控制設計論文精選(九篇)

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第1篇：控制設計論文范文

裝置總體設計

鑒于目前所實施的階梯峰谷電價和將來的實時電價政策，文中設計的家電控制裝置包括智能插座和家庭互動終端，兩個裝置通過無線通信構成一套家庭用電系統網絡，如圖1所示。智能插座將采集用電數據發送給家庭互動終端，互動終端實時顯示家庭用電和電價情況，互動終端根據電價情況為用戶提供不同的智能節電方案，在滿足用戶用電需求的前提下，智能控制室內各電器工作屬性，用戶根據實際情況可以對節電方案進行調整，最大程度上降低用電量和用電費的支出，實現能源優化配置。

智能插座

智能插座是基于光纖復合電纜或無線雙通道連接家電和電源的中間設備，實現家庭內部異構傳感網絡，對家庭用電設備進行統一監控與管理，在執行通斷電操作、獲得家電狀態信息的同時兼插座使用。

1智能插座主要功能

1）對家用電器的用電量進行計量，并采集家電的電壓、電流、功率、功率因數，將所需數據上傳至家庭互動終端；2）利用無線等通信方式，接收互動終端下發的控制指令，對家用電器執行通斷電操作，在家電進入待機狀態時切斷電源，達到消除待機能耗、節能省電的目的。

2智能插座硬件設計

根據智能插座的功能，硬件結構框圖如圖2所示，智能插座主要包含控制管理模塊、開斷模塊、計量模塊、通信模塊、時鐘和存儲模塊等。

1）控制管理模塊

智能插座在功能上要求較低，但安裝數量較多，因此在設計時經濟實用性著重考慮，可選用ATMEL公司的AT89S52。

2）電能計量模塊

用于監測電器當前的工作狀態，如實際功率、電壓、電流等，可采用計量芯片ATT7022B。

3）開關模塊

智能插座內部的繼電器來控制家用電器電源的通斷，微處理器接收到通斷電指令后，令繼電器吸合或斷開。

4）通信模塊

選擇ZigBee微功率無線技術，通信的可靠性和通信速率高。通信模塊采用CC2530芯片，CC2530能以非常低的成本建立強大的網絡節點，負責向控制器發送數據和接收控制器的指令。

家庭互動終端

用戶通過家庭互動終端了解室內用電信息，互動終端根據電價情況為用戶提供不同的智能節電方案，在滿足用戶用電需求的前提下，用戶根據實際情況可以對節電方案進行調整。互動終端根據用電方案對各用電器進行控制，最大程度上降低用電量和用電費的支出，實現能源優化配置。

1家庭互動終端主要功能

1）接收智能插座發送的電器用電數據、實時電價數據，以及上述數據的存儲。2）為用戶提供平臺，用戶通過互動終端查詢家庭用電信息及其它相關信息。3）用戶設定電器控制指令，互動終端讀取用戶下達的條件并處理后將控制指令發送給各與家用電器連接的智能插座，從而控制家用電器的開關狀態。對信息家電的調控可以不只是簡單地開、關控制，設定的調控選項包括開關的控制、溫度的設置、風速和模式的設置等，能夠達到取代家電遙控器的作用。

2家庭互動終端硬件設計

根據家庭互動終端的功能，硬件結構框圖如圖3所示，互動終端主要包含控制管理模塊、開斷模塊、計量模塊、通信模塊、時鐘和存儲模塊等。

1）控制管理模塊

家庭互動終端需要處理大量信息，因此需要一個性能優異的芯片才能保證其高效穩定工作，選用TI公司基于ARM核心的LM3S9000系列。

2）LCD與按鍵模塊

該模塊包括按鍵、LCD及其驅動3個部分，互動終端將接收到的家電用電信息、每天的實時電價經過處理以圖表的形式展現給用戶。

3）通信模塊

互動終端的通信模塊與智能插座類似，負責向智能插座發送控制指令和接收智能插座采集的數據。

4）數據存儲模塊

互動終端的數據存儲模塊包含微處理器的鐵電存儲器和LCD液晶屏的顯存。

軟件設計

1初始化設置

目前的居民電價政策主要是階梯峰谷電價，隨著智能電網的發展，還會采用實時電價政策。根據不同的電價政策，設計的裝置為用戶提供不同的能效服務，用戶在使用裝置時可以根據具體的電價政策選擇裝置的工作模式。對于階梯峰谷電價參數的初始化輸入，用戶能將各階梯電量、各階梯的調價電費、峰谷時段輸入到互動終端。互動終端LCD提供界面，用戶根據界面提示通過按鍵依次輸入各參數值；對于實時電價，用戶只需選定后互動終端便進入工作狀態并進行實時電價的采集。實現流程圖如圖4所示。

2信息獲取及存儲

在家庭正常用電時互動終端根據用戶的初始化輸入統計每天在峰電價時段工作的電器及其用電量，用戶可以通過LCD查詢統計的信息。家庭互動終端采集每天的實時電價并進行存儲，以時段及相應電價的形式存儲；互動終端LCD提供實時電價查詢界面，以曲線圖的形式展示，用戶通過按鍵瀏覽過去一（兩）天的實時電價，實現流程如圖5所示。

第2篇：控制設計論文范文

1.1電力工程設計階段決定項目投資效益

在電力工程施工前的設計階段，要對貫穿整個項目全程的造價控制予以高度重視，主要有兩方面原因：一方面，當設計階段設計方案確定后，后期投資方案則也基本成型；另一方面，“筆下一條線，投資千千萬”，工程設計階段決定了電力工程項目是否經濟高效。因此，設計階段對整個電力工程的造價控制十分重要。

1.2電力工程設計階段是造價控制的重要階段

有資料表明，初步設計階段對工程造價的影響為35%-75%，施工圖設計階段對造價的影響為25%-35%，施工階段對造價的影響為10%。雖然設計費用在整個工程費用中占不到1%，但其是決定整個工程項目是否合理、經濟、高效益的關鍵階段。

2.電力工程設計階段的造價控制存在的問題分析

2.1造價控制意識方面

長期以來，電力工程設計單位與部門都對相關設計的技術、速度以及產值高度重視，對產品的經濟行不夠重視。但是，由于工程設計階段的造價控制對整個工程項目的實施有重要影響，如果設計初期存在失控的問題，即使其他階段非常嚴格地控制成本，也無法改變整個工程不良的造價效果。但是，現階段許多技術人員盡管工作能力和技術水平很高，但缺乏經濟觀念，很少考慮如何降低造價，缺乏造價控制意識，不能正常處理先進技術與經濟合理兩者之間的關系。

2.2造價控制方法方面

(1)不善于運用價值工程理論優化設計

在工程設計過程中，設計人員存在設計思想保守，過分加大安全系數的思想，導致肥梁、胖柱、配筋過量、深基礎等問題的產生。設計初期多方案經濟比較多為只畫草圖，不管經濟賬，很少從造價方面認真考慮，使得造價難以控制，造成浪費。

