西门子6ES7232-0HD22-0XA0货源充足

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可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC或PC，是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务。

PLC之所以有生命力，在于它加适合工业现场和市场的要求：高性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、格命。比之单片机，它的输入输出端接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制任务。

自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。至今，在PLC的编程语言——梯形图中还可以看到这些布线的影子。直到60年代末、70年代初可编程控制器问世，随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展，以及微处理器的出现，PLC产品朝小型和小型化方面进行了一次飞跃，终使早期的PLC从初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。

一、可编程控制器的主要功能

PLC是应用面很广，发展非常的工业自动化装置，在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位。今天的PLC功能，远不仅是替代传统的继电器逻辑。

PLC系统一般由以下基本功能构成：·多种控制功能·数据采集、存储与处理功能·通信联网功能·输入/输出接口调理功能·人机界面功能·编程、调试功能1、控制功能逻辑控制：PLC具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能，可以代替继电器进行开关量控制。

定时控制：它为用户提供了若干个电子定时器，用户可自行设定：接通延时、关断延时和定时脉冲等方式。

计数控制：用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连盘进行位置检测。

顺序控制：在前道工序完成之后，就转入下一道工序，使一台PLC可作为多部步进控制器使用。

数据采集、存储与处理功能数学运算功能：

基本算术：加、减、乘、除。

扩展算术：平方根、三角函数和浮点运算。

比较：大于、小于和等于。

数据处理：选择、组织、规格化、移动和先入先出。

模拟数据处理：PID、积分和滤波。3、输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。

具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。4、通信、联网功能现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。

通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。如西门子S7-200的Profibus现场总线口，其通信速率可以达到12Mbps。

在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。5、人机界面功能提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整。

实现人机界面功能的手段：从基层的操作者屏幕文字显示，到单机的CRT显示与键盘操作和用通信处理器、处理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操作与监视系统。6、编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。

二、可编程控制器的主要特点

1、性高PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，西门子、ABB、松下等微小型PLC可达10万h以上，而且均有完善的自诊断功能，判断故障，便于维护。2、模块化组合灵活可编程控制器是系列化产品，通常采用模块结构来完成不同的任务组合。I/O从8～8192点，有多种机型、多种功能模板可灵活组合，结构形式也是多样的。3、功能强PLC应用微电子技术和微计算机，简单型式都具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能。基本型式再加上模拟I/O、基本算术运算、通信能力等。复杂型式除了具有基本型式的功能外，还具有扩展的计算能力、多级终端机制、智能I/O、PID调节、过程监视、网络通信能力、远程I/O、多处理器和高速数据处理能力。4、编程方便PLC适用针对工业控制的梯形图、功能块图、指令表和顺序功能表图(SFC)编程，不需要太多的计算机编程知识。新的编程工作站配有综合的软件工具包，并可在任何兼容的个人计算机上编程。5、适应工业环境PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下工作。这是PLC产品的市场生存。6、安装、维修简单与计算机系统相比，PLC安装不需要特殊机房和严格的屏蔽。使用时只要各种器件连接无误，系统便可工作，各个模件上设有运行和故障指示装置，便于查找故障，大多数模件可以带电插拔，模件可换，使用户可以在短的时间内查出故障，并排除，大限度地压缩故障停机时间，使生产恢复。然后再对故障模件进行修复，这对大规模生产场合尤为适宜。

一些PLC外壳由可在不良工作环境下工作的合金组成，结构简单，上面带有散热槽，在高温下，该外壳不像塑料制品那样变形，还可抗无线电频率(RF高频)电磁干扰、防火等。7、运行速度快随着微处理器的应用，使PLC的运行速度增快，使它符合处理高速度复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差别不是很明显。8、总价格低PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。

PLC系统与工业总线计算机和DCS系统相互渗透，互为借鉴，相互竞争而发展。促进了工业的进步。

PLC产品面临现场总线的发展，将再次革新，满足工业与民用控制的高需要。三、PLC的通信及联网PLC的通信包括PLC之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与其他智能设备间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化(FA)系统发展的需要，各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。

以西门子公司的SIMATICNET为例，在其提出的全集成自动化(TIA)的系统概念中，内容即包括组态和编程的集成、数据管理的集成以及通信的集成。通信网络是这个系统重要的、关键的组件，提供了部件和网络间完善的工业通信。

