【PLC在樓宇自控系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)用研究9100字（論文）】

[1]圖3-3PMS5003實(shí)物外形圖3-4顆粒物傳感器原理圖圖3-4顆粒物傳感器原理圖3.1.3MAX44009光照強(qiáng)度傳感器本次設(shè)計(jì)采用了使用I2C總線(xiàn)的光照傳感器MAX44009，其具有外圍電路簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)采集方便，可靠性高，引腳數(shù)量少等優(yōu)點(diǎn)，其有效量程范圍為0.045lux至188,000lux，能夠完整覆蓋本次設(shè)計(jì)所需光照強(qiáng)度探測(cè)范圍。圖3-5圖3-5光照傳感器部分原理圖3.1.4SHT20溫濕度傳感器本次設(shè)計(jì)，采用了sensirion公司生產(chǎn)的SHT20型溫濕度傳感器，其具有體積小，精度高，可靠性好，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。SHT20外圍電路與Arduino信號(hào)線(xiàn)接口部分電路原理圖如下圖所示。SHT20在本次設(shè)計(jì)中，與MAX44009掛載與同一I2C總線(xiàn)上，并由Arduinomega進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與發(fā)送。圖3-6溫濕度測(cè)量部分原理圖3.1.5熱釋電傳感器圖3-6溫濕度測(cè)量部分原理圖本次設(shè)計(jì)中，采用了8只熱釋電感應(yīng)模塊組成陣列，以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制目標(biāo)區(qū)域的有效觀測(cè)，熱釋電傳感器的工作模式設(shè)定為多次重復(fù)，即不斷電復(fù)位可多次輸出有效電平，延時(shí)模式設(shè)定為一分鐘，足以讓被探測(cè)行人在燈光亮起時(shí)長(zhǎng)內(nèi)走出探測(cè)區(qū)域。熱釋電傳感器（PIR）與ArduinoMega信號(hào)線(xiàn)電路硬件連接如圖所示。3.2室內(nèi)傳感器/解碼系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖3-7熱釋電部分原理圖3.2.1MAX44009光照強(qiáng)度傳感器圖3-7熱釋電部分原理圖本次設(shè)計(jì)中，室內(nèi)傳感器MAX44009部分與室外傳感器連接方式相同，掛載于Arduinomega的硬件I2C接口（D20D21）上，MAX44009外圍電路與ArduinoMega信號(hào)接口部分電路原理圖如下圖所示。圖3-8光照傳感器原理圖3.2.2SHT20溫濕度傳感器圖3-8光照傳感器原理圖與室外傳感器硬件連接方式一致，同樣與MAX44009掛載于同一I2C總線(xiàn)之上，SHT20外圍電路與Arduino信號(hào)線(xiàn)接口部分電路原理圖如下圖所示。圖3-9溫濕度傳感器原理圖3.2.4PLC接口電路部分圖3-9溫濕度傳感器原理圖PLC電路接口部分，采用繼電器輸出形式，COM公共端連接外置電源GND端，各端口連接至外圍模塊GND端。3.3PLC外圍硬件定義I0室內(nèi)傳感器信號(hào)輸入端I0.0:光強(qiáng)度低信號(hào)輸入端I0.1：光強(qiáng)度高信號(hào)輸入端I0.2：溫度低信號(hào)輸入端I0.3：溫度高信號(hào)輸入端I0.4：濕度低信號(hào)輸入端I0.5：濕度高信號(hào)輸入端I1室外傳感器信號(hào)輸入端I1.0:光強(qiáng)度低信號(hào)輸入端I1.1：光強(qiáng)度高信號(hào)輸入端I1.2：溫度低信號(hào)輸入端I1.3：溫度高信號(hào)輸入端I1.4：濕度低信號(hào)輸入端I1.5：濕度高信號(hào)輸入端I1.6：空氣內(nèi)顆粒物報(bào)警信號(hào)輸入端I2.0-I2.7：熱釋電信號(hào)輸入端Q0伺服信號(hào)輸出端Q0.0：空氣過(guò)濾器控制端Q0.1：門(mén)窗開(kāi)關(guān)控制端Q0.2：加溫器控制端Q0.3：遮光裝置控制端Q0.4:除濕裝置控制端Q0.5:室內(nèi)照明開(kāi)關(guān)Q1.0-Q1.7:燈光控制端4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1室外傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖4-1室外傳感器程序流程圖圖4-1室外傳感器程序流程圖4.1.1MAX44009部分#include"MAX44009.h"uint16_tcur_PM25,cur_PM10,cur_Temp,cur_Humi,cur