汽车前照灯是在夜间行驶的主要照明装置，远近光形的好坏和照射方向对汽车夜间安全行驶起着重要的作用。下面是我整理的汽车前照灯技术论文，希望你能从中得到感悟!
汽车前照灯检测技术探讨
摘要：汽车前照灯是在夜间行驶的主要照明装置，远近光形的好坏和照射方向对汽车夜间安全行驶起着重要的作用。因此，为保障机动车运行安全，应对前照灯的有关性能进行严格检验。本文就汽车前照灯远近光检测技术进行了分析。
关键词：汽车;前照灯;检测
中图分类号：U46 文献标识码：A
前照灯是汽车在夜间或在能见度较低的条件下，为驾驶员提供行车道路照明的重要设备，也是驾驶员发出警示、进行联络的灯光信号装置。所以，前照灯必须有足够的发光强度和正确的照射方向。目前各大汽车检测站普遍采用先进的CCD成像技术和DSP图像处理相结合的方法进行汽车前照灯远近光的检测，从而达到汽车前照灯的自动跟踪光轴、发光强度、远光中心坐标、近光拐点坐标以及光轴偏角等特征参数的检测。
1 汽车前照灯远近光发光特点及作用
1.1 前照灯远光灯的发光特点
为了防止前照灯对司机和路人造成眩目，前照灯的灯具需要经过特别的设计，使灯具的发光性能达到一定的标准。所谓发光特性是指灯具发射可见光的光度(照射角度和发光强度)分布，其照射角度随方向而改变，常用发光强度分布曲线来表示。正常情况下，汽车前照灯远光发光特性，其光度分布如椭圆形状在上下方向和左右方向基本对称，越靠近中心点，照射度越大。
1.2 前照灯近光灯的发光特点
典型的前照灯近光的发光特性为非规则几何形状，具有明显的明暗截止线，在明暗截止线的左上方有一个比较暗的暗区，在明暗截止线的右下方有一个比较亮的亮区。其发光强度最强的区域在明暗截止线的右下方，光强最大的区域中心点，照度最大，并以这个中心点为中心，形成一定的等照度曲线。前照灯近光图可表示为图1，近光产生明显的明暗截止线，其水平部分在V-V′的左侧，右侧为与水平线向上15°的斜线或向上成45°的斜线。明暗线转折点处称为拐点。根据前照灯远近光的光形分布的特点，传统的前照灯远光检测技术以仪器检测为主，大多利用远光光斑图形的对称性，利用上下左右对称分布的光电池对光轴中心进行检测。而由于近光光斑图形的非对称性，无法使用测量远光的方法对近光进行单独检测，通常利用图像分析的办法来获取明暗截止线拐点的位置来测取远近光各个特征参数，为汽车驾驶员提供准确的数据。
汽车夜间行驶时，前照灯远光能照亮前100m处一定范围内高2m的物体，这样才能保证司机发现前方有障碍物时，及时采取制动或绕行措施，让停车距离在视距之内，确保行车安全。
2 汽车前照灯检测技术发展
汽车前照灯检测技术，从早期的屏幕观察检测，到后来的仪器检测，发展到现在用的CCD和数字图像处理(DSP)相结合的检测技术，都具备智能化、自动化检测技术水平。
2.1 屏幕法检测
简单的屏幕检测，就是在被测灯前方10m处垂挂一屏幕，在屏幕上按照标准要求画好光束照射位置点和线，把受检车辆的前照灯光打开，照射在屏幕上，用肉眼观察该光束的位置是否符合标准要求，可测近光和远光。这种方法的特点是设备简单，不需要软件处理系统，对场地和环境要求高、但效率较低，而且依赖人的主观判断的程度比较大，检测结果一致性较差，误差大。因此在大流量的检测线上，很少使用这种检测方法。
2.2 采用CCD感光检测技术
利用CCD摄像头的感光技术，将采集到的光信号转化为电信号的原理，并最终通过图像采集卡将模拟的电信号转化为数字信号，输出到计算机，由计算机数据处理系统进行处理，就可测出前照灯远光发光强度和近光偏移量。采用CCD对光检测技术，其检测精度完全可以满足国标±15′的要求。
2.3 数字图像处理DSP检测技术
这项新型的检测技术主要是把CCD摄像头采集到的模拟视频信号转化成数字视频信号，然后利用DSP(数字信号处理器)的数字视频采集卡及处理系统对数字视频信号根据需要进行数字运算和处理，以得到需要测量的参数。
从以上灯光检测技术的发展历程可以看出，随着电子技术和计算机技术的不断发展和普及，数字图像处理技术也得到了迅速的发展。到目前，各大汽车检测站用的较多的是利用CCD感光系统精确成像，采用DSP系统进行图像分析处理及电子控制技术，精确进行汽车前照灯远近光灯技术参数进行测试。DSP(Digital Signal Processing)数字信号处理具有速度快，集成度高，接口方便等特点。
3 CCD感光系统的测量原理
3.1 成像原理
利用几何光学中的物像对应关系，使远处的大范围光强分布成为较小的可测量实像，用面阵CCD作为图像传感器，可以一次得到整个平面上的光强分布。
