM没有全部使用时，剩余的ROM空间一般处于初始状态（0FFH）。可以在程序ROM中所有连续的空白单元都填上LJMP0000H指令的操作码02 00 00，当失控的程序进入地址时，使它直接转移到主程序的入口处。 3)程序区，程序区是由一条条执行指令构成的，在这些指令中间 常有一些断裂点，正常执行的程序执行到此能够进行正常的跳变， 这种指令有JMP、RET等。但弹飞的程序刚好落到断裂点的操作数上 55 或落到前面指令的操作数上，程序会越过断裂点，继续往下执行， PC的值不能正常进行跳变，引起混乱。可以在这些指令（JMP、RET等）后安排陷阱，及时捕捉到错误，而又不影响正常执行的程序流 程。 ?看门狗技术 系统受到干扰时，引起程序乱飞，也可能使程序陷入“死循环”。 指令冗余技术、软件陷阱技术不能使失控的程序脱离“死循环”，通 常采用程序监视技术，又称“看门狗”技术。“看门狗”实际上是一 种监视定时器，它本身能独立工作而不依赖于CPU，当CPU正常工作时每隔一定的时间将定时器清零。如果CPU受到干扰使程序“跑飞”， 无法执行这个发清零脉冲的固定程序，计数器就会计数到溢出状态， 定时器溢出时将发出一个复位脉冲到CPU的复位端，强迫CPU复位。 ?硬件复位 对于失控的程序，只要在单片机的RESET端加上一个高电平信 号，并持续10ms以上即可使其复位，程序自动从0000H开始执行。 ?软件去抖动 在按下某个按键时，被按按键总会有轻微的抖动，这种抖动常会 持续10ms左右的时间。当CPU检测到有键按下时，由软件时CPU延时20ms在对按键扫描，如果仍然检测到有键按下，则识别按键键值， 否则返回执行其它子程序。因为在每一种场景下都有几组可供选择 的灯光，也就是说按下一个按键可以实现几组灯光的循环，为了防 止按下一个按钮各组灯光不断循环，软件中设置只有当按键释放时 才执行相应的按键处理程序。 ?增加通信功能 56 住宅智能化的主要功能集中在家庭安全报警、电话远程控制家 电、红外集中遥控、自动抄表控制及小区物业管理等方面。 论文4 住宅智能照明控制系统的软件设计为了使系统能接受其它微机系统 发出的控制指令并将控制结果输出到其它微机系统，实现系统通信 功能的扩展要求，可以采用单片机片内串行口外接MAX487实现RS －485标准接口以实现系统相互信道的扩展。如4.6所示，MAX487具有下降的变换速率驱动器，其电磁干扰（EMI）很小，并降低了由于不适当端接电缆引起的反射，传输速率高（250Kb/s），数据传输准确，具有低电流待机方式，电流仅0.1μA，半双工通信。为了实现系统与其它微机系统的通信，在系统软件中还需增加相应的通信 处理程序。AT89C51以中断方式接受来自串行口的控制命令，并根据 命令内容作相应的处理。 ?增加遥控功能 遥控功能采用红外遥控。当遥控功能较为简单时，红外遥控信号 的接受识别往往采用与编码调制芯片配套的译码芯片。当遥控功能 较为复杂时，遥控信号的识别与译码可以采用单片机 本装置中，希望实现的遥控功能为：1)遥控“日常照明”、“会客照明”、“团聚照明”、“睡前照明”等四种场景；由于每种场景有几 组灯光可供选择，同样可以遥控选择每种场景下的第几组灯光，并 显示在控制面板上；2)关闭起居室所有灯光；3)启动休假模式。遥控控制器设6个功能按键，采用常用的简单发射与接受模块。因为 需实现一种场景中几组灯光之间的选择，采用单片机识别与译码遥 控信号，将其转换成二进制代码，根据设定的代码所表示的功能， 单片机可以执行相应的控制动作，达到遥控的目的。 57 图4.6基于MX487的RS-485总线通信电路 58 一个好的照明环境能使人们愉快而高效地完成所要做的工作。这 概括了照明设计的真正目标－为将来居住或工作的人们提供一个舒 适、愉悦、安心、趣味、功能性的环境。 本文研究了智能控制技术在住宅照明控制中的应用。首先介绍了 智能控制技术的研究概况和智能照明的发展概况，提出了研究住宅 智能照明控制系统的必要性。 本文通过研究住宅的照明设计得出结论：在进行任何的照明设计 时，必须首先分析各功能房间内进行的各种活动，依据其特点，确 定每种活动所需的视觉信息。根据视觉的要求布置相应的灯具以及 选择合适的光源，以达到在满足照明光环境的前提下，节约能源。 本文针对现有智能照明控制系统的优、缺点，提出了住宅智能照 明控制系统的系统功能，通过软、硬设计，研制出了住宅智能照明 控制系统产品样机，经过调试，运行正常。在本文的研究中，还有 许多的不足，本文对照度控制方面只考虑了水平面照度分布，有待 研究垂直面照度分布，需进一步解决装置的抗干扰问题以及产生的 电磁干扰，有待研究该系统的模块化、标准化、 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 化等技术规范 与技术措施，使其具有开放性、可升级性以及与总系统的兼容性。 由于水平有限，论文中难免有不足和错误之处，敬请各位老师批 评指正。 59 60 参考文献 [1] 清华大学自动化系.《智能信息处理和智能控制》.杭州：浙江科学技术出版社.1998[M] [2] 刘炜,杨春宇,陈仲林.影响人体生物节律的褪黑素与住宅光环 境设计.照明工程学报,2002[N] [3] 戴瑜兴.提高住宅照明质量的技术措施.照明工程学报.2000[N] [4] 陈一才.《智能建筑电气设计手册(上册)》.北京:中国建材工业出版社.1999[M] [5] 金海,余丽华.光源色温和显色性对室内光 环境的影响.照明工程学报,2000[N] [6] 王建华.试论现代起居室艺术照明的创造方法.灯与照明.2001[J] [7] 何小艇.《电子系统设计》.杭州：浙江大学出版社，2000[M] [8] 崔如春，谭海燕.红外遥控信号的编码方法与单片机译码程序 的设计.计算机与现代化.2000[C] [9] 张绍刚,张建平,张耀根.住宅光环境综合评价方法.照明工程学报,2000[N] 61