(2)限額設計未得到充分運用

限額設計即指，按照批準的設計任務書及造價估算控制初步設計及概算情況，按照批準的初步設計要求，按各專業分配的造價限額進行設計，保證估算。限額設計的目的是控制項目的建設資金和投資支出，緩解工程項目經濟與技術的對立關系。但目前來看，我國電力工程項目目前設計變更管理不完善，難以實現限額設計。并且，由于現行設計收費與限額設計矛盾，導致設計費低與付出勞動不匹配，所以設計人員總會主動提高造價以保證經濟利益。

2.3造價控制工具方面

目前我國工程經濟分析采用定額計算方法，需要較為完善的設計資料與圖紙，以計算相應的工程量與造價。但隨著經濟的快速發展，居民用電量迅速增加，這種方法耗時耗力，難以滿足市場需求。但現階段，還未能有一個完善的工程造價管理系統，可以運用計算機及通信技術，對工程造價信息進行搜集、加工、作業、與處理。舊的方法與體制已不適合發展如此迅速的信息時代，唯有使用計算機進行工程造價的動態管理，才能不斷完善工程造價管理。

2.4造價控制機制方面

現階段的工程設計體制功能單一，專業分工不合理。設計體制將工作機械分塊，導致不能全局控制和把握造價，只能靜態控制造價，主要表現為：

(1)工程設計前期，項目的可行性研究及造價估算不夠細致，經濟指標控制不嚴，導致限額設計失去依據；

(2)整個工程項目缺乏合理的設計周期，方案選擇太過于形式化，工程設計的各階段工作和論證不夠細致，與工程項目管理的周期不能很好地協調配合；

(3)設計分工中各專業各部門自成一體，缺乏溝通，缺乏整體協作的意識，導致不能全局把握和進行造價控制；

(4)概預算流于形式，缺乏準確性。預算人員只是根據設計圖紙進行計算，沒有主動影響設計和施工。

(5)工程項目的設計思想落后，缺乏嚴謹的思維和方法，實際中多以經驗型管理為主，隨分析人員的不同，技術經濟分析的結果差別很大。

3.電力工程設計階段造價控制的內容

根據工程項目的實際情況，可將設計階段分為三個階段：方案設計、初步設計、以及施工設計。對于電力工程項目，其造價的控制有固定的工作程序。比如在設計階段其工作程序為：先進行可行性分析研究，再根據研究報告做初步設計，按照初步設計確定概算實施施工圖的設計，最后完成整個設計。設計相關人員應嚴格按照程序保證設計工作順利有序進行。電力工程項目的各個設計階段，造價控制的具體內容如下：

(1)方案設計階段

方案設計階段主要根據相關專業設計的說明書和圖紙、以及技術經濟指標，做出造價估算書。首先編寫編制初步造價估算，進行可行性分析，對項目提出的背景、投資的必要性、資源和原材料的分析，公用設施的情況、產品方案的比較、投資估算和資金籌措方式說明，同時編制造價估算。方案設計階段要確定投資目標，編制項目的總投資分配、分解規劃。

(2)初步設計階段

初步設計即為根據可行性報告所做的具體實施方案。根據設計說明書和圖紙，對工程項目進行初步設計總概算。初步設計不能更改可行性報告中的建設規模、總投資額等。如果超過可行性報告的投資估算，需要說明原因并重新進行設計。

(3)施工圖設計階段

根據批準的初步設計投資概算，繪制出正確的、完整的、詳細的建筑安裝圖紙，包括建設項目工程的詳圖、零部件結構的明細表、驗收標準及方法等。

4.結語

第3篇：控制設計論文范文

大型機電產品的實用功能應明確，性能須可靠，操作須安全。該類產品在開發設計過程中，機械工程、電氣工程、安全工程等專業技術與知識占主導。由于這些學科更多關注產品的技術層面，因而忽略了工業設計的重要作用。由于大型機電產品批量小，材料以金屬板材、型材等為主，加工工藝主要以鑄、鍛、焊、鉚、折、彎、剪切等方式為主，造型限制較多，不如模具成型的塑料制品自由，加上成本控制，造型的突破性和創新空間較小。

2設計過程中的質量控制要點

產品造型設計主要包含概念設計、形象設計和設計評價3個主要階段。具體過程為：產品調研、設計定位、方案構思、人機分析、材料與工藝分析、產品價值工程分析、結構設計、產品原型（樣品）制作等。大型機電產品造型設計過程與其他產品造型設計過程是一致的，只是更加重視產品的實用性、可靠性、安全性和經濟性。

2．1技術解構及重組

工業設計師必須通過產品調研充分了解形成產品實用功能的技術，實現產品的技術解構。圍繞技術解構的產品調研內容為產品實用功能、工作原理、內部結構、人機交互界面、零部件材料及加工工藝等。技術解構過程中，工業設計師的核心工作是了解技術的輸入和輸出原理，對產品內部結構進行模塊化處理，確定內部結構的最大包容尺寸。在技術解構的基礎上，協同其他知識對產品功能、原理、結構、材料與加工工藝、人機界面等進行集成創新———技術重組，明確產品開發的技術路線，確保產品造型設計的制造可行性和市場成功率。技術重組過程中，工業設計師須清楚重組后內部結構的最小包容尺寸。新產品技術重組后內部結構的最小包容尺寸應大于原產品解構前內部結構的最大包容尺寸。產品調研階段的技術解構和技術重組是大型機電產品概念設計的核心工作，決定產品開發設計的最終成敗。

2．2產品方案的表現形式

建立統一認知平臺不僅便于企業內部圍繞產品設計的各方人員之間進行協同創新，而且便于與產品用戶之間進行有效溝通。從草圖、草模型直到后期的電腦虛擬效果圖，規范展示產品構思方案是設計管理的重要內容，有利于客觀公正地評價設計方案，提高產品開發設計效率。

2．2．1產品方案視角的統一

產品方案展示力求最大限度地詮釋設計師獨到的構思，相同的視角能保證不同方案公平地參與評審。當技術限定的產品長度和寬度接近時，在幅面橫置的圖紙上，將產品與視平面呈45°繪制兩點透視草方案，可較為生動地表達造型效果。當產品長度明顯大于寬度時，將產品與視平面呈30°繪制兩點透視方案，能夠為兩個立面提供較好的展示角度而不顯得單調。

2．2．2產品方案排版的統一

為確保方案評選的科學性和公正性，大型機電產品不僅方案構思要按照統一視角展開，每個方案效果圖的版式也要保持一致。產品方案確定在視覺中心位置，以最佳的視點展示產品。產品方案在畫面中的大小對畫面的影響很大，產品過大，畫面顯得擁擠；產品方案太小，畫面顯得空曠；偏向一端或一角，畫面失去平衡。重要部件和關鍵界面必要時需放大，重點展示說明。效果圖表現力求簡潔大方和整齊劃一。為避免雷同感，必須強調每個方案的表現力，使方案具有準確的信息傳達性，最大限度表達產品形態構成、色彩、肌理，使客戶從效果圖上能讀出產品的工作原理、操作方式等功能信息，有利于企業高層人員進行評價決策。