_Light;boolLightL_ACT,LightR_ACT;constuint16_tLight_L=400,Light_R=1500;if(light.begin()){Serial.println("[ERROR]Lightsensorfailed");while(1);}cur_Light=light.get_lux();Serial.println("Light:\t"+(String)cur_Light);delay(100);if(cur_Light<=Light_L){Serial.println("LightL_ACT=1");LightL_ACT=true;LightR_ACT=false;digitalWrite(LightL_PIN,HIGH);digitalWrite(LightR_PIN,LOW);cur_status|=1;cur_status<<=2;Serial.print("\t\t[DEBUG]");Serial.println(cur_status,BIN);}elseif(Light_R<=cur_Light){Serial.println("LightR_ACT=1");LightL_ACT=false;LightR_ACT=true;digitalWrite(LightL_PIN,LOW);digitalWrite(LightR_PIN,HIGH);cur_status<<=1;cur_status|=1;cur_status<<=1;Serial.print("\t\t[DEBUG]");Serial.println(cur_status,BIN);}else{Serial.println("Light_ACT=0");LightL_ACT=false;LightR_ACT=false;digitalWrite(LightL_PIN,LOW);digitalWrite(LightR_PIN,LOW);cur_status<<=2;Serial.print("\t\t[DEBUG]");Serial.println(cur_status,BIN);}聲明庫(kù)函數(shù)，調(diào)用<MAX44009.h>頭文件，并內(nèi)定義光照強(qiáng)度高低閾值信號(hào)變量名及數(shù)據(jù)返回類(lèi)型；設(shè)置光照強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)值閾值，單位lux；初始化函數(shù)，若無(wú)返回值則通過(guò)串口輸出報(bào)錯(cuò)信息；在Voidloop()主循環(huán)內(nèi)，調(diào)用相關(guān)庫(kù)函數(shù)，讀取傳感器返回?cái)?shù)值；對(duì)返回值與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較判斷，并根據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼送入指定字符串中等待發(fā)送。4.1.2PMS5003程序部分（1）#include"pms.h"（2）PmsAltSerialpmsSerial;pmsx::Pmspms(&pmsSerial);uint16_tcur_PM25,cur_PM10;（3）boolPM25L_ACT,PM25R_ACT;（4）constuint16_tPM25_L=0,PM25_R=200;（5）Serial.println(pmsx::pmsxApiVersion);if(!pms.begin()){Serial.println("[ERROR]PMScommunicationfailed");return;}pms.setPinReset(pinReset);pms.setPinSleepMode(pinSleepMode);if(!pms.write(pmsx::PmsCmd::CMD_RESET)){pms.write(pmsx::PmsCmd::CMD_SLEEP);pms.write(pmsx::PmsCmd::CMD_WAKEUP);}pms.write(pmsx::PmsCmd::CMD_MODE_PASSIVE);pms.write(pmsx::PmsCmd::CMD_READ_DATA);pms.waitForData(pmsx::Pms::TIMEOUT_PASSIVE,pmsx::PmsData::FRAME_SIZE);pmsx::PmsDatadata;autostatus=pms.read(data);if(status!