路灯的节能控制设计

第一章绪论

第一节课题背景

随着我国城市建设的不断深入，经济高速持续的发展，人们的生活水平也不断提高。在繁华的都市，城市道路、夜景照明已成为城市文明的标志和城市文化的代表。在推进城市亮化工程的进程中，照明光源及调控设备得到了空前的发展。当然，城市照明的电能消耗和灯具损耗也越来越大，由于电力紧张和电费的上涨，照明节能降耗将越来越受到广泛的重视。路灯的节能控制相当重要，用来实现按时开关灯，午夜后降压供电等要求。

第二节路灯主要的节能方式

目前国内照明节能主要的途径有三种：合理照明；采用高效的节能型光源，也就是使用发光率高的灯泡或灯管；在现有照明系统上加装节能控制设备。从实际应用的角度来看，第二种方案实用于新设计的照明回路。对于已有的照明系统，因需要更换所有灯具，初期投入资金和人力比较大，在不能分批分次更新灯具的照明场所，这样做一次性投入太大。

对于有照明系统的节能改造，一般采用加装节能设备，较为经济和实用。目前国内销售的照明节能设备很多，其中照明控制调控装置所占比例最大，从工作原理上大致分为三大类。

一、可控硅斩波型照明节能装置

原理：采用可控硅斩波原理，通过控制晶闸管（可控硅）的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，从而降低了输出电压的平均值，达到控压节电的目的。

这类节能调控设备对照明系统的电压调节速度快，精度高，可分时段调整，有稳定作用，因为主要是电子原件，相对来说体积小、设备轻、成本低。但该调压方式存在一致命缺陷，由于是相控调压，使电压无法实现正弦波输出，还会出现大量谐波，形成对电网系统谐波污染。

大功率可控硅斩波型节电设备，因其自身存在谐波污染的缺陷，如果加装滤波设备，成本太高，是不经济的，所以此类设备是不宜用于照明电路中。

谐波的危害

（一）缩短电力电容器的使用寿命，严重情况下，会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。

（二）变压器的铜耗、铁耗增大，减少变压器的实际使用容量，浪费电能。

（三）增加电气设备附加损耗，减少出力，浪费电能，严重时使电气设备过热，烧损。

（四）造成开关、接触器等电气设备的误动作，自动化仪表不能正常工作。

（五）产生严重的、看不见的电磁波干扰，使有线和无线信号无法接收和传输，影响手机、电视、广播、电脑等设备的正常使用，损害人体正常生理机能。

二、自耦降压式调控装置

现在市场上最多照明节电产品就是此类产品。它的原理是，通过一个自耦变压器机芯，根据输入电压高低情况，连接不同的变压器抽头，将电网电压降低5，10，15，20V等几个档，从而达到降压节电的目的。

这类产品最大的优点是克服了晶闸管相控型产品生产谐波的缺陷，实现了电压的正弦波输出，结构和功能都很简单，当然可靠性也比较高。但是不能用来控制照明调控装置进行频繁切换，一般做不到实时稳定电压、多时段调控等功能。

三、智能照明节电器

智能照明节电器，即智能光源降压—稳压—调光技术。智能照明调控装置工作原理，采用微电脑控制系统，实时采集输出、输入电压信号与最佳照明电压比较，通过计算进行自动调节，从而保证输出最佳的照明系统工作电压。

智能照明调控装置在结合前两类节能产品的优点的基础上，克服了其中存在的缺陷，具体优点体现在以下四个方面：

（一) 优化电力质量，节约照明用电

a. 稳定最佳工作电压

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佳照明工作电压，并能将其稳定在±2%以内，有效提高电力质量，从而达到节电10%~40%的效果。

b. 多时段节能运行

根据用户实际的照明需求，调控装置还可通过程序进行多时段节能电压设置，从而满足用户不同光源、不同时间的需求，实现最佳照明状态和最大节电率。（二）有效保护电光源，延长其使用寿命

a.软启动、慢斜坡

影响电光源寿命的一个重要因素是，启动和运行时电流和电压对光源的冲击。为了有效的降低电流冲击和提高灯的寿命，在国外高档灯具产品中，要求灯具有软启动功能。

智能调控装置能够实现灯具的软启动和慢斜坡控制过程。灯具在启动时，采用低压软启动，充分预热。该过程可减少40%的启动电流冲击，有效提高光源寿命。在调压、稳压的过程中，智能调控装置采用慢斜坡方式，让电压在设定时间内缓慢过渡，保证光源不受电压、电流波动的冲击，从而降低电光源损坏，延长使用寿命。

b.实时稳压、控压

在电压波动很大的地方，如电气设备比较多的厂区，一分钟内的电压波动

达到±15%；路灯后半夜的供电电压也会达到250V。智能调控装置高稳定的最佳照明电压，能够延长电光源寿命2~4倍，减少照明运行、维护成本30%~50%。（三) 智能照明调控

为了满足不同用户对照明灯具控制的需要，智能调控装置有三种运行模式可供选用：

a. 端子控制节能运行模式

b. 时间控制节能运行模式

c. 通讯控制节能运行模式

可按现场实际情况，通过天文钟、智能探头或内部编程、远程计算机遥控，实现时控、光控、程控等多种智能化控制。并可根据不同时段、不同灯具、不同亮度要求，每相独立调节，允许100%不平衡。