SIMATICNET包含了三个主要层次：

AS-I网——传感器和执行器通信的标准，扫描时间5ms，传输媒体为未屏蔽的双绞线，线路长度为300m，多为31个从站。

PROFIBUS——工业现场总线，用于车间级和现场级的标准，传输率大12m/s，传输媒体为屏蔽双线电缆(长9.6km)或光缆(长90km)，多可接127个从站。

工业以太网——用于区域和单元联网的标准，网络规模可达1024站1.5km(电气网络)或200km(光学网络)。

在这一网络体系中，尤其值得一提的是PROFIBUS现场总线，PROFIBUS是目前成功的现场总线之一，已得到广泛地应用。它是不依赖生产厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备均可通过同样的接换信息。为数众多的生产厂家提供了的PROFIBUS产品，用户可以自由地选择合适的产品。PROFIBUS已经成为德国DIN19245和欧洲标准prEN50170，并在世界拥有了多的用户数量。四、PLC与工业控制计算机(IPC)和集散控制系统(DCS)的比较1、各自技术发展的起源计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。

集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。

PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。

近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和PID调节等功能模块；运算速度提高，CPU的能力赶上了工业控制计算机；通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(LAN)，因而也可构成为一个集散系统。特别是个人计算机也被吸收到PLC系统中。

PLC在过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。2、相同点在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业计算机、集散系统(DCS)之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和I/O模件组成。编程方面也有很多相同点。3、区别点由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具。实际上的区别继续存在。

PLC用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。

特别提出的是与STD总线工控机的区别，无论从维修、安装和模件功能都很相似。PLC适用于黑模式下运行，但在线运行时若要进行较大的程序修改，其能力略逊于STD工控机，但是从开关量控制而言，PLC的性能STD工控机。

总的来说，在选择控制器时，要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有什么控制器完善，也没有哪种产品差，只能说选择适用的产品。

IEC 61131-3的XML格式及其应用

随着IEC 61131-3标准被广泛接受，经济竞争的环境日益严峻，而在工业控制软件的开发成本和工程成本日益上升的形势下，希望能在不同的软件开发环境之间交换其程序、函数/功能块库和工程项目的需求越发高涨。考虑到编程仅仅是控制软件完整应用开发套件的一个环节，为规范它与其他环节间的数据交换的接口，有必要提供为实现IEC 61131-3编程的数据交换规范。通过为IEC 61131-3规定一种XML的格式，倡导一种开发环境，使得在此基础上构成统一的工程软件平台。

利用PLCopen规范的XML格式，来实现不同软件工具的数据交换：为统一的工程平台实现不同控制功能的编程、组态提供基础；为统一的工程平台实现设计、调试、运行操作、维护各阶段功能的前后衔接提供基础；进行不同硬件平台定义的I/O变量和内部变量直接的变换，为控制程序无障碍移植创造前提条件。包括文本化编程语言、图形化编程语言、结构化编程语言、图形信息、数据类型等信息，都可用XML的格式予以表达。

举例来说，由德国的汽车制造商Daimler发起，联合了ABB、KUKA、Rockwell Automation、Siemens等工业企业以及一些软件务商，成立了AutomationML（Automation Markup Lange）组织，为的就是通过共同定义数字化工厂的一种中间格式——自动化标记语言AutomationML，并进行标准化。AutomationML标准是一种的开放标准，主要用于制造自动化，包括机器人和物流，但不局限于此。其主要在于：在一个单一的根格式（XML格式）下将许多重要工程方面所接受的标准综合起来予以应用。

IEC 61131-3的OPC UA信息模型

建立IEC 61131-3的OPC UA信息模型的目的在于提高控制器和可视化装置（人机界面）、上位信息系统之间通信的复用性。从长期应用的观点看，将明显提高工程流程的效率和显著降低工程成本。设想当某个PLC项目中有许制平台由不同的供应商提供，如果用一种可视化工具或MES/ERP，从这些控制平台的外部来看，他们是一样的。PLCopen之所以选择OPC UA，是因为使用OPC的统一架构解决了如下问题：在监控层面如何发现与之通信的对象；如何使通信对象的数据、复杂数据和功能性是可利用的；如何使通信、可执行，又与操作系统和编程语言无关；如何确保信息。

在2009年德国纽伦堡SPS/IPC/Drives展会、2010年HMI展会以及2010年灯光和展会别展出了由多个供应商采用OPC的IEC 61131-3信息模型的实物演示。