2．3設計方案細節與整體關系的協調

大型機電產品的人機交互界面是造型設計的重要內容之一。人機界面設計決定產品造型設計的最終效果。產品整體結構確定之后，人機界面細節設計須遵循整體造型風格，通過適當的對比來突出交互界面。有時為突出某些部位的警示功能或避免誤操作，往往采用鮮明的結構和色彩，為確保細節與整體的協調性，在適宜的部位須采用相應的結構和色彩去呼應，以緩解強烈的對比。

2．4設計方案感性與理性關系的協調

大型機電產品在造型設計過程中一般制作等比縮小模型。工業設計人員在進行方案繪制、造型及結構合理性分析、尺寸設計及草模型制作的同時，還需對產品的視覺與觸覺進行感受分析，借助實物模型對設計方案進行反復迭代，確定最優結果。

2．5產品視錯覺的矯正和預防

人類需要依靠眼、耳、鼻、舌、皮膚等器官對外界事物的具體特征進行反應，如所感知的印象沒有反映或不符合外部客觀事物的本來面目，就產生了錯覺。視錯覺是由人類特定的視覺生理特征及生活經驗共同作用產生的。對于大型機電產品，視錯覺的問題是無法回避的。視錯覺主要表現為：（1）構形錯覺，包括長度錯覺、大小錯覺、形狀錯覺、空間錯覺等；（2）色彩錯覺，包括色彩膨脹與收縮的面積錯覺、色彩前進與后退的距離錯覺、色彩輕重的量感錯覺、冷色與暖色的溫度錯覺等。

2．5．1產品視覺構形錯覺的矯正

大型機電產品設計過程中，圖紙或縮比模型與實際產品之間往往存在著一定的誤差。一方面，由于模型較小，為體現產品細節效果，制作過程中，部分細節特征須進行適當的放大或夸張，因而，該模型僅作為方案論證的效果演示。另一方面，大型機電產品縮比模型在人的正常視角和視距范圍內，不會產生視覺構形錯覺。但是，如果將其放大到實際尺寸，就可能產生視覺構形錯覺。因此，大型機電產品設計中應充分意識到視覺構形錯覺對產品造型的影響，根據人的視覺特性對產品造型有目的地進行修正，使其更適合用戶的需要。具體做法是提前對可能出現的視錯覺現象做出判斷，依據規律對變化量進行調整，使錯覺現象復原，確保預期效果實現或保證視覺舒適。龍門加工中心移動刀頭中上部平行線處理和操作平臺圍欄頂部回收處理。

2．5．2產品視覺色彩錯覺的預防和矯正

大型機電產品一般是在縮小比例的狀態下進行方案設計。色彩如擴大到實際尺寸，易產生視覺色彩錯覺。為避免該現象，依據生產和生活常識，結合相關形式美造型法制，正確指導產品的色彩設計。在具體設計活動中，視覺色彩錯覺的預防和矯正密不可分的。

（1）色彩膨脹收縮感覺的合理應用。

暖色具有膨脹感，冷色具有收縮感。色塊并置情況下，色彩的膨脹與收縮感覺尤為明顯。大型機電產品色彩設計中，一般慎用暖色。在人機操作界面中，為突出指示功能不得已運用暖色時，應根據色塊的大小酌情調整暖色的純度和明度。用色面積越大，色彩的純度和明度就得相應地減小。

（2）色彩溫度感覺的合理應用。

低溫工作條件下宜用暖色；高溫工作條件下宜用冷色。考慮到大型機電產品的體積，盡量采用純度較低、明度適中的淺色系列。

（3）色彩輕重感覺的合理應用。

冷色相比暖色更具有沉重感。同一色的純度和明度越低，沉重感越強。由于功能要求及結構原因，大型機電產品形體常有明顯的不均衡感。在色彩設計中，常用色彩的輕重感覺特性來處理產品造型中的均衡與穩定關系。大型機電產品造型設計會明確主體的固定部分與運動部分。對于產品相對固定的大件，宜用純度和明度較低的深色，增強穩定感；對于運動部件，宜采用純度適中、明度較高的淺色，給人以輕盈便捷的感覺，以避免給操作者帶來的沉悶感。

（4）色彩進退感覺的合理應用。

大型機電產品功能繁多，人機操作界面布局復雜。在色彩設計中，常用色彩的進退感覺特性來調節動作的主從關系和形體的虛實關系。人機界面操作件（手柄、手輪、按鍵、開關等）是操作者經常接觸的部位，宜采用與背景色對比較強、有親近感的前進色，提高操作效率，避免誤操作。此外，通過色彩的進退感覺設計，使產品的標志、銘牌及有關指示裝置配色與產品主體色形成鮮明對比，使之有凸出感和較強的關注率。

3結論

第4篇：控制設計論文范文

在溫度控制過程中，單一的定值開關控制方式會產生較大的溫度遲滯現象，對于加熱箱等干燥設備的干燥效果差、干燥品質低;但是在普通的干燥設備中，單純采用PID控制方式會使控制系統變得復雜，對于硬件的要求程度高，在持續高溫環境下精度也隨之降低，故障率高。為了解決這一問題，本文設計一種單片機溫度控制系統，該系統使用兩種功率大小不同的加熱方式。加熱元件使用紅外加熱管，功率大的加熱管起主要的加熱作用，正常工作時處于啟動狀態。功率較小的加熱管起輔助加熱作用，在測量溫度高于目標溫度時立即停止加熱，當溫度低于目標溫度時開啟加熱;但當溫度高于目標溫度上限一定值時，主加熱管也停止工作，同時引風機開啟，輔助降溫。對于一般的電加熱干燥設備而言，此方案能夠滿足實際生產的需要，并且溫度延遲效果低，節能效果顯著。

2系統硬件電路設計

2．1系統主結構設計

該溫度控制系統由主控制系統、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、溫度動態控制系統、報警模塊和按鍵控制系統組成。

2．2單片機主控系統

作為溫度控制系統的核心部分，單片機承載著對溫度信息的處理、按鍵的掃描識別、溫度動態控制系統的協調、輸出顯示溫度和報警的任務。本文采用的AT89C52單片機是美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能CMOS8位單片機。其內部有8k字節可重擦寫Flash閃存，成本低廉，兼容MCS－51系列的所有指令，程序語言豐富;與AT89C51相比，存儲空間更大，中斷源更多，方便后期其他模塊的添加;技術成熟，因此在自動控制等領域被廣泛采用。AT89C52單片機主控制系統與其他模塊連接原理圖如圖2所示。P1．0～P1．4口為鍵盤輸入端口，通過對應按鍵對目標溫度的上下限進行設定。數字溫度傳感器總線與單片機的P1．7口相接，經過單片機處理之后，測得的溫度輸出至P0口，通過LCD1602顯示出來。溫度動態控制信號通過單片機P2．4～P2．6口傳輸。加熱管和散熱風扇采用的是220V的交流電，溫度控制口接相應控制電路的繼電器，通過繼電器控制加熱、散熱部分的工作。