根据GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》中屏幕法的要求，前照灯利用几何光学中的物像对应关系，使远处(10m)屏幕上的大范围发光强度(光强)分布成为较小的可测量实像(1m处成像屏上)，用面阵CCD作为图像传感器，可以一次得到整个平面上的光强分布。
前照灯可以认为是具有一定光强分布的面光源。前照灯在10m处光线会聚成像为AB。在光路中插人菲涅耳透镜组(假设等效为L)后，AB的光线实际会聚成实像为AB，如图2所示。
如果假设菲涅耳透镜的焦距为f，则有以下关系式：
选择合适比例的l和f彭阿以得到恰当的像，从而方便测量。
3.2 测量时的瞄准方式
空间角度的检测必须要获得2个点的位置，在光束偏角的测量中也不例外。在进行测之前，首先必须找到前照灯的位置或第一个光束参考点的位置。图3为瞄准前照灯方式的测量原理，这种测量方式是先利用CCD摄像头1找到前照灯的位置，然后用CCD摄像头2拍摄前照灯通过透镜成像后的光斑图像，分析其中的光轴位置(远光或近光)，得到与零点相比的偏差，从而根据标定的数据得到实际前照灯的角度偏差值。
直接对准前照灯：
这种测量方式是先利用摄像头找到车灯的位置，然后拍摄成像后的光斑图像，分析其中的光轴位置(远光或近光)，得到和零点相比的偏差，从而根据标定的数据得到实际的角度偏差值。
3.3 光强测量分析
由于在低照度下，CCD的输出电压与照度有良好的线性关系，这样CCD面元信号的数字量便可与外部光源照射到检测幕布上照度值联系起来了。根据测量时建立起来的关系数据库，根据空间采样后各像元的数字量即得出各点的光照强度。
3.4 角度测量分析
主要利用灯光(远光中心点、近光明暗截止线转角点)在屏幕上会有X的位移，经透镜成像后，在透镜像方焦平面上引起的成像点的位移X′可由CCD获得的数字化图像分析求出，进而推算出光轴偏转角度。利用远光照明的对称性，找到远光光斑的对称中心，然后在前照灯打开近光照明的条件下，模拟人眼的判断过程，对近光的拐点进行分析。同样的，在进行近光角度检测时，由于CCD图形具有分辨率高的优势，结合计算机技术，和光电池扫描的方法相比可以进行更为准确的拐点的搜寻。
结束语
综上所述，选用专业的图像处理芯片对前照灯近光光束配光图像进行分析处理，可准确确定近光光束明暗截止线转角和近光光束照射方向。
参考文献
[1]吴勇，邹颖.前照灯检测仪检测距离的探讨[J].汽车维护与修理，2005，12.
[2]赵彬.汽车前照灯检测过程中存在的问题及对策[J].无锡商业职业技术学院学报，2008，06.
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舞台灯光是在演员活动的舞台范围内，根据剧情的需要恰当地运用灯光组合，创造出充满生动而又灵魂的空间，让观众展现戏剧的全部含义并得到圆满的视觉艺术效果。我为大家整理的关于舞台灯光的科学论文，希望你们喜欢。
舞台灯光解析
〔摘要〕光的概念为大家所熟知。在现代表演舞台上，光的运用是一个非常重要的不可缺少元素。舞台灯光的千变万化展现出了他的魅力。舞台效果只有在灯光的辅助下，才具有视觉感染力和冲击力。本文就怎样设计和运用舞台灯光来达到其预期的效果做了独特的解析。
〔关键词〕舞台灯光灯光效果灯光塑造
在现代舞台表演中，光线的合理设计和运用使整个剧情层次分明、充满活力，富有灵气、富有生命力。舞台灯光是在演员活动的舞台范围内，根据剧情的需要恰当地运用灯光组合，创造出充满生动而又灵魂的空间，让观众展现戏剧的全部含义并得到圆满的视觉艺术效果。而要达到这种视觉效果，灯光的强度、灯光的色彩、灯光的分布区域和灯光的运动变化将起到非常重要的作用。
一、灯光强度
最初舞台灯光的核心作用就是照明。随着舞台艺术的快速发展以及现代灯光技术的不断进步，现代舞台灯光的作用和技术日趋完善，已经成为现代舞台艺术不可缺少的重要的组成部分。
舞台灯光给观众带来丰富多彩的视觉效果，光的强弱以及色彩的合理变化让观众根据剧情产生一种联想和暗示，随着剧情的变化设计出舞台灯光随之发生变化，让观众心理产生相应的情绪和感情上的变化，可以给观众带来更多的情感体验。
舞台灯光在观众视觉中所感受的明暗程度我们称之为―――光强。光强对舞台演出的照明起着决定性的作用，同时又有着重要的造型功能。它也对舞台剧情的变化起着重要的作用，对人物和景物的造型起着引导性作用。