（四) 适用性、可靠性

a. 调控装置每相可独立调节，可操作性强，可以承受三相100%的不平衡负载，且保证单相的故障绝不影响其它两相的正常运行。同一个装置可以带不同类型光源负载，还可以独立调节每相的输出电压。

b. 调控装置采用手动和自动双旁路系统，以保证照明设备不断电，正常安全运行；

c. 调控装置控制部分不含交流接触器，无触点和移动元件，保证高可靠性和低功耗。

d. 可选配GSM/GPRS全球实时（手机）监控系统，通过显示、声音等信号监测设备运行，故障报警，及时采取保护措施。

这类照明节电产品成本略高于前两种，可实现智能照明调控、有效保护电光源、降低电能消耗的功能，使用的经济性和可靠性远远好于前两种产品，是目前国际上比较成熟的照明控制解决方案。

第二章方案设计

第一节路灯的节能原理

节能的核心就是在保持合理照度的前提下在电压过高时降压供电，一般在后半夜由于路上行人车辆较少同时灯具如高压钠灯可以在低电压下运行，可以把过高的电网电压降到190V进行供电，极大地节约了电能。

第二节主要设计方案

设计应该结合各种方案的优缺点，从目前的实际情况出发，进行设计。由于目前节能器比较成熟，设计主要侧重于控制部分的设计。工作部分又有很多方案，比如使用变阻器，步进电机拖动自耦变压器，电力电子器件等。在研究方向上选择使用电力电子器件，如晶闸管，IGBT等。控制部分可以使用手动或自动，如单片机的应用，但还要兼顾应急性，需要同时使用人工控制。

计划了3个方案，分别是A人工遥控，B传感器智能控制和C预先编程和

传感器结合控制。

一、人工遥控

第一种技术较为落后，第二种方案过于复杂可靠性低，最终选择的第三种方案，同时还要结合第一种设置人工干预接口。框图如下：

A方案如图1：

图1 方案A框图

人工通过有线或无线方式遥控路灯系统的运行，灵活性高，但是增加了人力成本。而且人工控制的准确性、可靠性不高。

二、传感器智能控制

B方案如图2

图2 方案B框图

通过传感器来判断时间亮度和电压，综合控制，自动性能好，但过于复杂，遇到特殊情况需要人工参与完成。现在城市中常见的路灯控制系统一般对光照变化对应的开关灯控制环节仍然使用人工控制，很大程度上是为了实现灵活的开关灯时间控制。

三、预先编程和传感器结合控制

C方案如图3

图3 方案C框图

这是主要选择的方案。由于全年的日照时间的变化规律是一定的，以此将全年的光照时间变化规律（以XX市所在纬度）记录到单片机中。单片机内有定时器，可以通过内定时器中断来控制开关和调压开始时间。按此运行，就可以实现接近B方案的效果。同时考虑到天气等意外情况，通过人工接口来改变开关灯的时间。同时使用电压传感器，比如变压器等简单装置就可以实现对电压的跟踪，产生反馈，使单片机输出电压控制信号，在一定时间内对电压进行调整。单片机的输出数字信号经过D/A转换和放大，驱动控制器。控制器也有很多选择，比如使用电力电子器件。诸如晶闸管或IGBT，通过改变相位角来实现电压的调整。或者使用步进电机，通过对自耦变压器的调整来调整电压，同时还要驱动电源开关，在这里使用交流接触器，实现开关。还有人工接口，可以使用方案A的办法，或者直接用闸刀开关来操作。最后是一些前面提到的节能措施，在于前面的控制环节没有冲突的情况下可以尽量选择。

第三章各部分基本原理

这样主体框架就是利用单片机与电力电子器件来实现控制

第一节电力电子器件工作原理

一、PWM技术

电力电子器件也有很多选择，主要有相控节能，利用晶闸管的移相触发，或者PWM整流技术调压。由二极管或晶闸管组成的整流电路，虽然控制简单，成本较低，技术成熟，但输出电流谐波含量很大，总的功率因数很低，已成为电网的主要谐波源。将整流电路中的二极管或晶闸管换成IGBT,MOSFET等自关断器件，并将SPWM技术应用于整流电路，这就形成了PWM整流电路。通过对PWM电路的适当控制，不仅可以使输入电流非常接近正弦波，而且还可以使输

入电流和电压同相位，功率因数近似为1。从80年代提出后，PWM整流电路得到了飞速发展，并迅速成为电力电子技术的一个研究点，其基本原理就是等面积定则。在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相同而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。这里说的效果基本相同，是指环节相响应输出波形基本相同。如果把输出的各波形用傅立叶变换分析，则其低频段非常相近，仅在高频段略有差距。于是可以用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。

图3 用PWM波代替正弦波

如图3所示，将正弦波上半波分成宽度相同，但是幅值不等，按照正弦变化分布，则由等面积原则，PWM波形和正弦上半波效果相同。要改变等效输出的正弦波的幅值时，只要按照一定比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。

控制方法分为调制法和计算法，一般用到调制法，使用三角波，可以从正弦波中获得SPWM波。

同逆变电路相同，PWM整流电路也可分为电流型和电压型两大类，两者的许多特点也分别和相应的逆变电路相似。目前，电压型应用较多，设计选择单相电压型PWM整流电路。

图4给出了单相全桥PWM整流电路

图4 单相全桥PWM整流电路

交流电感Ls包含外接电抗器的电感和交流电源内部电感，是电路正常工作所必需的。电阻R，包含外接电抗器的电阻和交流电源内阻，同SPWM逆变电路控制输出电压类似。可在PWM整流电路的交流输入端AB间产生一个正弦调制PWM 波U AB。U AB中除了含有与电源同频率的基波分量外，不含低次谐波成分，还含有与开关频率有关的高次谐波。由于电感Ls的滤波作用，这些高次谐波电压只会使交流电流i s产生很小的脉动。如果忽略这种脉动，i s为频率与电源频率相同的正弦波。PWM整流电路的单相等效电路如图5所示。