2．3溫度采集模塊

DS18B20是由美國DALLAS公司生產的數字溫度傳感器，它通過單總線協議依靠一個單線端口進行通訊。其僅占用一個單片機的I/O口，無需其他任何外部件，把環境溫度直接轉化成數字信號，以數字碼方式串行輸出，從而簡化了傳感器和微處理器之間的接口。該傳感器可以單個于單片機連接實現溫度采集功能，在需要采集多點溫度數據時，只需將多片DS18B20同時掛在一條總線上，由軟件對每個溫度傳感器的ROM編碼進行識別即可，具有成本低、結構簡單、供電方式多樣、方便擴展和可靠性高等優點。

2．4溫度動態控制系統

溫度動態控制系統主要由加熱管、引風機、繼電器等構成。單片機的P2．4口接主加熱管的控制繼電器，通過輸出高低電平來實現主加熱管的啟動和停止;單片機的P2．5口與控制調溫加熱管的繼電器相連;降溫風機控制繼電器控制端和高溫報警電路，與單片機的P2．6口相連。

3系統軟件設計

3．1主程序流程圖

系統開機啟動后，通過溫度控制按鍵設定干燥溫度范圍;由傳感器DS18B20采集實時溫度，通過控制系統的對比給出控制信號，同時定時對按鍵進行掃描，以隨時調整目標溫度范圍。

3．2溫度數據讀寫子程序設計

由于DS18B20單總線通訊方式的特殊性，傳感器讀寫溫度數據具有嚴格的時序要求。工作時序包括初始化、讀時序和寫時序。單片機的命令和溫度數據的傳輸都從執行單片機寫時序的指令時開始，對于單片機需要DS18B20送回數據，要在寫時序命令執行之后再啟動寫時序指令才能完成對數據的接收。總線通訊方式使得硬件電路的連接變得簡單，但也使得程序部分變得復雜。本文采用的是一個傳感器，因此在串口通訊時不需要識別傳感器的序列號，程序中寫入跳過讀ROM序列號步驟。

3．3按鍵掃描子程序

由于不同的加熱干燥對象對溫度的要求不同，加熱的溫度控制部分要能夠方便、快捷地設置溫度上、下限。在干燥物的不同階段，干燥的溫度有所不同，在干燥過程中溫度的范圍需要做出調整。這就要求溫度的上、下限設置在干燥的過程中也能夠執行。因此，單片機在執行溫度采集、顯示和控制的同時，也要時刻監視按鍵是否被按下，對溫度設定進行調整。針對這一問題，在程序中加入一個按鍵掃描子程序，定期執行按鍵的掃描功能，同時也要有中斷子程序保持設定完溫度之后單片機可以繼續剛才未完成的工作。因此，按鍵掃描程序設計的思路是:在開機啟動階段，通過按鍵對控制溫度范圍進行初設定;在工作過程中，單片機定期對按鍵進行掃描，判斷是否有按鍵被按下，如果有按鍵被按下，則加入一個外部中斷，單片機轉而執行干燥溫度范圍調整指令;待任務完成之后，繼續返回執行溫度控制命令。

4proteus仿真結果

溫度控制系統硬件電路設計部分在proteus軟件上完成，當C語言程序在keil軟件上編譯調試成功之后，導入單片機進行系統總調試。溫度采集模塊:DS18B20的溫度實時數據能夠有效地顯示出來;鍵盤控制模塊，相應按鍵按下之后，程序立即響應指定的動作指令;溫度控制模塊:采集的溫度低于設定低溫下限時加熱管工作，高于溫度上限時停止加熱并且風扇開啟降溫;報警模塊同樣工作正常。調試后的溫度顯示結果如圖4所示。LT、HT分別表示設定的溫度下限與上限，1602的第2行顯示實時溫度。

5結論

1)功率不同的加熱管承擔不同的功能，大功率紅外加熱管起主要加熱功能，小功率加熱管控溫，使得溫度滯后幅度變小，減少能源浪費，節電效果顯著。

第5篇：控制設計論文范文

對于風電機組控制系統而言，主要有以下構成部分：上位機監視系統、并網控制器、功率控制系統、偏航系統、變槳距系統、數據采集接口、PLC系統。其中，PLC是風電機組控制系統的關鍵部分，PLC和風電機組的相關部分都有著十分緊密的關系，進而能夠確保風電機組的安全及其效率。對于風電機組而言，大部分都是在環境比較惡劣的前提下運行的，所以要求分風電機組控制系統具備一定的可靠性以及抗干擾能力。在風電機組運行過程中，要準確的對參數進行測量以及合理的對策略進行控制，進而能夠準確的判斷出故障的所在地以及能夠及時對故障進行處理。因為在風電機組控制中具備比較多的順序控制，而且在控制的過程中要對參數中一定量的開關量信號進行合理的處理，為此，合理的對風電機組的控制特征以及要求進行分析，從而能夠選擇能夠滿足風電機組控制系統要求的PLC控制。

2合理設計軟件

因為要進行遠程監控和無人值守，所以要自動對風機進行控制，其中，控制的主要對象有：對運行狀態進行監測，在運行風機的時候，反饋信號、機組狀態參數、風力參數、監測電力參數等，從而確保機組能夠穩定的運行；在風機自動運行的時候，要根據運行的相關步驟采取風機全自動開車，進而能夠確保開車能夠穩定進行；對槳距進行控制，從而確保機組能夠穩定、安全運行；對偏航進行控制，從而確保風機正對著風向而得到最多的風能。當出現風速要比啟動風速要低、并網故障、剎車故障等情況的時候，要立刻對風機進行停機操作。

2.1控制的相關策略

當啟動風機的時候，風輪的槳葉是不動的，其槳距的角度應為90°，因為在這個過程中氣流不會對槳葉產生轉矩，所以槳葉實質上就是阻尼板。當風速與啟動風速一致的時候，槳葉會向0°轉動，從而通過氣流對槳葉所產生的功角，促使風輪的轉動。當發電機并入到電網之前，發電機轉速信號將會控制槳距系統中的槳距角的給定值。同時，轉速控制器會根據發電機轉速的快慢，合理的對槳距角設定值進行改變，而變槳距系統則會按照給出的槳距角的參考值，有效的對速度進行控制并對槳距角進行調整。當風速大于等于額定風速的時候，風電機組將會處于額定功率狀態。同時，轉速控制也會變成功率控制，而且變槳距系統將會控制發電機的功率所發出的信號。額定功率即是控制信號給定值恒定。給定值與功率反饋信號進行對比時，如果功率超過額定功率，槳葉槳距就會轉向迎風面積正在變少的方向；如果功率沒有超過額定功率，槳葉槳距就會轉向迎風面積正在增加的方向。