嵌入式PLC的发展趋势与潜力

根据《Control Design》杂志的调查，2009年美国机械行业的PLC用户占2/3，PAC和制合起来只占13%，而嵌入式PLC仅占5%。这可以说明，嵌入式PLC具有很大的发展空间。

目前，嵌入式PLC的发展也呈现多元化，国内外均有良好表现：德国赫优讯推出的将现场总线技术和PLC技术结合的netPLC很有特色；国内几年前就有华中科技大学在EASY CORE 1.00芯片组中加载了嵌入式PLC系统软件，作为硬件平台，开发了多模入通道的嵌入式PLC；还有一种发展路径是以开发PLC与人机界结合的硬件/软件一体化为目标的平台，充分利用了CASE工具，结合各类嵌入式芯片的开发平台和各种输入/输出通道的硬件电路库，专为机电设备开发客制化、具有ODM性质的PLC。

嵌入式PLC在我国具有较广阔的发展空间，在于它十分有利于发挥我国自动化行业发展的两大特点：有相当雄厚的为机电设备配套的市场基础，并拥有足够的、性价比优的设计开发队伍。我们可以以的成本、较高的质量，并按客制化的要求设计、生产为机电设备配套的嵌入式PLC，来代替通用PLC。

同时，嵌入式PLC的硬件、软件、人机界面、通信等各方面的功能设计灵活，易于剪裁，贴近各种档次的机电设备的要求。嵌入式PLC基于嵌入式系统的技术基础，拿来就可用。SoC芯片、嵌入式操作系统与符合IEC 61131-3编程语言标准的编程环境等优势，使得其在市场上很容易找到。

在目前环境下开发通用PLC的技术不难突破，但抢占市场需要大量财力和人力资源投入。在市场已被为数不多的几家大公司稳固瓜分的今天，走这样的路线似乎事倍功半。我国小型PLC近年来也有可喜进步的实践，也同样证明了这一判断。

1 引言

随着现代控制技术的不断发展，照明控制的智能化要求也越来越高。采用智能照明控制系统不仅能为照明提供多种艺术效果，能带来节约能源和降低运行费用的好处。

在图书馆、大型商场、室内运动场、长廊等大型照明场合，很多时候其区域可划分为有人区域和无人区域，如果所有区域的照明亮度都相同，则在无人区域的照明根本没有作用，为无效照明。如果智能照明控制系统能对人员位置进行，动态地确定出有人区域和无人区域，则可以对有人区域实行正常的较高亮度照明，而对无人区域则降低照度或者关闭灯具。随着人体的移动，系统动态地调整有效照明区域，以达到减少无效照明，在保证良好照明效果的同时节约能源的目的。

人体位置的正确判断是实现智能照明的要前提，目前有人提出了利用红外与激光探测、射频卡结合身份识别、地板压力传感器等技术手段来确定人体位置的方法。但是这些方法在照明区域较大的场合应用时，存在无合适的传感器安装位置、布线复杂等问题，因此实施起来有一定困难，性也难以进一步提高。实际上目前上述大型照明场合中安装视频探头非常普及，如果能充分利用这些视频图像，结合数字图像技术，从视频图像中提取人体图像，判断人体位置，则可以实现真正的智能化照明。本文采用数字视频图像目标与跟踪技术和PLC-Bus 技术构建智能照明控制系统，直接从视频图像中确定人体位置，而且灯具开闭控制信号直接通过电力线传输，不需要另外布线。因此能有效地克服传感器安装及布线方面的诸多困难问题，达到照度的自动调节、灯具的自动开关以及局部区域照明的良好控制效果，并且其性也很高。

2 智能照明控制系统组成

1 引言

随着现代控制技术的不断发展，照明控制的智能化要求也越来越高。采用智能照明控制系统不仅能为照明提供多种艺术效果，能带来节约能源和降低运行费用的好处。

在图书馆、大型商场、室内运动场、长廊等大型照明场合，很多时候其区域可划分为有人区域和无人区域，如果所有区域的照明亮度都相同，则在无人区域的照明根本没有作用，为无效照明。如果智能照明控制系统能对人员位置进行，动态地确定出有人区域和无人区域，则可以对有人区域实行正常的较高亮度照明，而对无人区域则降低照度或者关闭灯具。随着人体的移动，系统动态地调整有效照明区域，以达到减少无效照明，在保证良好照明效果的同时节约能源的目的。