图5 单相PWM整流电路等效电路图

其中U s为交流电源电压。当Us一定时，i s的幅值和相位由U AB中基波分量及其与U s的相位差决定。改变U AB中基波分量的幅值和相位，就可以使i s与U s 同相位。图6（a）给出了单相PWM整流电路的向量图，其中U N表示电网电压，U AB表示PWM整流电路输出的交流电压，U L为连接电抗器L s的电压，U R为电网内阻R S的电压。在图5中，U AB滞后U N的相角为φ，I N与U N的相位完全相同，电路工作在整流状态，且功率因数为1。在图9（b）中U AB超前的相角为φ，I N与U N的反相，电路工作在逆变状态，这就是PWM整流电路的基本工作原理。

图6 PWM整流电路两种运行方式的向量图

(a)整流运行 (b)逆变运行

于是设计PWM整流调压电路如图7所示，使用IGBT和二极管。

图7 使用IGBT的PWM整流调压电路

图7电路利用SPWM的等面积定则，（即用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波,然后计算各脉冲的宽度和间隔,并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波。）使正负半周交替导通，通过对导通角的大小调整来实现电压调整。

由于要调节一路路灯，总电压为220V，总电流60A，最大电压按照最严重的浮动情况，上浮15%，即253V，69A。考虑到要有一定的安全余量，应选择两倍左右的容量的器件，即500V，140A。则最大导通角应为将253V下调15%对应的角度。由于先前是设计的分级调压，可以设定为四级，每隔5%电压为一个等级，即100%，95%，90%，85%供电。根据电压浮动的常年统计值以及不同季节的变化预先设定好随着时间变化的电压调整。

实现IGBT的PWM调压，还需要相应的驱动电路，也就是PWM控制信号发生电路。最初的设计是通过使用信号放大器，放大单片机引脚上的方波信号，再由三角波转换电路转化为PWM控制信号，驱动IGBT。结构比较简单，但是可靠性和实用性很差，现在一般使用专用的驱动电路模块，比如3525。KA3525作为电流型PWM控制器，功能比较完善。但用电流来控制的思想最终还是以电压的形式表现出来。因此整个系统的控制方式基本上是以电压作为主线的。

二、KA3525工作原理

输出电压可调。KA3525具有软启动功能，实质上是由内部5V基准源经50uA的恒流源给KA3525接一电容充电实现的。在电容器充电的过程中仍以电容器上的电压缓升来达到PWM脉宽缓慢展宽的目的。基于这种考虑，当给定KA3525的8脚上给定一电压值，应得到一固定脉宽输出。根据KA3525的资料手册，给定KA3525的8脚上的电压典型值超过3.2V小于5V内脉宽不变，也就是当电压值达到3.2V时，KA3525的输出为最大脉宽。当从某一电压值上升

至3.2时，在这段电压范围内，对应的电压值对应了固定的脉宽输出，以高频变换也就得到了相应的电压输出，由此输出可调的目的也就达到了，这种功能具体由单片机来实现。管脚如图8。对电路的驱动连接如图12，11脚14脚输出基准电压。

图8 3525管脚图

稳压。输出电压可调，随即需要解决的是稳压。整机要求稳压精度稍为高一点，若要采用单片机来稳压的话，由于单片机运行一条最简单的指令也需要1个周期，当采用12M晶振时，一个周期为1us，显然不符合闭环稳压的要求。在这时仍然采用KA3525内置的误差放大器来实现闭环稳压，实现的原理就是运用电压误差放大器实现的电压负反馈电路。单片机来给定每一级需要稳压基准点，以此来实现输出一级电压，稳定一级电压

图9 驱动连接

三、光耦合器

光耦合器（optical coupler,英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器,简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件,通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线,受光器接受光线之后就产生光电流,从输出端流出,从而实现了“电—光—电”转换。

以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器,由于它具有体积小、寿命长、无触点,抗干扰能力强,输出和输入之间绝缘,单向传输信号等优点,在数字电路上获得广泛的应用。十几年来，新型光耦合器不断涌现，满足了各种光控制的要求。其应用范围已扩展到计测仪器，精密仪器，工业用电子仪器，计算机及其外部设备、通信机、信号机和道路情报系统，电力机械等领域。光耦合器已用于系统中的电气隔离，如计算机，电源供应器，通讯和控制器。举例来说，光耦合器应用于如电信设备、可编程序控制器、直流--直流转换器、交流---直流转换器和电池充电器等。

光电耦合器是一个光通信网络的核心。用于电气隔离输入信号与相应的输出信号。在不同的电路起到隔离作用，其需要的电压也有很大的不同。光耦合器提供了一个优势，那就是电气隔离两电路，从而减少了接口的问题。电气隔离的发生是因为信号传递通过LED发光，并由光反应晶体管所接收。当改变驱动发光二极管的电流大小，光的强弱也随之按相应的比例改变，从而电阻器的阻值也就改变了。

除此之外，光电耦合器还可以用于控制交流回路功率，例如加热电路。这种光耦合器是可控硅输出型光耦合器，如图所示。

它可应用在低电压电子电路控制高压交流回路的开启。它的工作原理是：利

用输入端红外光控制输出端的光敏双向开关导通，进而触发外接双向可控硅导通，达到控制负载接入交流220V回路的目的，本驱动器有非常好的输入与输出绝缘性，可构成固态继电器的控制电路，其输出的控制功率由可控硅允许功率决定。

