智能节能路灯控制系统设计Word文件下载.docx

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杨亮亮

〔安徽工业大学工学院农业电气化与自动化07级〕

摘要：

随着我国经济的快速开展，电力消费也随之快速地增长。

电力资源已成为紧缺资源。

如何节能降耗已成为近年来研究的热点课题。

本文研究的智能路灯节能控制系统是针对我国在城市照明上所存在的巨大的能源消耗而开发的基于单片机的新型节能控制系统，集稳压控制、软起动功能、自动起停、智能调压控制于一体。

智能路灯节能控制系统将晶闸管功率变换单元和智能控制系统相结合，利用可变电抗器隔离高压和低压，将可变电抗器的一次绕组（高压）与路灯相串联，将二次绕组与晶闸管和具有模糊控制算法的控制系统相联，通过改变其低压绕组上的电压来控制高压绕组上电压的变化，从而到达改变路灯端电压的效果，以实现路灯的软起动和调压节能。

本文对基于单片机的智能路灯节能控制系统进行了深入分析和研究。

讨论了智能路灯节能控制系统的构思、设计方案，介绍了该装置的系统设计、工作原理，详细分析了以89C51为主控单元的硬件电路设计，以及电气连接。

关键词：

单片机、智能路灯

Abstract:

withtherapiddevelopmentofoureconomy,electricityconsumptionissubsequentlyfastgrowth.Electricpowerresourcehasbecomeshortageresources.Howtoenergyconsumptionhasbecomethehottopicresearchinrecentyears.

ThispaperstudiesofintelligentstreetlampenergysavingcontrolsystemisaimingatexistinginurbanlightingonthehugeenergyconsumptionanddevelopmentbasedonSCMsystem,setthenewenergy-savingcontrolvoltagecontrol,softstartertofunction,theautomaticstartingandstopping,intelligentpressureregulatingcontrolinonebody.Intelligentstreetlampenergysavingcontrolsystemswillbethyristorpowerchangingunitandintelligentcontrolsystembycombining,highvoltageandlowvoltagevariablereactorisolation,awindingvariablereactor（HVT）andstreetlampinseries,willbesecondarywindingsandthyristorandfuzzycontrolalgorithmwithassociatedthecontrolsystembychangingitslowvoltagetocontrolthewindingvoltagehvwinding,soastoachievethechange,theeffectsofvoltagechangestreetlampsinordertorealizethesoftstartandpressureregulatingenergy-saving.

Thispaperbasedonsinglechipmicrocomputerintelligentstreetlampsofsavingenergycontrolsystemforthein-depthanalysisandresearch.Discussestheenergycontrolsystemofintelligentstreetlampconceive,designproject,introducedthedevicesystemdesign,workingprinciple,andanalyzedthe89C51asthecontrollerinthehardwarecircuitdesign,theunitandelectricalconnections.

Keywords:

SCM,intelligentstreetlight,electricalconnections.

1绪论

概述

近年来，随着经济的开展，城市道路照明的重要性同益增大。

所以，保证道路照明设备的有效性与平安性，得到了越来越多的重视。

此外，城市亮化工程也是城市现代化建设的重要内容，为营造优美舒适的投资环境，提升城市形象，我国城市照明工程开展迅猛，从而大大增加了城市的用电量，导致政府承当巨额的财政支出，同时也加剧了我国日趋紧张的能源供需矛盾。

随着路灯照明规模的不断扩大，传统的技术方式下管理部门的维护本钱也高速增长。

因此，提高路灯系统的管理水平，在满足城市道路照明要求的同时，实现智能化的节能照明，在客观上有迫切要求，也是解决城市美化与能源紧张最正确选择。

节能路灯不仅为城市交通提供一种科学有效的方案，保证路灯照明的有效性与平安性；

而且有效利用电力资源，尽量防止电力资源的浪费；

还提高了城市根底设施管理水平,在改善城市道路照明质量的同时，节省人力财力物力。

课题设计的主要研究内容是针对目前路灯照明中存在的问题，结合国内外各种路灯节能的研究成果，设计一种基于可变电抗器的新型路灯节能系统。

课题研究的主要内容是基于可变电抗技术的功率单元系统结构设计；

和路灯节能控制系统硬件设计；

2方案论证与选择

智能路灯节能控制系统的方案是对系统的总体结构和每一局部的构成及功能做出简要介绍。

系统核心为智能控制器和可变电抗器两局部：

智能控制器主要进行数据处理，对可变电抗器给予控制信号；

可变电抗器通过改变一次侧电抗实现路灯调压。

2.1智能路灯节能方案概述

智能照明调控装置采用单片机控制系统，实时采集输出、输入电压信号与最正确照明电压比拟，通过计算进行自动调节，从而保证输出最正确的照明系统工作电压，具有以下优点：

优化电力质量，节约照明用电针对电网电压偏高和波动等现象，调控装置可根据用户现场实际需求，实时在线调控输出最正确照明工作电压，并能将其稳定在士2％以内，有效提高电力质量，从而到达节电的效果。