在舞台灯光设计和运用中，光强的不同对观众的心理和情感产生冲击。明亮的灯光给带来观众轻松和欢快氛围，而暗淡的灯光给观众一种悲凉和凄苦暗示，如果灯光全部熄灭，整个舞台一片黑暗，观众就会有一种紧张压抑的感受。可以说舞台上有光才能显现表演中的人物和景物的造型。光愈亮、那么形象愈突出;光渐暗，那么形象也会渐隐。观众们在欣赏习惯上肯定是将视线及注意力朝向明亮处观看。运用光强效果，起到引导和集中观众的主要视线;同时利用光的强弱和对比，可以增强舞台画面的立体感、空间感及深远感。灯光的灵活设计及运用主要以观众感受到的光线来确定。主观性效果关系更多的是观众。
二、灯光色彩
在舞台灯光的设计运用中，根据光源、光强和光色等要素进行综合考虑，带给观众深入其境的画面感和时空感，从而能够更好的实现舞台烘染效果。灯光的颜色给观众一种最为直观的情感印象，观众从舞台灯光色彩的变化中感知心理的情感诉求。虽然灯光和色彩物理现象，但通过灯光和色彩的变化给观众带来不同的感情的心理反射。在舞台灯光的设计和运用中，考虑色彩的要素将对舞台剧情有直接影响。通过色彩的变化，可以营造不同的舞台环境和情景模式，为舞台剧情人物表演提供氛围支持。
舞台上光的色彩我们称之为“光色”。光色在渲染剧情、气氛及表现情感的造型要素等方面，起着重要作用，是最复杂的舞台因素之一。舞台灯光是舞台色彩的主要来源，对灯光色彩的运用来渲染不同场景所需要的情感诉求。温暖的颜色可以让观众感觉较为温和的情感，而较为阴暗的色彩又让观众的情绪较为低沉。所以灯光色彩的合理设计和运用对于舞台剧情及人物和景物都极为重要。通过灯光颜色的变化，营造出不同剧情所需要的舞台氛围，给观众带来一种情感上的共鸣，使剧情得到完美展现。
在舞台剧情演绎过程中，色彩可以引发观众丰富的联想和审美体验。如红色能够让人想到火、血、太阳、战争等等，也可以体现出热烈、喜庆以及温暖的气氛，也可以让人感到恐怖、死亡和疼痛。但是，具有不同文化背景及民族习惯的人所联想的色彩及审美体验有所不同，因此灯光色彩要灵活运用。在设计舞台灯光的过程中，可以运用光色来展示色彩效果。也可以运用光色的象征或含义，进而来烘托气氛和渲染剧情，这样就可以展示出人物形象的情绪变化，很好地烘托演出气氛。在设计舞台场景的灯光色彩中，首先要设计好总体布局，然后要设计好所营造色彩效果的主调。在表演区运用色光的过程中，色光要简练、鲜明，显示出它的主要特征。此外，还要利用色光技巧来把握它的艺术效果，确保主调明确，更为鲜明地展示剧情主体，才能很好地烘托剧情，凸显人物形象的表现。此外，还要把握好全剧色调，变换场次之间的主调，这样也可以形成起伏变化的全剧光色。
三、灯光运用
在灯光的运用中，如何发挥光强和光色对舞台整体效果的烘托和整个剧情的熏染作用，是我们为之需要思考的问题。
在灯光设计时，根据剧情的需要，首先要确定灯光的主色，然后再确定什么颜色作为辅色。即要保证每个场景的光强和光采都具有明显的色彩和气氛倾向，又要在整体的设计与运用中形成的色彩效果上具有突出的主调。在表演区的灯光设计中，最重要的应该是简练鲜明、特征突出。在光色的运用技巧上，要把控好舞台剧情艺术效果，使色彩的主调明确，那么剧情就能够更加个性鲜明。
在现代舞台灯光的设计和运用中，要重视用对比手法来营造出独具匠心的舞台气氛，使舞台色彩的效果更加明快、更加鲜明。在具体的设计中，最常用字的对比手法主要有：一是明暗对比;二是不同色调的对比;三是冷暖光的对比等等。运用这些手法可以有效提高舞台灯光的色彩效果。
为了更好突出舞台剧情的主题等要素，在光色的应用中，除了运用对比手法外，还要有色彩的变化来烘托剧情及人物和景色特点。在灯光设计时，要从整个剧情发展的角度来考虑整体色调的运用。根据场次主调的变化来调整剧情光色的起伏变化，使整个剧情更加丰富多彩。
在舞台灯光的设计运用中，要充分考虑整体画面色彩及尺寸，要让观众观赏剧情时对光色的选择及变化能够获得一种视觉上的美感享受。为了达到这种满意的效果，在灯光设计和运用时，要将每场次剧情融入设计中，让光色的选择以及光强的变化能够更好的为人物和景物服务，这样灯光的设计将更加具视觉效果和表演效果。
在舞台灯光设计时，光色和光强的运用也要考虑到舞台和剧情的整体风格。要以剧情的发展来考虑设计光色和光强，根据不同的场景、人物造型等要素，通过不同的光色和光强的运用来实现所需要的效果。另外，在设计时可以融入更多现代化技术元素，以满足观众日益提升的艺术追求。 四、灯光效果
舞台灯光最重要的效果是创设剧情气氛、体现出舞美的张力、塑造舞台时人物、形象，突出剧情主题，体现艺术时尚。在舞台剧情的发展过程中，通过灯光效果的不断变换，让其灯光色彩和变换明暗组合，可以形成如日出、日落、闪烁湖光、夜中灯影以及雷雨闪电等场景效果。
为使舞台灯光达到剧情所需要的理想效果，在设计中要充分运用光强、光采和光色等技术来营造一种让观众感觉到一种真实的舞台表演氛围。结合剧情的需要设计出光线和色彩的不断变化给观众心理带来难忘的情绪起伏，使作品的艺术感染力得以增强。