通常的光电耦合器由于它的非线性,因此在模拟电路中的应用只限于对较高频率的小信号的隔离传送。普通光耦合器只能传输数字（开关）信号,不适合传输模拟信号。近年来问世的线性光耦合器能够传输连续变化的模拟电压或模拟电流信号,使其应用领域大为拓宽。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。

由于光电耦合器的输入阻抗与一般干扰源的阻抗相比较小,因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小,它所能提供的电流并不大,不易使半导体二极管发光;由于光电耦合器的外壳是密封的,它不受外部光的影响;光电耦合器的隔离电阻很大（约1012Ω）、隔离电容很小（约几个pF）所以能阻止电路性耦合产生的电磁干扰。

线性方式工作的光电耦合器是在光电耦合器的输入端加控制电压,在输出端会成比例地产生一个用于进一步控制下一级的电路的电压。线性光电耦合器由发光二极管和光敏三极管组成。当发光二极管接通而发光,光敏三级管导通。光电耦合器是电流驱动型,需要足够大的电流才能使发光二极管导通,如果输入信号太小,发光二极管不会导通,其输出信号将失真。

光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降VCE(sat)。此外,在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。

用于传递模拟信号的光耦合器的发光器件为二极管、光接收器为光敏三极管。当有电流通过发光二极管时，便形成一个光源，该光源照射到光敏三极管表面上，使光敏三极管产生集电极电流，该电流的大小与光照的强弱，亦即流过二极管的正向电流的大小成正比。由于光耦合器的输入端和输出端之间通过光信号来传输，因而两部分之间在电气上完全隔离，没有电信号的反馈和干扰，故性能

稳定，抗干扰能力强。发光管和光敏管之间的耦合电容小（2pf左右）、耐压高(2.5KV左右)，故共模抑制比很高。输入和输出间的电隔离度取决于两部分供电电源间的绝缘电阻。此外，因其输入电阻小（约10Ω），对高内阻源的噪声相当于被短接。因此，由光耦合器构成的模拟信号隔离电路具有优良的电气性能。

事实上，光耦合器是一种由光电流控制的电流转移器件，其输出特性与普通双极型晶体管的输出特性相似，因而可以将其作为普通放大器直接构成模拟放大电路，并且输入与输出间可实现电隔离。然而，这类放大电路的工作稳定性较差，无实用价值。究其原因主要有两点：一是光耦合器的线性工作范围较窄，且随温度变化而变化；二是光耦合器共发射极电流传输系数β和集电极反向饱和电流ICBO(即暗电流)受温度变化的影响明显。因此，在实际应用中，除应选用线性范围宽、线性度高的光耦合器来实现模拟信号隔离外，还必须在电路上采取有效措施，尽量消除温度变化对放大电路工作状态的影响。

从光耦合器的转移特性与温度的关系可以看出，若使光耦合器构成的模拟隔离电路稳定实用，则应尽量消除暗电流（ICBO）的影响，以提高线性度，做到静态工作点IFQ随温度的变化而自动调整，以使输出信号保持对称性，使输入信号的动态范围随温度变化而自动变化，以抵消β值随温度变化的影响，保证电路工作状态的稳定性。

四、硬、软件实现

（a）硬件实现

本电路主要有控制电路、跟踪稳压电路组成。原理框图如图9所示。

频调输出电压，跟踪稳压基准电平

图10 电压型3525PWM控制电路

输出电压可调控制电路

电路的实现是由单片机通过锁存器（74LS377）U5和DA转换器（DAC0800）U9实现，则+12V电源经LM7808提供给U9稳定的+8V的基准电压源，当单片机给74LS377送入数据并由74LS377将数据锁存，经DAC0800转换后输出的直流电压给KA3525的2脚，即给KA3525内部的误差放大器同相端给定一电压值，给定不同的基准稳压电平，即可实现不同的电压输出。考虑到电路的抗干扰能力，由单片机给定74LS377的1脚和11脚双重的选通功能。

稳压基准源电路

应输出电压可调的要求，电路原理可知（如图10），稳压基准电平Vref与u 维持平衡电压值只相差十几个毫伏，当输出电压Uout升高时，U的电压值必定升高，则误差放大器的输出电压会下降，使得KA3525内部的PWM波输出脉宽变窄，。经一系列高频变换滤波得到的输出电压Uout会降低，从而达到稳压目的。若需要输出的电压升高或降低，则需要稳压基准电平Vref跟着升高或降低才能达到输出稳压的目的。

图11 稳压基准源电路

（b）软件实现。

本电路的软件结构包括初始化，预设定及故障检测程序等构成的，以单片机MC51为软件控制核心。程序结构框图如图12所示。

图12程序结构框图

第二节开断动作的实现

若使用调压电路实现关断或者全压供电，必然会造成不必要的电能损耗。选择交流接触器。交流接触器广泛用作电力的开断和控制电路。

交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点。小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和高温烧蚀性。交流接触器的动作力来源于交流电磁铁。电磁铁由两个“山”字形的幼硅钢片叠成，其中一个固定，在上面套上线圈，工作电压有多种供选择。为了使磁力稳定，铁芯的吸合面，加上短路环。交流接触器在失电后，依靠弹簧复位。另一半是活动铁芯，构造和固定铁芯一样，用以带动主接点和辅助接点的开断。20安培以上的接触器加有灭弧罩，利用断开电路时产生的电磁力，快速拉断电弧，以保护接点。交流接触器制作为一个整体，外形和性能也在不断提高，但功能最终不变。无论技术发展到什么程度，普通的交流接触器还是有其重要的地位。开断信号也可由单片机发出，控制交流接触器来实现线路的开断。接触器由磁系统，触头系统，灭弧系统，释放弹簧机构，辅助触头及基座等几部分组成。接触器的基本工作原理是利用电磁原理通过控制电路的控制和可动衔铁的运动来带动触头控制电路通断的。考虑到要在全压供电时不需要调压，可以使用接触器短接调压电路，还可以在出现故障时应急使用全压供电。动作由单片机发出的信号来控制。设计开断系统如图13所示。同时还要加上人工接口，比如闸刀开关。