2.2智能路灯节能控制系统结构设计

智能控制器信号流程图如图2．1所示

系统工作时在固定的时间内，通过设置在路面的光传感器检测路面光照状况，并送入智能控制器，智能控制器判断路灯照明系统是否需要起动。

如果需要，那么控制功率变换单元完成路灯系统的软起动。

路灯节能控制系统主要由可变电抗器、智能控制器等几局部组成。

路灯节

能系统结构框图如图2．2所示。

图2．2中，环境光信号和时间信号送入智能控制器进行相应处理，智能控制器负责对检测信号做出处理给出控制信号控制可变电抗器，由可变电抗器触发晶闸管导通角调节路灯两侧电压，到达实时控制和节能的目的。

2.3可变电抗器

可变电抗器由可变电抗变换器和功率变换器构成，是对传统电抗器的一次结构性创新。

它在传统电抗器中引入了二次线圈，二次线圈与电力电子功率变换器连接。

通过智能控制器控制电力电子功率变换器，改变可变电抗变换器二次侧的电流，从而改变可变电抗变换器的一次侧的电流，当输入电压不变时，即实现可变电抗器阻抗的改变。

基于功率变换的可变电抗器的结构框图如图2．3所示。

图2．3中，可变电抗变换器的一次绕组直接与路灯负载相接，在变换器中增加二次线圈，将二次线圈与功率变换器以及智能控制器连接。

通过智能控制器与电力电子功率变换单元来控制可变电抗器的二次绕组，到达改变可变电抗变换器一次阻抗的目的，进而改变路灯的输入电压，使路灯既可实现软起动又可以对其进行调节。

功率变换单元由电力电子功率器件、触发控制器、信号检测与处理器等组成。

通过对晶闸管控制角的调整来控制可变电抗变换器二次线圈电流的大小进而使得路灯的端电压发生变化来改变路灯的照明亮度，它的根本工作原理如图2．4所示。

图2-4中，触发装置收到来自于智能控制器的控制信号，触发板输出脉冲信号那么使功率变换单元按要求改变晶闸管的导通情况。

晶闸管的导通情况不同直接决定了可变电抗变换器二次线圈的电压或电流发生变化，由于电磁感应，使电抗器一次侧电抗值发生变化（即可变电抗变换器），进而改变路灯的输入电压，使路灯不仅可以实现软起动，也可以按要求进行自行调压控制其照度。

2.4智能控制器

智能控制器通过对采集信号的处理，输出实时需要的控制信号。

与控制器相连的传感器是光学传感器，光线的明暗经过光学传感器转变成模拟信号，智能控制器通过对该信号的处理输出对路灯是否开启或关断的控制决策；

2.5每只LED灯控制逻辑关系图

每只LED灯控制逻辑关系她如图2-5所示，在规定的时间条件成立的条件下，当明暗条件成立的情况下开灯。

2.6系统硬件总体划分

整个系统可以分为传感器、智能控制器、可变电抗器和路灯四个局部。

系统硬件总体框图如图2-6所示

图2-6系统硬件总体框图

2.7智能控制器总体设计

智能控制器硬件主要由光学传感器、单片机与转换电路和各个辅助电路组成，其工作原理为：

光电式传感器实时检测路面光照度，并将其转变成模拟电信号，经A／D转换送入CPU，实现系统的开启和关闭，系统硬件结构图如图2-7所示。

图2-7智能控制器结构图

3智能路灯节能控制系统各电路局部设计

系统硬件设计分为智能控制器的设计和可变电抗器的设计。

智能控制器采用了上下位机的形式，主要功能有人机交互设备和电压过零检测等；

可变电抗器设计包括晶闸管同步触发控制以及电流检测过流保护等；

最后还介绍了系统的供电电路，这些构成了智能控制系统的硬件局部。

硬件系统的工作原理为：

光电传感器将光信号转变成模拟电信号，通过A／D转换后送入智能控制器，实现系统的开启和关闭；

时间信号通过A/D转换器变成电信号，通过模糊控制算法实时处理交通流量信息，调节路灯照度，实现节能控制。

3.1环境光控制电路的设计

利用光敏电阻的阻值与光照度呈反比例关系，采样其两端的电压信号，利用采样的电压信号通过施密特触发器输出的TTL电平来控制LED灯的开关。

电路可靠，有效地防止由于短时间光照剧烈变化引起的误动作，操作者可以通过电位器方便的进行调试。

电路图如3-1所示：

1.555定时器介绍：

1555定时器内部结构图：

②555定时器的简图：

555定时器本钱低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

它内部包括两个电压比拟器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。

它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3

　　555定时器的功能主要由两个比拟器决定。

两个比拟器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，那么电压比拟器