在舞台灯光设计中，最具效果的灯光运用应该是光色，光色能够实现较为理想的舞台艺术效果。
其一，光色可以构成一个完成的画面。光色具有灵性，可以把观众的视觉维度拉深、拉宽，制造一种视觉上的三维空间感觉。光色具有的这种要素，表达了色彩具有一定的空间自由性。光色可以从多维度对舞台剧情进行雕刻及修饰，表现出一定的空间性、整体性和统一性。
其二，光色的运用所起到的效果能够有效的激活舞台空间，可以让观众在有限的空间和时间里，感受到一种空间层次和时间远近的层次变化，让观众从色彩的变化来进行联想从而感受到剧情的变化，灵活多样的色彩变化可以带给观众不同的视觉冲击，使舞台的剧情具有丰富层次感。
其三，光色的运用所起到的效果能够更好的刻划剧情人物的心理状态，调节剧情气氛，突出舞台主题，变化多端的色彩运用技巧使舞台剧情能够表现出不同的视觉及情感效果。在灯光的设计运用中，可以综合考虑剧情人物及场景变化的需要，设计出合理的光色对比计划，让观众在光色的运用中体会到舞台人物形象和感情色彩的变化，享受光色给舞台剧情带来的魅力。
结语
在现代舞台表演中，灯光对剧情、人物和景物的塑造影响深远。灯光是舞台艺术的灵魂，是舞台艺术重要的构成元素。在舞台艺术中，舞台灯光设计和运用可以改变剧情的时空概念，塑造出剧情所需要的人物形象与心理预期。(责任编辑：谭博薇)
参考文献：
[1]贾一明.解析舞台灯光设计艺术[J].科技风，2013(13)：37
[2]董庆华.论述舞台灯光设计中光色的运用[J].人资社科，2014(6)：286
[3]刘会清.舞台灯光设计的色彩调控[J].戏剧之家，2015(5)：47
[4]周建华.舞台灯光设计中的光与色运用[J].艺术科技，2015(2)：70
浅析舞台灯光技术
摘要：本文笔者介绍了舞台灯光的 发展 ，组成，舞台灯光控制系统结构及设备安装的位置与功能，并阐述了舞台灯光的配电、控制以及工程设计中相关的技术知识。
关键字：舞台灯光，控制系统，通讯模块
自从舞台产生，舞台照明随之成为舞台组成的部分。舞台照明，贵在突出视觉、写实、审美和表现四大要素。经历了多年演变。逐渐发展成今天比较完善和先进的照明系统。戏剧的第一个繁荣期，出现在两千多年前的古希腊。当时的剧场都是露天或半露天的。 舞台的照明都靠天上那巨大无比的“灯”— — 太阳， 所以只能在白天演出。而夜晚休息娱乐的需要、露天演出易受天气 影响 等客观弊端及戏剧的发展使舞台灯光成了人们必须解决的 问题 。
剧场照明设计是否成功，是以舞台灯光的处理是否得当为标志。舞台灯光不仅要照亮演员，让观众看清面部表情、神态和动作，更重要的是充分运用照明技术，调动灯光操作等手段来强化 艺术 效果，使观众有身临其境之感。舞台灯光的安装部位、功能及灯具配置舞台灯光按其使用功能主要分为两种：可调光的调光回路;不可调光的直放回路。舞台照明方式一般分为三种：
a。一般照明。指顶光和伸出式舞台作为部分顶光的吊点灯环，以及葡萄架上、天桥上的照明。
b。重点照明。指面光、耳光、柱光、侧光、脚光、流动光和伸出式舞台的低角度面光、内(外)侧光、转台流动光以及乐池内设置的供接乐谱灯的低压插座。
c。装饰照明。指天排光、地排光和舞台上使用的激光效果器、追光、流动 音乐 喷泉以及各式电脑灯。
舞台灯光如此重要上面的叙述比较简单，下面从技术的角度进行剖析：
舞台灯光控制系统结构可以大致分为三个模块;人机界面模块，主控机模块和底层控制模块。三大模块相互间利用RS485总线通讯，以固定的波特率传输数据。
人机界面模块的功能主要是接收控制人员的控制指令，一般可以用简单的工控面板实现。该模块接收到指令以后不作指令的翻译，直接通过RS485总线传输按键信息到主控机模块。
主控机是整个布光控制系统的核心部分，负责上层控制界面和底层硬件控制模块的联系。主控机在收到控制模块发来的按键信息后经过翻译， 形成二进制的控制的指令; 然后主控机依据收的指令和相关的控制模块地址组成一帧完整的数据，并通过RS485总线传输到下行总线上， 各底层控制模块再按地址匹配获取属于自己的数据。
底层控制模块是直接控制舞台灯光动作的硬件设备。由于舞台灯光的数目一般比较多，因此控制模块的数量一般也在10～ 20之间， 所有的控制模块都挂靠在同一总线上，相互之间独立编程。当主控机向总线上发送数据时， 所有控制模块都接收到数据信息，并根据帧结构所包含的地址信息解析出属于自己的指令并执行之。
舞台灯光控制系统控制模块其主要的功能有2方面： 一是和主控机的通讯， 接收来自上层的指令。二是根据指令控制硬件电路实现对灯光动作的控制。下面分别就这两个模块进行介绍。