=pmsx::PmsStatus::OK){Serial.print("PMSsensor:");Serial.println(status.getErrorMsg());}pms.write(pmsx::PmsCmd::CMD_MODE_ACTIVE);if(!pms.isWorking()){Serial.println("[ERROR]PMSsensorfailed");} switch(status){casepmsx::PmsStatus::OK:{Serial.println("_________________");constautonewRead=millis();Serial.print("Waittime");Serial.println(newRead-lastRead);lastRead=newRead;autoview=data.raw;cur_PM25=view.getValue(4);cur_PM10=view.getValue(5);Stringstr;str=String(cur_PM25)+"\t"+view.getName(4)+"["+view.getMetric(4)+"]"+"|diameter:"+view.getDiameter(4);Serial.println(str);str=String(cur_PM10)+"\t"+view.getName(5)+"["+view.getMetric(5)+"]"+"|diameter:"+view.getDiameter(5);Serial.println(str);if(cur_PM25<0||cur_PM25>1000||cur_PM10<0||cur_PM10>1000){Serial.println("[ERROR]PMSDATAERROR");gotoloopend;}（6）if(cur_PM25<=PM25_L){PM25L_ACT=true;PM25R_ACT=false;digitalWrite(PM25L_PIN,HIGH);digitalWrite(PM25R_PIN,LOW);Serial.println("PM2.5L_ACT=1");cur_status|=1;cur_status<<=1;Serial.print("\t\t[DEBUG]");Serial.println(cur_status,BIN);}elseif(PM25_R<=cur_PM25){PM25L_ACT=false;PM25R_ACT=true;digitalWrite(PM25L_PIN,LOW);digitalWrite(PM25R_PIN,HIGH);Serial.println("PM2.5H_ACT=1");cur_status|=1;cur_status<<=1;Serial.print("\t\t[DEBUG]");Serial.println(cur_status,BIN);}else{PM25L_ACT=false;PM25R_ACT=false;digitalWrite(PM25L_PIN,LOW);digitalWrite(PM25R_PIN,LOW);Serial.println("PM2.5_ACT=0");cur_status<<=1;Serial.print("\t\t[DEBUG]");Serial.println(cur_status,BIN);}delay(100);break;}casepmsx::PmsStatus::NO_DATA:{Serial.println("[INFO]PMSNODATA");gotoloopend;break;}default:{Serial.print("[ERROR]PMSerror:");Serial.println(status.getErrorMsg());gotoloopend;}}聲明庫(kù)函數(shù)，調(diào)用相關(guān)頭文件；調(diào)用軟串口函數(shù)，并設(shè)置變量類(lèi)型；定義空氣內(nèi)顆粒物密度判定閾值變量；預(yù)設(shè)相關(guān)數(shù)據(jù)判定閾值；初始化PMS5003，若通訊錯(cuò)誤則串口輸出報(bào)錯(cuò)信息；Voidloop()循環(huán)內(nèi)PMS相關(guān)函數(shù)，讀取程序返回值并判斷，將結(jié)果輸入字符串中等待發(fā)送，若數(shù)據(jù)錯(cuò)誤則不執(zhí)行后續(xù)程序，并發(fā)送報(bào)錯(cuò)信息。4.1.3SHT20程序部分#include"uFire_SHT20.h"聲明SHT20對(duì)應(yīng)庫(kù)函數(shù)。boolTempL_ACT,TempR_ACT;boolHumiL_ACT,HumiR_ACT;定義溫度、濕度變量。constuint16_tTemp_L=15,Temp_R=30;constuint16_tHumi_L=20,Humi_R=60;設(shè)定變量閾值。