图13 开断系统

则A,B可以同时接通，全压供电，或者闭合B断开A调压供电，或者断开B 闭合A切断电源。因此设定为常闭触电，由单片机持续电平控制闭合。那么接触器的线圈控制要用单片机来实现，就需要相关的电路。考虑到单片机低电平为1.5V高电平为5V，可以用二极管、三极管等器件的压降来确定电压界限，确保可靠性。设计如图14，四个二极管，一个三极管，共0.7×5=3.5V

图14 线圈接口

综合以上设计，可以得到软件的总流程图，如图15，a、b。

b 流程图

图15 总流程图

第四章电路设计及工作原理第一节电路设计

本系统采用AT89C51单片机作为微处理器，AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的Flash 只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元。其特点是外围电路简单，价格低廉，虽然此款单片机的工作频率相对较低，但本设计对频率要求不高，能够满足本设计的要求。另外此款单片机有32个I/O端口，方便了设计的需要。图16为单片机芯片。因为51单片机的P0口驱动电流小，因此需要外加上拉电阻。单片机最小系统主要还有晶振电路以、复位电路、及报警电路。由于蜂鸣器需要的驱动电流较大，单片机I/O端口不能直接驱动，所以通过一个三极管进行电流放大。

图17 89C51单片机

电路在其它外围电路的器件选择上，如果按照新系统的建立，则尽可能使用上文提到的各种节能器件，起到节能，保护设备和减少电网污染等作用。

第二节工作原理

在对单片机进行编程之后，系统将按照程序设定时间、电压等情况工作。当晚上到了开灯时间，根据程序的预设而使单片机发出高电平，使交流接触器的线圈导通，从而使其动作，接通主回路。此时对两组接触器发出的都是高电平，PWM调压部分被短路，全压供电。如果出现异常情况，则直接手动开启电路。一般出现异常情况都是需要提前开灯。此时段电压较低，一般220V以下，而路上行人车辆较多，全压供电照明。根据单片机中的程序设定，当到了夜间十点的时候，为了对后半夜升高的电压进行调整，通过控制接触器使PWM工作部分开

始运行。由单片机发出的8位数字信号通过数/模转换生成3525的基准电压，实现PWM调压。并且单片机每隔半小时修改一次输出信号，逐渐降低电压；同时，在输出端使用变压器，使用整流桥转化为直流，再进行模/数转换，生成反馈。当反馈显示输出电压为190V时，系统停止调压。

直接设定的天亮时刻动作关灯，或者手动操作，提前关灯。若需要延长开灯时间，可以人工操作重新开灯。

第三节参数计算

主要参数包括IGBT，交流接触器，高压钠灯，镇流器等的参数。对于交流接触器，如图14，开合电压最大253V，电流69V。考虑到还要一定的安全的裕量，应该开合600V，140A。对于IGBT，由于要调节一路路灯，总电压为220V，总电流60V，最大电压按照最严重的浮动情况，上浮15%，即253V，69A；考虑到要有一定的安全裕量，应该选择两倍左右的容量的器件，即500V，100A。对于灯具，可以根据总电流大小来选择型号和数量。器件品牌及型号：1. 高压钠灯，江苏宿迁莱特电器有限公司，NG250，220V,3A,250W,20盏。2. 高压钠灯电感镇流器，江苏宿迁莱特电器有限公司，NG250VZ,220V,3A,250W,短路电流≤5.2A，功率因数cosφ≤0.65,阻抗60Ω，20件，100A220V。3，CJT10系列交流接触器主要适用于交流50Hz或60Hz，额定工作电压至3800V；电流10A至160A 的系统接通与分断。4，IGBT,TOSHIBA,MG200J6ES60,200A/600V。变压器由于测定的电压为260-190V，需要的反馈电压设为5V，则变化为50：1

结束语

本文设计的主电路符合设计的基本要求，现在已经是一项比较成熟的技术，广泛应用于路灯节能控制系统当中。对于一般情况可以应对，但如果有特殊需要，人工操作也不可缺少。对于全国的总耗电量而言，道路照明只占一个小小的百分数，也正因如此，智能光源降压—稳压—调光技术才有可能成为推动节能运动的一个突破口。节约能源、保证灯具寿命、提高照明管理水平、美化城市夜量和保证城市夜间出行安全等，已经成为对公共照明系统的一项基本要求。从道路照明着手，花两三年时间摸索出一套符合中国国情的商业化运作模式，然后在全国各行各业全面推广。当然，这需要政府下大决心，花大力气去进行推动。

综上，通过近三个月的毕业设计，经过资料的收集、方案的选择比较和论证，到分析计算，再到电路图纸的绘制以及毕业设计论文的撰写等各个环节，我对大学3年的知识有了一个整体的深层次的理解，同时对电路的理解更加深刻和准确。因此，通过毕业设计实现了预期目标。