下面介绍一下接收通讯模块：
① 通讯方式选择
由于控制信号相对简单，这里采用的是串行通讯方式。这种方式运用起来比较方便， 对外围器件要求不高， 半/全双功方式可自由选择。在异步 方法 中最重要的是波特率的设置。太高， 会增加单片机的负担，甚至不可实现;太低，会影响整个操作的响应速度。
② 传输标准选择
目前 各种传输标准很多，但各有优缺点。由于布光系统作于演播厅，各种音响，电器的干扰会很多，因此，所选的传输方式应是抗干扰比较强的。由此考虑，在通讯距离为几十米到上千米时，选用RS485总线传输是比较理想的。485总线利用两条传输线，采取平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达200mV 的电压， 因此可以大大增强传输时的抗干扰能力，传输信号在千米以外可得到恢复。
RS485总线使用方便，用一对双绞线即可实现多站联网构成分布式系统。它设备简单，价格低廉，能进行长距离通信，故在工程项目中获得了广泛的 应用 。
③ 收发器选择及使用
在485总线上传输的是485电平，而单片机和主控微机只能识别TTL电平。这样，在两者间就必须有专用芯片设计转换电路，这就是收发器。收发器的种类很多，可根据需要转换不同的电平，这里只需要485一一TTL 电平间的转换。比较-g。用的是M ax48x系列， 和带隔离的Max148x系列。在 应用 中， 为减少通讯电路与其他电路间的干扰，必须要有隔离级。虽然可以直接使用较高档的带隔离级的485收发器， 但从价格考虑， 还是自行设计隔离电路更好。这里运用光电耦合器件，单独电源供给等手段实现隔离。在使用M ax483是要注意使能端的控制。收发器处于接收状态只有在/RE =0， 并且可移植性， 避免了不必要的重复工作。图2 中的模块功能管理层和硬件驱动和基本功能函数接口层同属于Opentv中间件。模块功能管理层是为方便编写用户应用程序， 按照一定的中间件函数接口标准编写的有关于音频、视频和频道操作管理和控制的函数。驱动与基本函数接口层是OpenTV 中间件的底层部分。这一层次的软件编写要根据具体的硬件驱动来进行相应的改动，目的是提供给模块功能管理层统一的驱动接口函数。
③ 操作系统和硬件驱动层
本系统所采用的操作系统是pSOS;硬件驱动层主要针对各硬件模块， 提供相应的驱动程序。主要的驱动包括：Kernel模块，主要负责提供对进程的操作，诸如进程的创建和删除等;接口模块，包括I C接口操作控制，RS一232 串口通信，智能卡的控制等;音频模块;视频模块;OSD 模块;解复用模块;解码模块;Flash 驱动模块;TUNER 驱动模块。
最后一步是机顶盒系统的调试：本系统的软件是在pSOS编译器的基础上编译完成的。整个测试框图如图3所示。系统利用了一个TS 码流发生器作为机顶盒的调试TS 源。TS 流通过QAM 调制器调制到信道中，QAM 信号送到机顶盒的前端进行QAM 解调， 再送入系统板中进行信源解码。TS流也可以直接通过系统板中的接口送入以对信源解码进行单独调试。系统个人电脑的测试是在PC + WINDOWS2000平台上进行的。而系统运行软件则在pSOS 实时操作系统环境下执行。编译好的可执行文件通过仿真RoM 从串口下装到硬件平台上的RAM 中， 然后系统将从RAM 中的某一固定地址读出并执行程序。由于本硬件平台没有提供网口， 所以pSOS 自带的在线调试功能并不能实现，调试信息只能通过执行程序过程中的输出信息得到。
因此， 将硬件上的串口与个人 计算 机串口相连，程序运行过程中的调试信息可以显示在个人电脑的屏幕上，从而， 编程人员可以得到所需要的调试信息。
[ 总结 语]
如今灯光系统控制已经由原来的人工操作进化为计算机管控。对舞美工作者计算机水平的提高也提出了现实的要求。相信随着灯光照明系统的不断更新完善和舞美工作者素质的日益提高将使我们的舞台更具 时代 气息。更具诱惑力，更加精彩。
参考 文献 ：
[1]李海东《建筑电气》 科学 技术出版社2002
[2]金长烈、柳得安、姚涵 《舞台灯光》机械 工业 出版社 2004
[3]窦维平、马英俊《视觉设计色彩》东南大学出版社 2001
[4]张文杰《影视照明》 科技 技术出版社 2005
世界气象组织（WMO）在1981年推荐的太阳常数最佳值是1367+-7瓦每平方米。
这个值是以日地平均距离（149 597 892+-500公里）为标准的。
计算当地的值要作相应的订正。
基于PLC的智能温室控制系统的设计
摘要：温室环境系统是一个非线性、时变、滞后复杂大系统，难以建立系统的数学模型，采用常规的控制方法难以获得满意的静、动