SHT20.measure_all();cur_Temp=SHT20.tempC;cur_Humi=SHT20.RH;voidloop()循環(huán)內(nèi)定義變量與返回值if(cur_Temp<=Temp_L){Serial.println("TempL_ACT=1");TempL_ACT=true;TempR_ACT=false;digitalWrite(TempL_PIN,HIGH);digitalWrite(TempR_PIN,LOW);cur_status|=1;cur_status<<=2;Serial.print("\t\t[DEBUG]");Serial.println(cur_status,BIN);}elseif(Temp_R<=cur_Temp){Serial.println("TempR_ACT=1");TempL_ACT=false;TempR_ACT=true;digitalWrite(TempL_PIN,LOW);digitalWrite(TempR_PIN,HIGH);cur_status<<=1;cur_status|=1;cur_status<<=1;Serial.print("\t\t[DEBUG]");Serial.println(cur_status,BIN);}else{Serial.println("Temp_ACT=0");TempL_ACT=false;TempR_ACT=false;digitalWrite(TempL_PIN,LOW);digitalWrite(TempR_PIN,LOW);cur_status<<=2;Serial.print("\t\t[DEBUG]");Serial.println(cur_status,BIN);}if(cur_Humi<=Humi_L){Serial.println("HumiL_ACT=1");HumiL_ACT=true;HumiR_ACT=false;digitalWrite(HumiL_PIN,HIGH);digitalWrite(HumiR_PIN,LOW);cur_status|=1;cur_status<<=2;Serial.print("\t\t[DEBUG]");Serial.println(cur_status,BIN);}elseif(Humi_R<=cur_Humi){Serial.println("HumiR_ACT=1");HumiL_ACT=false;HumiR_ACT=true;digitalWrite(HumiL_PIN,LOW);digitalWrite(HumiR_PIN,HIGH);cur_status<<=1;cur_status|=1;cur_status<<=1;Serial.print("\t\t[DEBUG]");Serial.println(cur_status,BIN);讀取庫(kù)函數(shù)返回值，并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較。將比較結(jié)果送入變量字符串中。4.1.4熱釋電傳感器部分constuint16_tPIR_PIN[9]={0,54,55,56,57,58,59,60,61};定義熱釋電傳感器引腳對(duì)應(yīng)數(shù)組for(uint16_ti=1;i<=8;i++){pinMode(PIR_PIN[i],INPUT);}讀取引腳數(shù)組，并初始化設(shè)定引腳為輸入狀態(tài)。for(uint16_ti=1;i<=8;i++){if(digitalRead(PIR_PIN[i])==HIGH){cur_status|=1;}cur_status<<=1;}讀取引腳狀態(tài)，并將輸入結(jié)果送入結(jié)果判定數(shù)組內(nèi)。4.1.5串口發(fā)送程序Serial.begin(9600);Serial1.begin(9600);設(shè)定串口0串口1工作模式與波特率。八位數(shù)據(jù)幀，無(wú)校驗(yàn)位，停止位1，波特率9600。Serial1.print('S');Serial1.println(cur_status,BIN);串口1，將特定格式判斷結(jié)果數(shù)組發(fā)送。4.2室內(nèi)傳感器部分圖4-2室內(nèi)傳感器部分程序流程圖4.2.1SHT20溫濕度傳感器與MAX44009傳感器部分圖4-2室內(nèi)傳感器部分程序流程圖本部分移植自室外傳感器部分，因此除去邏輯判斷并輸出引腳電平部分不同外，其余代碼基本一致。#include"uFire_SHT20.h"聲明SHT20對(duì)應(yīng)庫(kù)函數(shù)。boolTempL_ACT,TempR_ACT;boolHumiL_ACT,HumiR_ACT;定義溫度、濕度變量。constuint16_tTemp_L=15,Temp_R=30;constuint16_tHumi_L=20,Humi_R=60;設(shè)定變量閾值。