基于51单片机的路灯控制系统设计开题报告

一、本课题的内容及研究意义 1、论文研究的目的和意义 如今，照明电路的数量越来越多，使得城市街道、小区内的路灯的用电量占城市用电量的比重越来越大，在用电高峰期时，电网超负荷运行，电网电压都低于额定值，在用电低谷期供电电压又高于额定值，当电压高时不但影响照明设备的使用寿命，而且耗电量也大幅增加，当低谷时，照明设备有不能正常工作。 所以，对城市的路灯的设计已经成为了当务之急，特别是午夜之后车流量急剧减少时，应该适当的关闭路灯，节约用电。但是我国的既节能又能延长路灯寿命的技术相比国外却是落后了，因此智能节能路灯控制系统的设计对于城市的发展至关重要。本论文旨在设计一套对外界光线和电压信号的采集来控制路灯的自动启停以及智能调压的控 制系统，它能对路灯进行稳压、调压、自启动并延长路灯寿命的作用。 2、论文研究内容 本设计可以通过对外界光线和电压信号的采集来控制路灯的自动启停以及智能调压从而减少城市路灯照明耗电量，又对输入电压进行稳压调节来提高用电效率。要求独立选择芯片、设计电路、编制程序、调试、完成整个系统功能。 主要内容如下： (1) 根据控制技术的特点，进行路灯系统设计的整体研究与设计。 (2) 针对光线和电压信号的采集，采用数据采集技术。 (3) 通过按键可对相关的参数值进行设置，从而实现对不同时间进行不同的开灯模式。 (4) 当电压符合额定电压时，系统自动进行稳压。 (5) 在午夜之后降低电压以调节路灯亮度，实现调压。 二、本课题的研究现状和发展趋势 目前，路灯系统一般采用钠灯、水银灯、金卤灯等灯具。这类灯具有发光效率高、光色好、安装简易等优点，被广泛使用，但同时也存在着诸如：功率因子低、对电压要求严格、耗电量大等缺点。 我国目前大部分城市都采用全夜灯的方式进行照明，普遍存在的问题有两点：一方面因为后半夜行人稀少，采用全夜灯的方式浪费太大，因此，有的地方采取前半夜全亮，后半夜全灭的照明方式；有的地方在后半夜采用亮一隔一或亮一隔二的节能措施，此种方式虽然节约了电费支出，却带来了社会治安和交通安全问题，不利于城市安全问题。 另一方面，在后半夜因行人稀少，而应该降低路灯的亮度，以避免光源污染，影响居民的晚间的休息。但由于后半夜是用电低谷期，电力系统电压升高，路灯反而比白天更亮了。这不仅造成了能源浪费，还大大影响了设备和灯具的使用寿命。目前，路灯照明广泛采用高压钠灯，其设计寿命在12000小时以上，在正常情况下至少可用3年，但是由于超压使用，现在路灯的使用寿命仅仅只有1年左右，有的甚至只有几个月，造成

基于传感网的智能路灯节能控制系统

基于传感网的智能路灯节能控制系统An Energy-saving Control System to Street Lamp Based on Sensor Networks 摘要:针对路灯运行状态、信息难以反馈和难以进行合理控制等问题，本文将无线传感器网络层次拓扑模型应用于城市路灯照明管理系统，完成整体优化控制。利用模糊控制原理对路面信号进行模糊化处理，将晶闸管相控斩波和自耦降压技术整合进行路灯的软启动和慢斜坡控制，实现智能路灯控制器节点自动调压节能，最终实现城市路灯的节能控制和智能化、网络化管理。 关键词:路灯节能模糊控制Key words：lamp, energy saving, fuzzy control Abstract：For the problems that the street running state and information was difficult to feedback and reasonable control, we apply the topology model to the street lighting management system, and complete the optimization control in this paper. Using the fuzzy control theory to handle the road signals, the intelligent lighting region controller integrates the thyristor chopper with the autotransformer technology, carries out the soft start and slow slope control to the street light, and realizes automatic voltage and energy saving. At finally, the system can realize the energy-saving control and intelligent, networked management of city street lamp.

路灯节能的控制系统设计分析

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/c413422378.html, 路灯节能的控制系统设计分析 作者：李正新 来源：《神州·中旬刊》2017年第08期 摘要：通过加入分时控制和电压监控等系统，以及路灯节能控制的设计，使得路灯节能系统更加完善。城市路灯的节能高效节能不仅仅可以更加高效地利用电能达到节约能源的效果，还可以向市民们传递节能的理念，让全民参与到节能中来，更加坚实地贯彻可持续发展思想。 关键词：路灯节能；控制系统设计；分析 1.路灯节能控制系统的功能 1.1分时控制 在城市路灯供电系统中，大多是通宵统一标准供电，虽然控制简单，但是系统线路单一，无法对路灯不同时段，不同地区根据不同的照明需求改变照明亮度。而一年四季中，每个季节的日出日落的时间段都会有所不同，不同时间段的自然光照明度都会有所变化，且城市路灯照明不仅仅应考虑四季的时节变化，还需要考虑每天不同时段人们对照明量的需求，比如在人流量与车流量的高峰期的傍晚，需要让路灯进入最佳照明模式以保障人们的出现安全，在交通正常期的深夜和交通低谷期的凌晨，照明量应在保证基本出行安全的前提下相应降低照明量以节约用电。那么如何控制路灯的照明度呢，根据“一年分三季，一季分时段”的分时控制思想，在不同的时间段输入相对应的的电压，随着电压的变化，照明度相应也发生变化。在交通量较大的时间段根据人眼的感光——光线照明度减少10%，人的视觉感觉只减少了不到1%，而当电压减少到额定电压的93%时路灯的照明度会降低5%，而使用寿命将提升两倍，所以将此电压设为正常照明电压最为适合，既可以保证行人的照明需求与舒适度，还能大大提升路灯工作寿命与效率。相应的方法可以设计出正常期与低谷期相应的照明电压分别为额定电压的88%和80%。采取分时控制将大大地减少因交通照明需求的不同而造成的不必要的浪费。可以根据表1中的不同时间段的电压值来实现路灯照明的分时控制。 1.2电压监控 分时控制的基本理论是建立在路灯供电电压基本保持在稳定值的前提下的，但是在面对现实情况时往往没有那么理想。大多数地区电网电压都存在着安全正常范围内的电压波动，而，其电压值可能高于也可能低于额定电压。这时候使用路灯分时控制时间表中的比值来调整电压虽然也能达到节能效果，但是明显没有正常情况下那样显得那么理想。所以这时就需要在控制系统中加入电压监控系统，对供电电压提供实时的电压数据并传到分时控制系统中分析处理得出应控制输出的电压值。将电压监控系统与分时控制系统结合将会使得节能电压更加准确，节能效果更佳明显。