态性能。根据温室环境控制的特点，设计了一个基于PLC的智能温室控制系统。
关键谝：PLC；智能控制：温室控制
智能温室系统是近年逐步发展起来的一种资源节约型高
效设施农业技术。本文在吸收发达国家高科技温室生产技术
的基础上，对温室温度、湿度、CO，浓度和光照等环境因子控
制技术进行研究，设计了一种基于PLC的智能温室控制系统。
1智能温室控制算法的研究
1．1温室环境的主要特点
温室环境系统是一个复杂的大系统，建立精确的控制模
型很难实现。由于作物对环境各气候因子的要求并不是特别
的精确，而是一个模糊区间，比如作物对温度的要求，只要温
度在某一时间段在某一区间内，该作物就能很好地生长，因
此，也没有必要将各种参数进行精确控制。温室气候环境作
为计算机控制系统的控制对象，有以下特点：非线性系统、分
布参数系统、时变系统、时延系统、多变量藕合系统。
1．2智能温室控制对象微分方程
智能温室温度微分方程为：
式中，为智能温室的放大系数；为智能温室的时间常数；
为智能温室内外干扰热量换算成送风温度的变化量；为智
能恒温室室内温度。
2系统总体结构与硬件设计
2．1系统总体结构
2．1．1控制系统设计目标
温室控制系统是依据室内外装设的温度传感器、湿度传
感器、光照传感器、CO，传感器、室外气象站等采集或观测的
温室内的室内外的温度、湿度、光照强度、CO，浓度等环境参
数信息，通过控制设备对温室保温被、通风窗、遮阳网、喷滴灌
等驱动／执行机构的控制，对温室环境气候和灌溉施肥进行
调节控制以达到栽培作物生长发育的需要，为作物生长发育
提供最适宜的生态环境，以大幅度提高作物的产量和品质。
2．1．2控制模式
以时间为基准的变温管理。根据一天中时间的变化实行
变温管理，根据作物的生长需要将l天分成4个时间段，4个时
间段中根据不同的控温要求对温室进行控制。1天中4个时间
段的分段方法用户可以灵活的更改，而且4个时间段中的温度
设定值用户也可以设定修改。
不同季节的控制模式不同，只是自动控制系统启动的调
节机构不相同，但不同季节的控制目的是相同的，即将环境参
数调控到设定的参数附近。随着季节的变化，以及随作物生
长阶段的变化，各时间段所需要的温度也是变化的，这时可通
过修改设定温度值来调整温室的温度控制目标。
2．1-3控制方案
本系统采用自动与手动互相切换控制两种方式来实现对
温室的自动控制，提高设备运行的可靠性。在运行时可通过
按钮对这两种控制方式进行切换。手动控制简单可靠，由继
电器、接触器、按钮、限位开关等电气元器件组成。自动控制
模式采用计算机自动控制。通过传感器对环境因子进行监测，
并对其设定上限和下限值，当检测到某一值超过设定值，便发
出信号自动对驱动设备进行开启和关闭，从而使温室环境因
子控制在设定的范围内。其运行成本较低，可大大节约劳动
力，降低劳动者的劳动强度。
2．2系统的硬件组成
为了实现智能温室的环境监控，本设计建立了温室环境
控制参数的长时间在线计算机自动控制系统。实现了温室内
温度、湿度、CO，浓度、光照强度等参数的长期监测。并可根据
智能温室温湿度的需求，对天窗、侧窗、降温湿风扇、风机、湿
帘、内外遮阳网等设备自动控制。采用计算机作为上位机安装
有组态t6．02监控软件，能将数据汇总、显示、记录、自动形成
数据库，并实现了温室调控设备的自动设置与远程监控。为了
确保系统的可靠性，温室设备的控制采用手动／自动切换方
式，即在某些特殊情况下系统可以切换成手动，使用灵活方
便。
3系统的软件设计
3．1温室控制系统PLC软件的设计
根据基本要求和技术要求列出以下几点：(1)防止接点误
动作：可利用自锁电路加以解决；(2)系统自诊断功能：PIG本
身具有此项功能；(3)风机控制：温室设有一组风机，能同时启
动与停止，当温室内的温度超出预定值时，受PLC的控制先是
4个侧窗自动打开，延时5s后风机启动，再延时5s后湿帘水泵
启动，从而使温室的温度降低；(4)侧窗控制：温室中设有4个
侧窗，侧窗受电机控制，通过电机限位的设定来控制侧窗行
程。解决方法类似上一点，但考虑到程序的精炼性，可配合
PGI的中断功能命令加以解决；(5)系统自动／手动控制：可利
用一个开关量作为PLC的输入信号，实现控制程序的转换；
(6)湿帘泵控制；(7)遮阳网控制；(8)CO，补气(控制；(9)补光灯控制；(1O)可扩展性：在PLC中预留一定的存
储空间和端口即可解决。
3．2控制系统软件设计
系统中对风扇、天窗、侧窗、环流风机、遮阳幕和湿帘泵的
控制是通过PLC发出开关指令，通过交流接触器控制相关机
构的启停。由于PLC检测系统具有较高的灵敏度，能够把温