人体位置的正确判断是实现智能照明的要前提，目前有人提出了利用红外与激光探测、射频卡结合身份识别、地板压力传感器等技术手段来确定人体位置的方法。但是这些方法在照明区域较大的场合应用时，存在无合适的传感器安装位置、布线复杂等问题，因此实施起来有一定困难，性也难以进一步提高。实际上目前上述大型照明场合中安装视频探头非常普及，如果能充分利用这些视频图像，结合数字图像技术，从视频图像中提取人体图像，判断人体位置，则可以实现真正的智能化照明。本文采用数字视频图像目标与跟踪技术和PLC-Bus 技术构建智能照明控制系统，直接从视频图像中确定人体位置，而且灯具开闭控制信号直接通过电力线传输，不需要另外布线。因此能有效地克服传感器安装及布线方面的诸多困难问题，达到照度的自动调节、灯具的自动开关以及局部区域照明的良好控制效果，并且其性也很高。

2 智能照

1 引言

随着现代控制技术的不断发展，照明控制的智能化要求也越来越高。采用智能照明控制系统不仅能为照明提供多种艺术效果，能带来节约能源和降低运行费用的好处。

在图书馆、大型商场、室内运动场、长廊等大型照明场合，很多时候其区域可划分为有人区域和无人区域，如果所有区域的照明亮度都相同，则在无人区域的照明根本没有作用，为无效照明。如果智能照明控制系统能对人员位置进行，动态地确定出有人区域和无人区域，则可以对有人区域实行正常的较高亮度照明，而对无人区域则降低照度或者关闭灯具。随着人体的移动，系统动态地调整有效照明区域，以达到减少无效照明，在保证良好照明效果的同时节约能源的目的。

人体位置的正确判断是实现智能照明的要前提，目前有人提出了利用红外与激光探测、射频卡结合身份识别、地板压力传感器等技术手段来确定人体位置的方法。但是这些方法在照明区域较大的场合应用时，存在无合适的传感器安装位置、布线复杂等问题，因此实施起来有一定困难，性也难以进一步提高。实际上目前上述大型照明场合中安装视频探头非常普及，如果能充分利用这些视频图像，结合数字图像技术，从视频图像中提取人体图像，判断人体位置，则可以实现真正的智能化照明。本文采用数字视频图像目标与跟踪技术和PLC-Bus 技术构建智能照明控制系统，直接从视频图像中确定人体位置，而且灯具开闭控制信号直接通过电力线传输，不需要另外布线。因此能有效地克服传感器安装及布线方面的诸多困难问题，达到照度的自动调节、灯具的自动开关以及局部区域照明的良好控制效果，并且其性也很高。

2 智能照明控制系统组成

由三部分构成： 图像采集模块、图像处理模块和照明控制模块。

2.1 图像采集模块

图像采集模块主要由和光学玻璃镜头组成。其中，摄像头采用韩国现代HV7131R， 它是目前主品中效果较好的一种。HV7131R 采用0.3？？m的CMOS 工艺，有效像素为30 万，功耗90mW， 具有控制、增益控制和白平衡处理等功能，大帧率30fps@VGA.通过标准的I2C 接口设置HV7131R的内部寄存器，可以调节图像的时间、分辨率、帧率、RGB 增益、镜像等，输出10 位的RGB 原始数据。

光学玻璃镜头采用远摄镜头，视角为20°，焦距可达几米至几十米。摄像头的架设应该尽量保证能够观测到整个监视区域，因此，在摄像头的安装位置和角度调节过程中，一般使监视区域设置在从图像底端开始。并且为了避免在提取人体图像时发生严重的粘连现象，摄像头要有尽量大的俯视角度。

2.2 图像处理模块

该模块由DSP 和数据缓存器组成。DSP 主要采用TI 公司的TMS320LF2407.DSP 主要完成的功能有： 加电自主、完成初始化，通过I2C 接口设置摄像头的寄存器，对由图像采集模块获得的照明区监控图像进行预处理、完成对图像中的人体边缘提取、人体位置判断计算以及作出照明控制决策等功能。

2.3 照明控制模块与PLC Bus 技术

照明控制模块采用分布式控制方式，实现整个监视区域照明灯具的分散控制和集中管理。上位DSP根据图像分析作出照明设备控制决策，下位照明控制器接受上位机的通讯指令，控制相应灯具的开关，并具备调光功能。上位DSP 发出的控制指令通过PLC Bus 传给下位照明控制器执行。