2.2合理控制風機啟動

當風機啟動的時候，要采用風速儀對風速進行測量，并對風速的大小進行判斷，當風速大于啟動風速的時候，要啟動風機；當風速小于啟動風速的時候，要繼續對風速進行測量。在啟動風機的時候，要有效的控制偏航，從而能夠有效的將槳距角調到零度以及確保風機能夠正面迎風。在對風機的轉速進行監測的時候，當風機的轉速到達切入轉速的時候，就能夠實行并網發電。

2.3合理控制偏航

合理控制偏航的目的在于確保風機能夠在迎面對著風向的時候，能夠得到最大化的風能，在實際應用當中，如果偏航角和風向角的差額不超過15°的時候，就可以認定風機是迎面對著風向的。對控制算法進行設計的時候，要遵循快捷進行控制的原則進行設計，從而能夠更好的避免在執行時所出現的繁瑣動作。如果電纜纏繞了多達兩圈，要立刻采取解纜控制，從而確保風電機組能夠安全的運行。同時，在進行解纜的時候風電機組要采用正常停機的方式，并要采用自動偏航后才能合理的進行解纜。

2.4合理控制風機停機

如果風機發生故障，比如，當傳動系統冷卻水的溫度比較高、風機的溫度比較高、槳距系統的液壓油位比較低等的時候，要及時發出停機警告，從而促使風機停機。如果發現風速超出相關限度的時候，由于風機的各個環節會受到一定的限制，所以一定要脫網停機。在停機的時候，要及時把槳距角調整到90°,確保停機時的安全性。

2.5合理控制槳距

在風機并網滯后，要憑借對槳距角的調節去調節發電機輸出的功率，如果額定功率小于實際功率的時候，PLC的模擬輸出單元CJ1W-DA021輸出和功率之間的差距成為比例的信號，如果功率偏差低于0的時候，要憑借進槳來促使功率的增加，同時，如果功率的偏差在-5且+5的時候，不能夠實行變槳，從而能夠避免過度頻繁的進行變槳。

3結語

第6篇：控制設計論文范文

1國內外成功應用案例研究

1.1國內應用

（1）上海截至2011年底，上海中心城快速路路網里程數穩定在141.0km，基本采用高架形式。至2009年，上海浦西地區快速路88個入口匝道中有70多個實施了匝道控制，除了武寧路實施了匝道調節控制，其他都為匝道開關控制，其中部分入口預留了匯入控制功能。浦東中環8個匝道及A1的11個匝道實施匝道控制，其中17個入口匝道為開關控制，并預留遠期匯入控制功能，1個入口匝道實施自適應匯入控制，1個出口匝道實施可變車道控制。近期，在楊高路上匝道，匯入南浦大橋的入口處，浦東張揚路上匝道與進入楊浦大橋的主線，設置了挑桿信號燈控制。上述匝道控制在關聯道路上布設“固定文字+可變文字”可變信息標志，在匝道入口及高架路段上設置了交通流情報信息板，目前系統運行良好。上海市快速路出入口控制系統開關控制較多，有交通引導信息/交通監控設備，電子警察設備。2005年上海快速路匝道實施控制系統后，交通量和平均車速均有一定程度的提升，特別是在內環高架內圈武夷路入口匝道實施自適應匯入控制后，更是取得了很好的控制效果，充分體現了匯入控制的優越性。試驗區域主線流量提高了1.1%~23.2%；主線平均車速提高了11.1%~84.6%，主線擁堵時間減小了22.8%~76.5%，縮短了主線車輛排隊長度，改善了快速路主線的交通狀態。上海快速路出入口控制系統改善了快速路主線的交通狀態，同時，快速路控制系統的交通信息和誘導設施均衡了交通需求，提高了快速路系統和區域路網的服務水平。（2）北京北京快速路由二、三、四、五環和11條聯絡線組成，長達360km，承擔著全市50%以上的交通流，快速路出入口密集，平均間距僅為318m，是世界上最復雜、控制難度最大的快速路。北京快速路與呼市類似，即為地面快速路，兩側設置地面輔路，快速路出入口加減速車道較短，從輔路匯入分流。針對這一結構和特點，北京市公安交管局自主研發了快速路出入通流特性分析、快速路多節點OD建模技術和給予主輔路占有率映射算法的交通控制策略，以及城市快速路交通控制技術。基于上述技術建成的快速路交通控制系統，利用設置在快速路主要出入口的信號燈，依據對快速路主輔路流量信息的檢測實施占有率控制，智能控制快速路出入口的開啟和關閉。北京的地面快速路+輔路形式使得其匝道控制與上海有很大的不同。出入口控制方式包括入口開關控制、入口匯入控制、出口輔路信號控制，配有交通監控系統。北京快速路出入口控制系統有效提高了北京快速路網的承載能力、交通管控能力和城市抗風險能力，快速路網日均時速提高6.92%。

1.2國外應用

（1）美國美國采用“stop-and-go”（停-走）交通信號，控制進入高速公路主線車輛的頻率。華盛頓大多數的快速路出入口匝道調節允許每次綠燈通過1輛車，最多不超過3輛，調節率大概在4~15s之間，這樣的間隔可以保障進口匝道的匯入交通受到一定的阻滯，減少高速匯入時容易產生的刮擦、碰撞等事故。美國亞特蘭實行固定周期式匝道調節，但是如果排隊檢測器檢測到預設的排隊長度極限值，匝道調節的速度將會被提高，周期縮短，以盡快地減少排隊。在美國快速路控制系統采用需求-容量控制策略較為廣泛。需求-容量控制策略是以交通量為控制參量，通過調節進入快速路的交通量，使得進入快速路的交通量與上游交通量之和不超過匝道下游的通行能力，保證主路下游交通量維持在其通行能力之內，最大限度利用快速路。華盛頓實施匝道調節后，該地區高速公路全范圍內事故發生率降低30％，在Renton的I405高速公路，匝道調節使得平均行程時間減少了3~16min，匝道調節是一種比較有效地緩解交通擁擠的控制手段。（2）歐洲歐洲的高快速路出入口匝道控制一般是車隊放行，每次綠燈信號放行匝道車輛數不確定，但每次最多放行的車輛數有限制，一般不超過9輛，控制策略中的紅燈時長和綠燈時長都是變化的。歐洲的快速路系統大部分采用ALINEA控制算法。ALINEA控制算法屬于線性狀態調節，由Papageorgiou在1991年提出。它通過調整匝道調節率使得其下游主線的占有率盡量維持在理想狀態，是經典控制理論的應用，現在歐洲很多國家在該算法的基礎之上進行了許多不同的改進，在實際應用中也得到了很好的效果。