园区路灯节能改造方案

园区路灯节能方案 第一部分：传统路灯照明系统所存在问题 一、传统路灯照明系统存在的问题 A、传统电感镇流器存在的问题 ·自身功耗大、线路电流大。 ·供电线路负荷大。 ·工频闪烁，并伴有音频噪音。 ·适应电源电压范围窄。 ·启动慢，灯泡寿命短。 ·缺少必要的自身保护功能，存在安全隐患。 B、传统设计存在的问题 1：传统设计以最高峰时段的道路要求作为道路照明设计的标准，当高峰过后还要以高峰时段的实际耗能来消耗电力！我公司照明智 能节能控制系统可实现功率在50%-100%智能调节，可以大大地降低 能耗。 2：考虑到光源的光衰，在设计初期，设计师就将原有的设计 数值做20%-40%的增加，新灯在开始使用时，消耗的功率大于其标称值。我公司照明智能节能控制方案可通过智能控制系统，根据灯的 使用年限控制实际需要的功率，节约了能源、延长了灯的使用寿命。 3：光源的光衰是可以延缓的，只要使用和照明智能节能控制系

统相配套的电子镇流器就可以避免电极的过度腐蚀问题，减少电极 物质的飞溅避免电弧管内壁被飞溅物质击伤变黑保持光源的发光效率。 第二部分：照明智能节能控制系统 本案节能控制系统各部分硬件电路，采用先进的有源功率因数(PFC)校正技术及电子滤波(EF)措施，可使系统功率因数(PF)大于99%， 有效减少了线路电流，从而降低了整个供电线路的负荷与损耗，对 电网几乎无不良影响。 内置智能控制电路，不仅完成点火、低功率启动、恒功率控制 等基本操作，还可以完成输出过电流、过电压、开路、短路等保护。同时可以完成50%～100%定时调光工作。 照明智能节能控制系统特点： ·高效节能：最高节约能源30%以上 ·延长灯泡寿命：将灯泡有效寿命延长2-3倍 ·定时调光：输出功率调节范围50-100% ·多种保护：具有短路、开路、过流、热灯启动等保护功 能 ·质量可靠：产品采用高性能、长寿命元件，使产品可长 期稳定可靠工作 ·适用广泛：可用于道路、体育场、广场、商场、大厅、 广告牌等场合照明

基于zigbee的智能节能路灯控制系统设计

基于zigbee的智能节能路灯控制系统 1 引言 传统的路灯节能系统存在着智能化程度低、通讯稳定程度差、路面照度分布不均等问题。目前路灯电费和管理费用是政府的一项巨大的财政支出。从路灯节能控制系统的成本、可靠性、信息化、应用前景等方面考虑，采用ZigBee无线自组织网络技术无疑是可以实现路灯节能控制系统的智能化、信息化、可靠性高、低成本的目标。 2 系统方案 本系统采用ZigBee和GPRS无线网络两层网络。ZigBee路由节点安装在路灯灯杆上，起着控制路灯节能和为其他节点的信息中寄的作用。在系统各子网路灯控制器通信采用ZigBee协议，无需通信费用，子网控制器是采用GPRS数传终端，对子网采用ZigBee协议与路灯控制器通信，对系统中心通过GPRS通信。ZigBee网络协调器负责建立网络和管理网络，形成一个ZigBee子站，远程控制中心通过GPRS网络于ZigBee子网相联。 ①路灯控制器 主要功能有：控制路灯开关、亮度调节、电流采集、电压采集、计算功率以及功率因数等。 ②子网控制器（GPRS数传终端） 主要功能有：接收和发送子网的所有路灯控制信号、数据记录、报警处理等。它负责控制子网的路灯控制器运行，将系统中心的命令下达给路灯控制器，将路灯控制器及线路信息反馈系统中心。子网控

制器处于系统中心和子网路灯控制器的中间，向上通过GPRS同系统中心通信，向下则是通过ZigBee通讯协议方式，同各个路灯控制器通信。 ③系统中心 系统中心主要实现通过系统控制软件对子网下的路灯控制器进行远程数据访问和控制，包括参数配置，控制命令发送、现场灯具状态收集等。能够显示路灯状态（亮度、电压、电流、功率和功率因数）信息，能够远程控制路灯的开关和调节路灯的亮度，可以实现时序调度事件、读取数据记录、监视事件和报警应答等操作。 3 节能策略 控制模型采用基于功率的闭环控制系统。在容许的超调亮围实现对路灯功率的自动调节，通过单片机控制可控硅的导通角，对路灯的功率进行调节。 智能感应控制。白天，当光线达到预期要求时关灯；晚上，当有人或车辆经过时，控制路灯自动控制打开路灯或者增强路灯的亮度；而在一段时间没有人或车辆经过，自动延时后关闭路灯或者减弱路灯亮度。