PLC Bus 技术是近年来由荷兰ATS 电力线通信有限公司（ ATS.， CO） 研发出来的一种新的电力载波通讯技术。采用该技术的大优点是控制信号通过电力线传送，因此不需要额外布置控制线，节省大量线材消耗，控制系统安装方便，易于维护。

PLC Bus 系统主要由三部分组成，即、和系统配套设备。的主要作用是通过电力线发射PLC Bus 控制信号给，通过对的控制，从而达到间接控制灯及电器设备的目的。的主要作用是接收来自电力线的PLC Bus 控制信号，并执行相关控制命令，从而达到灯及电器控制的目的。系统配套设备包括信号转换器、三相耦合器、吸波器等，主要是为了配合及设备辅助实现控制目的。

PLC Bus 采用Pulse Posit ion Modulation（ PPM） 脉冲相位调制法，利用电力线的正弦波作为同步信号，通过在四个固定的时序中发送瞬间电脉冲来传递信号。

在50Hz 的电力线上，1 秒钟可以传输200 比特的数据，这样的通讯速率是不能够传输类似计算机的宽带数据，但对传送动作或者指令性的通讯已经足够了。

由于PLC Bus 的PPM 通讯方式的特殊性，可以很轻松简单地还原出PLC Bus 的编码。在PLC Bus里，接收数据用的地址码有NID（ Network ID） 和DID（ Destinat ion ID） 两种，NID 和DID 分别有8 比特，两者合起来多可以组成216个不同的地址，控制216个不同的设备。

PLC Bus 的主要特点：

（1） 布线，即插即用。

PLC Bus 技术主要通过电力线来传输控制信号，所以要重新布线，适用于所有已建成或正在安装的照明场所的智能控制工程。

（2） 级速度，即控即现。

PLC Bus 的信号传输速度是每秒钟可完成10 个完整指令，平均每条指令从发射到执行在0？？1 秒钟之内完成，几乎是即控即现。

（3） 双向通信，状态反馈。

在PLC Bus 产品的硬件、软件和协议中，允许双向通信，能让被控制灯具真实地反馈开关状态信号，以便确定控制命令是否真正被正确执行。而成本只比X-10 单一的接收组件或发射组件高出40% 左右，。

（4） 兼容性好，应用广。

PLC Bus 技术设备可以与X-10、CE Bus 和LonWorks 设备兼容，不会产生任何信号冲突。

对灯具的控制可分调光与不调光两种，调光可通过采用OSRAM 的可调光电子镇流器对荧光灯进行调光，控制器输出0~ 10V 直流信号作为电子镇流器的控制信号，来实现荧光灯1% ~ ** 的光通量调节范围。对白炽灯的调光可采用移相触发器和随机型固态继电器来实现。在随机型固态继电器控制端施加一个控制信号，交流负载便能立即导通。当这个控制信号为与交流电网同步的可移相的脉冲信号时，负载端可实现180°范围内的电压平稳调节。移相触发器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180°范围内移相的宽脉冲，用以驱动随机型固态继电器，达到移相调压的目的。因此，随机型固态继电器单使用，可接通或开断灯光回路； 与移相触发器配合使用，可实现白炽灯的调光。

3 智能照明控制中的人体目标动态定位技术

视频图像是三维照明区域场景的二维投影图像，虽然不能反应真实的三维场景，但两者之间有一定的投影关系，三维场景发生变化时视频图像也会发生相应的变化。此外，连续视频流的场景具有连续性，若照明区域中没有人体运动，则连续帧图像之间变化很小。反之，人体运动会引起帧差，在照明区域中静止背景下的人体目标动态检测，可以采用帧间变化检测（ Change Detection） 出动态的人体目标。

基于静止背景的人体动态目标检测主要分三个部分： 图像预处理、人体动态目标提取、人体位置判定。

3.1 图像的预处理

由摄像头摄取的照明区域数字图像中包含许多噪声，进行噪声滤除。噪声的滤除方法很多，中值滤波是一种常用的非线性信号处理技术，它用一个滑动模板在图像上逐点滑动，把模板内各点灰度值大小排序，居中的灰度值作为模板点的像素灰度值。该方法对图像中随机噪声有良好的抑制作用，又可以对图像的轮廓和边沿有较好的保护。另外，中值滤波具有对阶跃信号不产生影响，滤波后保持频谱不变以及对图像上的椒盐噪声具有很强的去除作用等特性。