1.3應用小結

通過國內外的快速路出入口控制系統，可以看到出入口匝道控制是比較常用的控制方法。它通過限制入口匝道匯入主線的車流量，達到減少主線交通擁堵的目的，通過控制出口匯出輔路的交通流，使主線的交通流可以更快地離開主線。快速路匝道控制主要采用在入口匝道處及出口匝道相連輔路上設置信號燈的方式，調節進出快速路的交通流，使匝道交通流進出有度、有序，避免快速路上形成交通瓶頸。為達到此目的，在進行匝道信號控制時應從城市快速路的交通特性、控制策略、配時方法及協調效果幾方面加以考慮。在出入口控制算法方面，對于在美國得到廣泛應用的需求-容量差額控制方法，還存在著一些不足。由于該方法僅僅檢測交通量的值，所以不能夠判斷快速路主線是擁擠還是自由流的狀態，并且算法采用開環控制，不能把控制后的微小變化再反饋給系統進行優化，因此，往往無法達到理想的控制效果。歐洲采用的ALINEA算法研究表明，即使算法中的值在很大范圍內變動，系統也能保持一個良好的性能，說明ALINEA算法的穩健性較好。此外，ALINEA算法的可移植性強，如果外部交通條件變化，只需要調整目標占有率的值，而且控制算法簡單，易于實現。目前它成為實際應用中非常成功的一種單點動態控制方法，在實際中還有許多的應用對該方法進行了改進。

總之，快速路出入口控制方法的效果取決于多種因素，交通特性、道路條件、匝道分布等多種因素都會影響到控制算法的適用性。即使是同樣的控制算法，其控制參數的取值往往也會在很大程度上影響控制的效果。從本質上講，入口匝道控制是對主線交通與入口匝道交通進行調節，方案的可行性與當地道路交通條件緊密相關。呼市快速路系統和國內外其他城市的快速路相比，有自身的特點和情況，主要表現為：（1）以主輔路布置形式為主，部分路段采用高架、地下隧道、半地下路塹形式；（2）快速路網少，承載的交通流量大，主線交通流量、匝道需求將常處于飽和運行狀態；（3）匝道布置間距較小，主輔路之間的合流、分流成為影響主線運行狀況的一個重要因素；（4）周邊路網發達，匝道車輛的可行替代路徑較多。所以應該在總結國內外其他城市快速路出入口控制系統的前提下，結合呼市自身的實際情況，選擇符合需求的快速路出入口的控制系統。

2快速路出入通管理控制系統設計

2.1系統目標

目前呼市快速路正在建設，出入口的現狀道路基礎條件、線形較好，存在著出入口控制系統實施可行性較好的地點。通過綜合考慮各方面因素（科學性及實用性），應用比較成熟的技術，吸取北京上海經驗，可以在呼市快速路出入口實現出入口控制，體現出入口控制的效果、優勢。經過對呼市快速路網的布局和交通控制系統現狀的深入分析，建立呼市快速路出入口控制系統，可實現以下目標：（1）保證主路基本暢通、輔路不至于產生嚴重的交通擁堵；（2）改善出入口匝道車輛的行駛秩序，確保車輛行駛安全；（3）對快速路及其關聯區域進行協調控制，有效使用地面道路的容量；（4）保證大型活動、緊急事件等非常態的快速路骨架路網作用；（5）與其他系統協同，提高對道路交通的誘導能力和綜合調控水平。

2.2系統功能需求

目前呼市二環線以內路網密度較大，但高峰時間交通擁堵嚴重，其中一個重要原因是呼市交通信息管理系統不完善，出行者無法及時查詢或獲取路況信息，導致交通需求分布失衡。因此，呼市快速路出入口管理與控制系統功能主要集中在幾個方面：中心控制、出入口多級調控、出入口信號協調、快速路交通信息采集、快速路信息、系統關聯、快速路信息查詢。呼市快速路出入通管理控制系統可分為三個層次：策略層、管控層、執行層。三個層次相互協調，實現系統信息采集、多級調控、日常管理和系統關聯的功能[3]。

2.3控制管理中心

管理控制中心分為硬件設備和軟件設備兩大部分。其中，硬件部分按功能分為數據庫服務器、管理端設備、以太網傳輸網絡設備和不間斷電源（UPS）等幾個部分；軟件部分分為系統軟件、數據庫軟件、數據處理軟件、管理平臺軟件等[4]。快速路出入口控制中心局域網系統是系統集成和管理協調系統的基礎平臺，是一個分布式計算機平臺，包括基礎平臺服務、分布式計算和對象服務、公共設施、共享領域服務以及應用，可以讓不同的軟件對象跨網絡、跨操作系統進行互操作，滿通信息的與查詢、訪問。

2.4系統控制方法和算法

根據以往研究，快速路控制系統匝道進出口的主要控制方法包括單點信號燈控制、單點開關控制、多匝道協調控制、快速路干線控制、區域控制、路由控制和不同控制方式的協調控制等[3]。目前呼市二環線快速路匝道相距較近，主線為雙向六車道，沿線相交道路高峰時間交通流量大，擁堵嚴重。因此，針對呼市快速路交通瓶頸形成原因，快速路出、入口匝道控制主要采用在入口匝道處及出口匝道相連輔路上設置信號燈的方式，平峰時間采用單點控制，高峰時間采用整體協調控制方法，調節進出快速路的交通流，使匝道交通流進出有度、有序，避免快速路上形成交通瓶頸，并有效利用輔路容量。建議呼市快速路與常規道路信號控制綜合考慮，形成快速路、區域信號控制協調控制系統，提高快速路的抗風險能力和消散阻塞的能力。進一步確保快速路系統的高速、高效、安全和舒適性。根據呼市快速路道路網設計和出入口布置形式，建議呼市快速路出入口控制算法可以結合采用改進型的ALINEA控制算法、需求-容量差額控制算法、占有率控制算法和定時控制算法。針對呼市快速路道路網不同的道路條件、交通狀況，采用不同的快速路出入口控制算法，將幾種控制算法相互結合，針對不同的適用條件和系統實際運行狀況選擇合適的快速路出入口控制算法策略[5]。

2.5出入口信號協調控制

由于快速路出入口的控制有很多的限制條件，對于不同的路段和車流量，出入口控制的效果也會有很大差異。其中對出入口控制影響最大的還是出入口是否有較多的道路空間資源可以儲存出入口控制造成的排隊。對于呼市部分快速路出入口間距較小的路段，將快速路出入口控制和快速路上下游交叉口控制結合起來，實行協調控制。快速路出入口協調控制從區域路網的角度上，將快速路和普通道路進行銜接和整合，制定協調控制的策略和方法，將快速路出入口和上下游交叉口控制作為一個整體控制系統，從整體路網的角度出發，制定統一的協調控制目標。從而更好地提高整個道路系統的運輸效率[6]。

2.6誘導信息系統

用于快速路出入通信息，對交通流進行有效地引導分流。入口控制信息情報板能夠接受匝道控制器的指令，在可變文字顯示部分以不同顏色顯示“匝道開放”、“匝道關閉”、“匯入調節”等匝道控制內容，以及“主線暢通”、“主線擁擠”、“主線堵塞”等交通狀態信息[7]。目前呼市尚缺少交通誘導信息系統，導致交通高峰期間部分路段和區域非常擁擠，而有些道路上車流量很少，道路資源未得到有效利用。