SHT20.measure_all();cur_Temp=SHT20.tempC;cur_Humi=SHT20.RH;voidloop()循環(huán)內(nèi)定義變量與返回值cur_Light=light.get_lux();Serial.println("Light:\t"+(String)cur_Light);delay(100);SHT20.measure_all();cur_Temp=SHT20.tempC;cur_Humi=SHT20.RH;Serial.println("Temperature:\t"+(String)cur_Temp+"°C");Serial.println("RH:\t"+(String)cur_Humi+"%");//Serial.println((String)SHT20.vpd()+"kPaVPD");//光傳感器和SHT20采樣if(cur_Light<=Light_L){Serial.println("LightL_ACT=1");LightL_ACT=true;LightR_ACT=false;digitalWrite(LightL_PIN,HIGH);digitalWrite(LightR_PIN,LOW);}elseif(Light_R<=cur_Light){Serial.println("LightR_ACT=1");LightL_ACT=false;LightR_ACT=true;digitalWrite(LightL_PIN,LOW);digitalWrite(LightR_PIN,HIGH);}else{Serial.println("Light_ACT=0");LightL_ACT=false;LightR_ACT=false;digitalWrite(LightL_PIN,LOW);digitalWrite(LightR_PIN,LOW);}if(cur_Temp<=Temp_L){Serial.println("TempL_ACT=1");TempL_ACT=true;TempR_ACT=false;digitalWrite(TempL_PIN,HIGH);digitalWrite(TempR_PIN,LOW);}elseif(Temp_R<=cur_Temp){Serial.println("TempR_ACT=1");TempL_ACT=false;TempR_ACT=true;digitalWrite(TempL_PIN,LOW);digitalWrite(TempR_PIN,HIGH);}else{Serial.println("Temp_ACT=0");TempL_ACT=false;TempR_ACT=false;digitalWrite(TempL_PIN,LOW);digitalWrite(TempR_PIN,LOW);}if(cur_Humi<=Humi_L){Serial.println("HumiL_ACT=1");HumiL_ACT=true;HumiR_ACT=false;digitalWrite(HumiL_PIN,HIGH);digitalWrite(HumiR_PIN,LOW);}elseif(Humi_R<=cur_Humi){Serial.println("HumiR_ACT=1");HumiL_ACT=false;HumiR_ACT=true;digitalWrite(HumiL_PIN,LOW);digitalWrite(HumiR_PIN,HIGH);}讀取庫(kù)函數(shù)返回值，并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較。并將對(duì)應(yīng)引腳電平輸出。4.2.2串口數(shù)據(jù)讀取解碼輸出部分uint16_tPINS[]={0,10,11,12,13,14,15,16,21,22,23,24,25,26,27,28};bools[20];定義接收變量數(shù)組。if(Serial1.available()>0){t1=Serial1.read();if(t1=='S'){for(uint16_ti=0;i<=16;i++){while(Serial1.available()==0){}t2=Serial1.read();if(i==0||i==16){continue;}if(t2=='0'){s[PINS[i]]=0;Serial.println("i="+(String)i+",LOW");}elseif(t2=='1'){s[PINS[i]]=1;Serial.println("i="+(String)i+",HIGH");}else{Serial.println("[ERROR]dataerror,i="+(String)i);}}}delay(2);}接收串口數(shù)據(jù)，并獲取有效數(shù)據(jù)，將判斷結(jié)果賦值給指定數(shù)組。if(digitalRead(P)==HIGH){for(uint16_ti=1;i<=15;i++){digitalWrite(PINS[i],s[i]);}}根據(jù)數(shù)組內(nèi)部數(shù)值，對(duì)各輸出引腳狀態(tài)寄存機(jī)賦值。if(digitalRead(P)==HIGH){for(inti=1;i<=15;i++){digitalWrite(PINS[i],s[i]);}}若檢測(cè)到PLC給出信號(hào)，則刷新各引腳狀態(tài)。