3.2 目标变化检测

当人体目标在监控视场出现或移动时，会使连续帧之间的像素灰度值发生变化，即产生帧差，目标对应区域的帧差比背景区域的帧差大。因此，通过计算帧差大小来判断有无变化产生是目标变化检测常用的一种方法，简单的算法是采用帧差法。

3.3 图像边缘的提取

图像基本的特征是边缘，而边缘是指图像周围像素灰度变化比较大的那些像素的集合，是进行人体目标检测和分割所依赖的重要依据。图像边缘检测一直是图像处理中的热点和难点，这主要因为边缘和噪声都是高频信号，很难从中取舍。在目前的边缘检测算法中，Sobel 图像边缘检测算法作为经典算法的代表，由于其计算量小，速度快，在很多领域得到了广泛的应用。

由于图像在边缘附近会出现灰度上的突变，所以，Sobel 边缘检测方法就是以原始图像灰度为基础，通过考察图像每个像素在某个领域内灰度的变化，利用边缘邻近的一阶导数大值来检测边缘。

3.3 图像边缘的提取

图像基本的特征是边缘，而边缘是指图像周围像素灰度变化比较大的那些像素的集合，是进行人体目标检测和分割所依赖的重要依据。图像边缘检测一直是图像处理中的热点和难点，这主要因为边缘和噪声都是高频信号，很难从中取舍。在目前的边缘检测算法中，Sobel 图像边缘检测算法作为经典算法的代表，由于其计算量小，速度快，在很多领域得到了广泛的应用。

由于图像在边缘附近会出现灰度上的突变，所以，Sobel 边缘检测方法就是以原始图像灰度为基础，通过考察图像每个像素在某个领域内灰度的变化，利用边缘邻近的一阶导数大值来检测边缘。

3.3 图像边缘的提取

图像基本的特征是边缘，而边缘是指图像周围像素灰度变化比较大的那些像素的集合，是进行人体目标检测和分割所依赖的重要依据。图像边缘检测一直是图像处理中的热点和难点，这主要因为边缘和噪声都是高频信号，很难从中取舍。在目前的边缘检测算法中，Sobel 图像边缘检测算法作为经典算法的代表，由于其计算量小，速度快，在很多领域得到了广泛的应用。

由于图像在边缘附近会出现灰度上的突变，所以，Sobel 边缘检测方法就是以原始图像灰度为基础，通过考察图像每个像素在某个领域内灰度的变化，利用边缘邻近的一阶导数大值来检测边缘。

3.4 图像分割和人体位置的判断

采用智能控制的大型照明场合由于存在照明区和非照明区，因此其监控图像往往是具有不均匀背景的图像，对人体目标的特征进行分析时可以发现，整个视场的背景灰度值差距可能很大，因此不能使用单一的阈值进行分割。如果使用单一阈值，由于照明控制区域中背景不均匀，有背景像素的灰度值被分割出来。但事实上人眼之所以能看清目标，是由于在局部范围内目标与背景有一定的灰度差。因此，基于这个原理我们把整个照明监控图像视场分成均等的足够小的部分，则每个部分的灰度变化会较小。把整个视场分割成许多相等的小块，对每个小块单求平均值、大值、小值，并计算相应的阈值和阈值差，用各自的阈值对小块进行分割，如果有目标，记下该块中目标的位置、阈值差，当整个视场处理完后，找到各个小块中阈值差大的目标，作为候选目标点，在该点处进行窗口跟踪，由于窗口已经较小，背景不均匀的影响不大。

把被监控的照明投影区域划分成二维数组形式，人体形心位置计算出来后，即可判断出人体图像形心位于二维数组的具体位置，则可以做出相应的照明控制决策，控制与人体位置对应的灯具的开闭和亮度。

4 结论

由于智能照明控制系统的输入信号是从照明区域视频图像中利用数字图像处理技术得到的，输出控制信号则由电力线载波通信PLC Bus 传送，因此，基于目标定位和PLC Bus 技术的智能照明控制系统具有布线简单、系统性高、易于维护的明显特点。

而且控制决策可以设计得非常人性化，对照明器具可实现照度的自动调节、灯的自动开关以及局部有人区域进行照明的控制行为。该系统能提供一个舒适、科学、节约型的照明环境，是照明控制的一个重要发展方向。