3結語

第7篇：控制設計論文范文

由于城市過多的鋼筋混凝土構成的建筑物等的建成，城市的固有地形受到較大損壞。城市水循環系統效率降低。通過新型雨洪控制系統可以有效恢復城市的水循環系統，改善生態環境。新型雨洪控制系統在一定程度上可以減輕城市內澇、下游洪水的沖擊、河道侵蝕、水污等城市問題。為城市不可或缺的水循環系統做出重大貢獻。為居民的正常生活和生活質量的提高做出有力促進。

2 增強園林魅力

同時新型雨洪控制系統的構建還應考慮是否能夠對園林進行有效的生態防護和環境美化。這樣不僅能為居民帶來安全便捷的生活條件還可以為居民提供良好舒適的娛樂休憩之處。既能提高人們的興奮性，提高做事效率又可以為城市帶來一定的客流量以增加城市的收入，提高經濟效益。

3 經濟節能

基于新型雨洪控制系統的城市園林設計具有雨水資源節約、節地、經濟節約、節能的特征。通過對城市用地中的雨水進行控制、凈化、調蓄利用，有效地節約了地下水源，避免了地下水資源的污染。從一定程度上節省了對于污染水源的高額治理費用，從城市發展的綜合效益而言具備經濟節約性。此外，由于對雨水的凈化合理調用能達到節水目的。減少了政府供水消耗量，節省了構建、使用供水設備的成本。其經濟效益不容小覷。城市風景園林設計中的新型雨洪控制利用的發展與實踐，縱觀國內外許多城市，新型雨洪控制系統的身影處處可見。在美國的很多地區，如：華盛頓州、馬里蘭州、弗吉尼亞州、俄勒岡州、馬里蘭州等一些城市都運用了新型雨洪控制系統。其雨水塘、雨水濕地、綠色屋頂等成為城市一道亮麗的風景。德國是世界上最早構建雨洪系統的國家。德國柏林廣場的雨水收集利用下凹式綠地、植被滲溝等方式，利用景觀設計收集、調蓄雨水。新西蘭奧克蘭北岸市雨水花園處理道路徑流的實例，就體現了新型雨洪控制系統的美化環境，生物防護的功能。我國的北京、寧波、天津、杭州、成都等地也將城市雨洪控制系統有效納入園林設計體系中。

4 總結

第8篇：控制設計論文范文

可編程控制器課程單元，是對于在電子電器以及拖動設備中設置的邏輯控制單元原理和應用方式進項簡潔介紹的課程單元，早期的PLC只能做些開關量的邏輯控制，因而叫PLC。近年來，PLC采用微處理器作為中央處理單元，不僅有邏輯控制功能，還有算術運算、模擬量處理甚至通信聯網功能，正確應稱為PC。但為了與個人計算機有所區別，仍稱其為PLC。盡管功能在逐步強大，但是由于該技術是依托于成熟的儲存模塊，通過寫入讀出進行控制過程設置的一項實用性技術，其現實應用雖是集通信技術、計算機技術以及自動化技術為一體的新型自動控制裝置，但組裝方便，編程簡單，適合大規模格式化應用，因此對學習者的基礎要求和編程能力沒有特殊要求，可以作為一種實用性技術作為教學目標。尤其是對于學習電力自動化和電子電器的學生，學好可編程自動化課程對于熟悉自動化控制原理以及將來在工作實踐中，能夠得心應手的處理電器問題以及簡單設計一些控制單元有著決定性的作用，因此對于中等職業學校的可編程控制器教學單元課程設計的好壞，不僅決定了學校自動化控制專業的水平，也同時決定了學校的畢業生是否能夠順應社會，成為社會上可造之材的關鍵課程，不得不引起電子電器以及自動化控制專業的專業課程所重視，并花大力氣解決教學課程設計等工作。

2可編程控制器教學的主要課程目標

可編程控制器技術，是現代工業自動化三大支柱之一，其目標就是實現設計意圖和設備運行的即時通信。隨著教育的發展，教會學生了解可編程控制器的原理，以及工作特點是課程的首要任務，也是教育要面向未來的最基本要求，這是現代工業對對課程設計的主要現實要求。而對課程目標而言，就是要順應這一時代要求，把這一體積小、組裝維護方便、編程簡單、可靠性高、抗干擾能力強的實用技術方法傳授給學生，使得學生能夠按照從業需求掌握相關知識和技能。

3教學課程的設計重點選擇

課程設計的基礎來源于所教授單元的結構體系，對于可編程控制器技術而言，它是設備電氣系統的心臟和交互傳輸中心，可編程控制器就是這一完整單元的承載者和實現者，而對于中等職業學校的學生而言，控制原理主要作為了解，而控制輸入單元的設計和運行原理就需要加大力度去了解，并加以熟練掌握，達到能夠簡單設計和故障排除的職業需求。同時對于中等職業學校的學生而言，執行機構由控制元件和開關系統指揮各類機械的運行對于這類學生是主要的學習目標，因此重中之重應該安排這部分的教學設計。

4課程設計的主要方法和教學途徑分析

4.1入門教育

可編程控制器科目的學習，對于中等職業技術學校的學生而言，很容易產生畏難情緒，以為像計算機編程語言一樣晦澀難懂，從而產生畏難情緒。因此初始教案的設計就應當有針對性的進行設計，從學生的興趣愛好入手，充分利用學生對知識的渴望和新鮮感，加以正確有效的引導。從身邊的PLC應用入手，講解相應專業同可編程控制器應用的關系，給學生描繪可編程控制器在城市便捷交通控制、生活設施，以及市場上流行的數控加工中心、機械手，甚至3D打印機應用的廣泛實例，激發學生獲取知識的欲望和好奇心，覺得它就在我們身邊。同時教師還可以配合激勵機制聯系就業市場的需求（有較多單位提出“懂得PLC者優先”），從而激發了學生的學習欲望。

4.2課程進度設計要素

根據學生素質參次不齊的現狀，中等職業教育可控制編程器課程單元應當是從簡單應用入手，增加學生學習的信心和勇于探索的內在需求。在現代科技飛速發展的今天，信息的來源層出不窮，充分發揮校園信息平臺，利用互聯網和各類科學技術講座，不斷灌輸自動化對生活的改變，讓學生身處可編程控制器帶來的驚喜改變中，把課程設計融入學生的個人生活中去，循序漸進讓學生從內心里接受知識，接受不斷進取、不斷獲取新知識新技能的內在動力。在享受科技發展帶來的便利和科技進步之余，也將自己融入科技進步的洪流中去，真正成為知識的主人。