室内的扰动快速反应出来，同时由于温室较大的传递滞后，执
行机构动作频繁，从而影响使用寿命。为此，在程序中加有时
间可调的延时模块，使用时可根据具体情况调整延时，使控制
效果达到最佳。
3．3系统的组态监控软件的设计
组态软件是可从可编程控制器以及各种数据采集卡等设
备中实时采集数据，然后发出控制命令并监控系统运行是否正
常的一种软件包。其主要功能如下：
(1)远程监视功能。它可以通过通讯线远程监视多座温
室的当前状态，包摇‘户外温度、光照强度、风速、风向、雨雪信
号、室内温度、室内湿度、控制器温度、三组独立通风窗的位置
和开关状态、内外遮阳幕的位置和开关状态以及一级二级风
扇、湿帘、微雾、加热器、环流风扇、补光灯、C0，补气阀、水暖
三通阀的状态和多种形式的报警监视，还能监视各灌溉阀的
照强度、风速、室内温度、室内湿度、CO，浓度、水暖温度等全
月的、全周的、全日的和本时段的最大值、最小值和平均值。
(3)温室设备运行记录功能。它能在线记录各温室设备
状态变化时的时间、当前状态和位置、当前目标温度、室内温
度、目标湿度和室内湿度，并能打印输出。
(4)远程设定功能。可以通过通讯线远程修改可编程控
制器的全部设定参数。
(5)生成曲线图功能。它能以平面图或立体图的方式同
时绘制任意时刻的户外温度、光照强度、风速、目标温度、室内
温度、目标湿度、室内湿度、CO，浓度、水暖温度等全年的、全
月的、全周的、全日的变化曲线并打印输出。
4结语
本文通过分析温室执行机构的相应动作对环境因子的影
响，将可编程控制技术、变频技术、组态监控技术和传感器技
术应用于温室控制系统的设计，开发了基于PLC的智能温室
控制系统。圜
状态
(2)数据统计功能。它可以统计任意时刻的户外温度、光[2]
。
它可以统计任意时刻的户外温度、光
14O
[参考文献】
邓璐娟，张侃谕，龚幼民．智能控制技术在农业工程中的应
用．现代化农业，2003(12)：1～3
申茂向等．荷兰设施农业的考察与中国工厂化农业建设的思
考．农业工程学报，2000，16(5)
植物光合作用的多样性 光合作用既是生物学中最古老的问题，也是当前生物学的前沿之一，因为它不仅在农业，能源，生态等问题中具有重大实际意义，而且在生命起源，进化与光能转换等生物学基本理论问题中也很重要。但自1771年Priestley发现光合作用以来，光合作用的原初过程仍不很清楚，而对光合作用碳素同化的化学过程却有了比较清楚的认识和了解。总的来讲，绿色植物（尤其是高等植物）在不同自然环境中不仅表现广泛的适应性，而且表现光合作用方式的多样性。 1．光合作用的多种途径</B> 据目前所知，所有绿色植物光合作用的原初反应（包括光物理和光化学）都是通过捕获光能产生ATP和NADPH（即同化力），但随后发生的CO2固定还原过程则存在着较大的种间差异。 研究表明，所有绿色植物都具有一种最基本的光合碳代谢方式，即著名的卡尔文循环（因其发现者M.calvin而得名）或光合碳还原循环，亦称C3途径或C3方式。该途径的生化过程十分复杂，在此不予赘述。由于有的植物同时具有多种光合方式，通常称只利用这一方式的植物为C3植物。这类植物主要分布在温带地区，其同化CO2的最适日温是15-25℃。 光合作用的另两种变异途径是C4途径和景天科酸代谢（CAM）途径。具有C4途径的植物通常生长在热带地区，其同化CO2的最适温度是25-35℃，光合效率显著提高，称为C4植物；具有CAM途径的植物通常生长在干燥的沙漠地区，且白天进行光反应，晚上固定CO2合成有机酸，使有机酸含量表现明显的日变化，称为CAM植物。这两类植物与C3植物在叶片解剖结构及某些生理特性方面均有显著差异。 此外，C4植物的光合作用还有三种变式，即PEP－CK型C4植物，NAD－ME型C4植物和NADP-ME型C4植物，这三类C4植物都具有相似的叶片解剖结构，即花环状维管束和具叶绿体的维管束鞘，其主要差别是产生的中间产物和脱羧酶不同。PEP-CK型C4植物在叶肉细胞内固定CO2形成草酰乙酸，然后转变为天冬氨酸传导至维管束鞘细胞，经丙酮酸磷酸双羧酶脱羧，其碳架以丙酮酸或丙氨酸重新返回到叶肉细胞；NAD-ME型C4植物在叶肉细胞中固定CO2形成天冬氨酸并传导至维管束鞘细胞，然后转化为苹果酸．并在线粒体内脱羧，其碳架再以丙酮酸或丙氨酸转回到叶肉细胞；NADP-ME型C4植物在叶肉细胞固定CO2形成草酰乙酸，而后转化为苹果酸，并被输送到维管束鞘细胞中，在叶绿体内经苹果酸脱羧酶氧化脱羧，产生的碳架以丙氨酸重新返回叶肉细胞。