4.3PLC主控程序部分采光控制部分PLC程序段，當(dāng)處于上課/晚自習(xí)時(shí)間時(shí)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)室內(nèi)外燈光強(qiáng)度,根據(jù)程序段進(jìn)行遮光及開(kāi)燈補(bǔ)光等動(dòng)作。圖4-3光照控制部分程序空氣質(zhì)量及溫濕度控制部分，根據(jù)各傳感器發(fā)送至I輸入口信號(hào)，根據(jù)預(yù)設(shè)邏輯判斷并控制相關(guān)設(shè)備，對(duì)室內(nèi)濕度，溫度，空氣質(zhì)量等進(jìn)行控制與調(diào)整。例如空氣顆粒物指數(shù)過(guò)高時(shí)自動(dòng)關(guān)閉門(mén)窗，并將空氣過(guò)濾裝置開(kāi)啟，以維持室內(nèi)空氣潔（PM2.5＜75μg/m3）。圖4-3光照控制部分程序圖4-4溫濕度控制部分程序室外走廊燈部分控制程序，根據(jù)RTC時(shí)鐘，自動(dòng)判斷處于何種時(shí)段，并選取對(duì)應(yīng)控制邏輯對(duì)走廊內(nèi)燈光進(jìn)行控制。白天上課時(shí)段，將根據(jù)室外光照強(qiáng)度，判斷是否需要對(duì)走廊進(jìn)行補(bǔ)光照明，并在行人經(jīng)過(guò)時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟熱釋電傳感器對(duì)應(yīng)的圖4-5走廊燈控制程序圖4-4溫濕度控制部分程序圖4-5走廊燈控制程序?yàn)轭A(yù)設(shè)變量設(shè)定初始值，PLC上電后SM0.0上電一個(gè)掃描周期，執(zhí)行MOV_B語(yǔ)句，并將其預(yù)定數(shù)值裝定進(jìn)入系統(tǒng)RTC時(shí)鐘。圖4-7圖4-7RTC時(shí)鐘設(shè)置部分（2）圖4-8讀取RTC圖4-8讀取RTC時(shí)鐘程序段圖4-10時(shí)間判斷程序（2）圖4-9時(shí)間判斷程序（1）將VW23內(nèi)當(dāng)前時(shí)間數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)時(shí)間閾值比較，并將對(duì)應(yīng)輔助繼電器線(xiàn)圈通激活對(duì)應(yīng)不同時(shí)間段控制系統(tǒng)工作狀態(tài)。圖4-10時(shí)間判斷程序（2）圖4-9時(shí)間判斷程序（1）5傳感器平臺(tái)搭建測(cè)試及PLC仿真調(diào)試5.1傳感器平臺(tái)通過(guò)USB連接室外傳感器平臺(tái)與電腦，打開(kāi)串口監(jiān)視器，讀取debug信息與編碼后邏輯判斷信息。檢測(cè)無(wú)誤后開(kāi)始檢查室內(nèi)傳感器。用USB線(xiàn)纜連接室內(nèi)傳感器主控板與電腦，打開(kāi)串口監(jiān)視器，查看DEBUG信息，解碼與邏輯判斷輸出正常。圖5-1485圖5-1485總線(xiàn)信號(hào)波形圖（時(shí)基5ms）5.2PLC主控測(cè)試圖5-3圖5-3裝載PLC程序圖5-2設(shè)定PLC對(duì)應(yīng)CPU型號(hào)裝載完成程序后，將仿真軟件調(diào)整為RUN狀態(tài)，開(kāi)始測(cè)試。5.2.1熱釋電控制走廊燈部分測(cè)試首先在設(shè)置內(nèi)，更改時(shí)間為上課時(shí)間（6:30——18:30），并將室外光L端（I1.0）置于有信號(hào)輸入狀態(tài)，隨后將熱釋電信號(hào)輸入端（I2.0）隨機(jī)選擇送入信號(hào)，觀察輸出狀態(tài)。圖5-5熱釋電控制端信號(hào)輸入——輸出狀態(tài)測(cè)試結(jié)果表明，在測(cè)試條件室外光照強(qiáng)度不足/夜間等狀態(tài)時(shí)，熱釋電控制端可通過(guò)接受對(duì)應(yīng)信號(hào)控制走廊燈開(kāi)啟及關(guān)閉。5.2.2室內(nèi)補(bǔ)光/遮光部分測(cè)試如圖所示，當(dāng)室內(nèi)光線(xiàn)過(guò)暗時(shí)，程序根據(jù)設(shè)定，自動(dòng)打開(kāi)室內(nèi)照明燈（Q0.5），進(jìn)行補(bǔ)光照明。如圖所示，當(dāng)室外光線(xiàn)過(guò)強(qiáng)時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟遮光裝置（Q0.3），并自動(dòng)開(kāi)啟室內(nèi)照明燈（Q0.5）。圖5-6室內(nèi)光照過(guò)暗時(shí)PLC輸出圖5-6室內(nèi)光照過(guò)暗時(shí)PLC輸出圖5-7室外光線(xiàn)過(guò)強(qiáng)時(shí)輸出5.2.3空氣質(zhì)量及溫濕度控制部分將空氣污染警告（I1.6）信號(hào)置位，可觀測(cè)到PLC控制門(mén)窗關(guān)閉（Q0.1）并控制空