4.3把課堂教學變成互動參與的知識殿堂

教學的主體最終還是學生自身，因此在課程設計上需要著重增加學生的主動性和參與度，可以采用老師下課題，分組收集相關知識點的方式，讓學生對所學內容進行外延和內涵的擴展活動，從學生收集的圖片資料和其他應用范例中獲取營養，在獲取知識的同時培養同學之間的合作意識和競爭意識，增添了學生學習的信心和對課程的濃厚興趣。對于可編程控制器這一實用但略顯枯燥的課程而言，直觀教學的方法無疑可以帶來良好的課程效果，在增加感性認識的同時，可以拓寬學生的知識視野，同時可以培養學生的觀察能力，同時也可以采用互動環節，讓同學們自助設計和制作示教板和器具以及簡易控制單元，從而使學生對理論知識，學生在感性直觀教學中易于理解、掌握。

4.4充分利用多媒體教學手段

中等職業技術學校的生源一般都來自城市周邊，對于工業化的理解并不直觀，尤其對于大型設備，大型流水線以及數控加工中心的認識一般都缺乏必要的認識。在實習和學習之前，充分利用多媒體輔助教學，就可以解決這一難題，充分利用多媒體技術制作教案，用豐富的設備設施充分體現可編程控制器的應用。同時對于晦澀難懂的理論也可以直觀的分化出來，把編程輸入和控制流程，直到各種控制動作的實現都一一展現在學生的面前，達到控制過程直觀呈現的效果，充分理解可編程控制器的控制原理，細化程序的設計理念和操作方法，摒棄枯燥的填鴨教學以避免給學生帶來畏難情緒。

4.5利用好實驗手段，展示課程魅力，提高學生學習興趣

眾所周知，實驗課是電子電器類課程最能吸引學生好奇心和創造性的科目，不但可以起到理論課的補充作用，更是強化學習效果的重要手段，在現代教學理念中還把實驗課作為檢驗學生學習能力和動手能力的主要考察方向，因此做為一個良好的課程設計，可謂不能不加以充分認識和利用。通過實驗，學生們充分的動手實驗，觀察現象和結論，不僅可以加深理解所學的基礎知識，同時通過實際的模擬實驗，可以直接了解將來工作中手動編程器的使用情況，是學生們走上社會后直接面對工作的捷徑，從而提高學生的社會適應性，增強學生的就業競爭力；而不單單是一種學習知識了解技能的工具。因此對于以造就實用型復合人才為培養目標的中等職業學校，充分利用好實驗手段，是教學課程設計的關鍵命題。

5結語

第9篇：控制設計論文范文

隨著經濟的飛速發展，人們生活水平的快速提高，能源需求也日益增長，如今我國已是世界上第二大能源消費國。但我國的人均能源資源不到世界平均水平的二分之一，同時以煤為主的能源消耗對環境的壓力也日益增大。電能的消耗是能源消耗的一個重要組成部分，在我國的城鎮，隨著商場、辦公大廈等一些公共場所的用電需求越來越大，而這些地方目前的管理不到位等因素，往往造成電能的巨大浪費，這樣，提高用電效率就迫在眉睫。燈光系統，尤其是公共場所的燈光系統的能耗是非常巨大的。而傳統的公共場所燈光的控制主要采用人工，控制點大都比較分散，導致管理極為不便，不僅浪費人力管理成本，還會因管理不善導致用電的浪費。本文提出一種基于電路載波及智能控制等物聯網技術的，具備遠程管理、故障檢測、智能控制等功能于一體的公共場所（如教學大樓、實驗大樓、賓館、寫字樓等）燈光遠程智能監控系統，旨在加強對燈光系統的智能管理，節能降耗，并降低管理成本。

2系統原理與結構

系統結構為典型的物聯網三層結構，有感知層、網絡層及應用層組成，結構如圖1所示。網絡層使用電力載波技術，各節點及網關之間采用載波通信。感知層由各載波傳感控制節點組成，各節點設計有繼電器控制接口，可對節點所連接的燈光進行開關控制。同時，各節點設計有人體紅外節點、光敏傳感節點等傳感器，可實時測量出周圍的環境情況。另外，各節點還設計有電流檢測模塊，可以通過電流的變化對連接到本節點燈光的故障狀態進行檢測。應用層主要包含遠程監控、故障檢測和智能控制三部分功能組成，遠程監控功能是通過遠程終端實時了解各節點燈光狀態并可控制各路燈光的開關；故障檢測功能是實時檢測各節點有無燈的故障，一旦出現故障便即刻向終端發出報警信號并告知故障燈光所在節點，便于管理人員及時進行維修維護；智能控制功能則是通過終端遠程發送命令，使各節點按照一定的控制規則智能地控制本節點連接的各燈光狀態。

3載波傳感控制節點硬件控制系統設計

①硬件選型。首先是載波模塊的選型，本文選用的是HL-PLCV3.0載波通訊模塊，其采用FSK通訊方式，軟件采用超級模糊算法，即使傳輸信號擾或丟失達40%，也能準確還原出原載波信號，通訊穩定，抗干擾能力強，且能實現串口透傳，使用方便。其次是MCU的選擇，考慮到功能、功耗、安全、價格、抗干擾等方面因素，本文選取了宏晶STC單片機STC12C5A60S2，能很好滿足使用要求，可升級性也比較好。②電源模塊。有兩部分組成，一是交流220V轉9V，用來給載波模塊供電，使用AC-DCWA5-220S09D3模塊來完成轉換；另一是9V轉5V，用來給單片機電路供電，使用LM1117-5.0搭建穩壓電路即可實現，如圖2所示。③電流檢測模塊主要是使用電流檢測芯片ACS712再通過LM321放大電路對檢測信號進行放大，最后使用A/D轉換來得到結果，此電路可得到610mv/A的檢測信號，見圖3。④控制執行模塊可通過繼電器來完成，其電路圖如圖4。⑤載波模塊接口設計，根據其功能，設計如圖5。

4通信協議控制系統設計

要保證無線傳感節點之間以及同終端之間的數據交互能正確無誤、暢通無阻，需編寫一個通信協議來完成此項工作。由于本系統數據交互具有流量不大，內容并不復雜等特點，可編寫簡單協議來規范系統內部的通信。本通信協議設計為8字節長度，詳見表1。其中類型用來區分是上位機的命令，還是無線節點的返回數據；對象標記用來區分具體的無線節點；值1、值2表示具體的命令及具體的狀態。

5軟件控制系統設計

5.1載波傳感控制節點軟件設計。載波傳感控制節點的主要工作是數據信息采集、執行控制命令。為降低網絡流量，各節點除上電時收發下地址確認信息等初始化數據，正常狀態下只是在命令反饋時或在檢測到故障時才進行數據的發送。節點的程序流程圖如圖6所示。圖6載波傳感控制節點程序流程圖Main函數節點初始化、設置本地地址、頻率電流傳感器數據采集檢測到電路異常封裝異常信息YN設置標志位，等待接收命令YN接收到載波數據執行控制命令載波反饋送給網關

5.2上位機軟件設計。控制界面主要是控制燈開關，同時還能顯示出燈的現有狀態。當電路異常的時候界面也會及時地顯示出報警信息，程序運行流程圖如圖7示。圖7控制界面程序流程圖用戶燈光狀態控制有網關數據？數據包解析異常？顯示燈狀態異常報警NNYY。

6總結