以上三类C4植物在维管束鞘细胞内脱羧后，产生的CO2最终还是通过C3途径被还原，C4途径实际上只起“CO2泵”的作用，以增加反应位置CO2的浓度，从而显著提高光合效率。 2．不同光合途径的判定</B> 叶片的解剖学特征通常可用来区分C3，C4和CAM植物，但由于光合作用主要是生化反应过程，因此时有例外发生。鉴于此，目前已发明了数种用以区分植物不同光合类型的其他方法，如δ13C（13C／12C同位素比），光呼吸，光照后CO2的猝发以及相对光合效率等，其中以δ13C的测定最为可靠。 δ13C是近来发展起来的一种新的检测技术，主要依据是C3途径中的 RuBP羧化酶比C4途径中的PEP羧化酶对13CO2具有更大的排斥性，即在13CO2和12CO2中C4植物比C3植物更易消耗13CO2，因此，C4植物有机质中的13C／12C要比C3植物有机质中的13C／12C更大。13CO2和12CO2含量的测定是以国际标样（即普通石灰岩CaCO3）为对照，通过焚烧干燥的植物材料测定的。最后根据下式计算出δ13C（‰）值，即： 从上式可以看出，如果在光合作用的碳固定期间13C／12C没有变化，δ13C（‰）将等于零；如果对13CO2有排斥，δ13C（‰）将是一个负数，排斥能力愈大,δ13C（‰）负值也越大。 实验证明，在25℃和pH8.5条件下，PEP羧化酶的δ13C（‰）是-3‰，而在24℃和pH8.2条件下，RuBP羧化酶的δ13C（‰）是-33.1％，这清楚地表明，RuBP羧化酶对13CO2具有比PEP羧化酶更大的排斥性。当温度升高（37℃，pH8.2）时，RuBP羧化酶的δ13C（‰）显著变负的程度要小一些（-18.3‰），这与C3植物光合作用的最适温度偏低（15-25℃）相一致。 应用此法目前已测得C3植物的δ13C（‰）在-23到-34‰之间，C4植物的δ13C(‰)在-10到一18‰之间，并据此发现了一些δ13C(‰)居于C3植物与C4植物之间的C3／C4中间类型植物。对于CAM植物来说，得到的δ13C(‰)在-14到-33％之间，显然较低的值落在C4植物的δ13C（‰）范围内，而较高的值则落在C3植物的δ13C（‰）范围内。对此种情况的解释是，许多CAM植物在变化着的环境条件中，能够从光合作用的C3方式转变到CAM，反之亦然。 从上新世到二叠纪的代表性化石植物材料中得到的δ13C（0／00），都在现代典型的C3植物范围内，并且目前古老植物中也很少发现有CAM植物存在，这表明植物自来到陆上以来，C3途径就作为一个固定空气中CO2的主要方式进行着。而C4途径和CAM途径似乎比C3途径进化较晚，是C3途径对环境变化的一种适应性反应。 3 光合作用多样性与植物系统演化的关系</B> 在当今纷繁众多的植物世界中，要理出一条清晰合理的植物系统演化线索是很困难的。除了传统的研究手段外，唯一可凭藉的有说服力的证据是埋在不同地层中的植物化石材料。目前普遍认为，太古代和元古代是细菌，蓝藻繁生的单细胞生物时代；右碳纪是羊齿植物隆盛的时代，三叠纪和侏罗纪为裸子植物时代；被子植物的出现则更要晚得多。显然，在不向地质时代中植物进化的等级是显而易见的。 植物的系统演化无不伴随着一系列生理结构和代谢机能的重大改变和调整，其中一个重要的变化就是光合作用的多样性反应。光合细菌和蓝藻可谓最低等的光合生物，其光合结构和光合方式较之高等植物要原始简单得多。就光合碳代谢而言，C3途径最早是在单细胞真核绿藻中发现的，后来被证明是光合生物中碳转化的普遍过程，但同时发现包括现代海藻在内的许多绿色植物还存在其他光合途径，如目前人所供知的C4，CAM等。 单子叶禾本科被认为是进化程度很高的被子植物类群，其适应性特强，分布极广是众所周知的。研究表明，该科差不多存在几乎所有的光合作用类型，并且公认较原始的竹亚科只有C3型，而进化较高级的虎耳草亚科和须芒草亚科等均为C4型，有些亚科如芦竹亚科等既有C3型，又有C4型。因此，在这种“高级进化科”中研究光合作用的多样性及其进化关系是很有代表意义的。 4 结束语</B> 据有关地质资料，地球自形成以来，在漫长的演变过程中，地质地层结构已发生了多次剧烈的变化。不难想象，定居于各个地质时代的绿色植物也会发生相应的代谢改变与适应。Hallersley和Watson(1992)曾分析不同光合作用途径与过去气候变化的关系。由于现代工业文明的发展与进步，大气中的CO2浓度的持续增加已达一个世纪之久，全球气温升高也成为一种必然趋势，面临种种变化，尤其是CO2和温度这两个影响光合作用的重要因素的改变，绿色植物的光合代谢将作出怎样的响应？对这一问题的探讨和回答无疑是很有意义的，不仅在理论上对生理学工作者将有所启示，并可能对现代农业的增收提供有益的指导。