智能路灯节能系统的设计开题报告

智能路灯节能系统的设计开题报告

本科生毕业设计（论文） 开题报告 题目：智能路灯节能系统的设计 分院：电信分院 专业：电气工程及其自动化 班级：09 电力（一）班 学号：20090210470113 姓名： 指导教师： 填表日期：2013 年 3 月8 日

一、选题的依据及意义： 随着我国经济的快速发展，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模糊控制算法的新型节能控 制系统，集稳压控制、软起动功能、自动起停、智能调压调档控制于一体。智能路灯节能控制系统可明显的提高路灯的用电效率，改善率因素，在节约能源、电力资源合理利用今天的资源。 二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）： 目前我国市场上有多种路灯节能控制产品，能达到一定节能效果，但就功能和效果上还不能尽如人意，主要有以下几类情况：采用自耦变压器及磁饱和电抗器的降压技术。其不足是由于反应速度较慢，用电高峰时电压降到非稳定区，容易造成灯光闪灭，不能自动调节，同时如果电压突然升高，则不能避免灯具受到市电的瞬时高压冲击，对灯具的保护能力较差；相对来说稳压功能较差。 针对于磁饱和电抗器来说，除了上述不足外，其效率也普遍偏低。采用电子器件构成的可控硅式设备。该设备主要采取简单的相控技术，不足之处是元件易发热烧坏，由于采用相控技术产生谐波污染电网，使荧光灯及气体灯小停闪动，减损灯具寿命及相关附件的使用寿命，降低照明质晕，不绿色不环保，国家相关规定已明令禁止使用这种无功补偿技术设备嗍。以系统节电滤波形式，主要是净化电网，补充无功功率，补偿电网，而对于有功电度表计量系统，缺少实际节电效果。 总之，经过近年来的研究和实践，虽然目前国内的路灯监控系统在功能、技术性能和工作可靠性等方面已经达到了一定的水平。但是，还存在许多需要改进的地方。智能化、网络化、实时化，精确化和动态化已经成为现代城市道路照明管理系统发展的必然趋势。 三、本课题研究内容 通过感应外界环境的光照变化和声音大小来控制路灯的开关与强弱的调节，这两种控制同时作用，路灯的光亮分为两个调档。首先由光敏元件感应外界的光亮，当亮度没能达到某一个值时开启电灯开关。然后是进一步控制，当光亮低于某一定值或者声敏元件感应到的声音达到某一强度时，工作进入二档模式；当光亮和声音两条件同时满足感应器的调档时也可以进入二档。它是通过一些传感器及一些系统化的电路设计来实现的。 四、本课题研究方案 本文以实用化为目标，提出一些技术改进措施。 首先，选择合适棒材计数系统的软件程序，能进行棒材端面图像的采集，并转换成相应的格式传送到计算机中。 其次，对采集的图像进行分析，算法研究，最终得到较满意的二值图，进而提出识别棒材的根数算法并进行实验验证。 最后，运用MATLAB软件编译该计数系统，验证系统的实用性，并提出完善系统的建议和改良措施

智能路灯节能控制器的设计与实现

智能路灯节能控制器的设计与实现 豆豆网技术应用频道2009年07月03日【字号：小中大】收藏本文 关键字：雷达系统LabVIEW智能远程控制系统声音控制计数器地震烈度计运动控制器 0 引言 随着我国经济高速发展，人民生活水平日益提高，能源和资源变得日益紧张，电力短缺已成为制约国民经济发展的突出矛盾。目前我国照明消耗的电能约占电力生产总量的10％～20％，而城市公共照明则在照明耗电中占30％，并且近几年随着让城市亮起来的口号的提出，全国路灯的数量仍在迅猛地增长。公共路灯节能的口号便由此而提出。通常的节能途径有两个：一个是采用节能光源；二是采用合理的控制线路。本文在使用节能光源的情况下采用合理的控制线路来实现路灯节能。在供电系统中，为避免送电过程中的线路损耗和用电高峰时造成末端电压过低，供电部门均采用较高电压进行传输。因此路灯承受电压多高于灯具的额定电压。然而据调查我国小型城市晚上21：00后，大中城市00：00以后道路上几乎空无一人。从而造成了“人少车稀灯更亮”的不合理情况。为了避免这种情况，大多数城市和地区均采用了发达国家早已淘汰了的隔盏关灯的原始路灯控制方法。这种方法不仅导致路面照度分布不均，而且会减少路灯使用寿命。本文采用“全年分三季，一季分时段”的分时控制思想实现节能的目的。在不同的时段投入不同的供电电压运行，在保证路灯正常照明的前提下，兼顾到了用电低谷期节能的效果。同时利用电力载波技术实现对路灯运行状况的实时监控。 1 系统硬件电路的设计 1．1 智能路灯控制系统 该智能路灯节能系统主要由电量检测电路、实时时钟、自耦变压器电路、显示电路及载波通信等电路组成。将一年大致分为三个季节段来对路灯进行控制，使其在不同的季节有不同的开关灯时间。而从开灯到关灯根据当地交通又可大致分为三个阶段(高峰、正常、低谷)来对路灯进行控制。从实时时钟芯片中将当前的路灯工作状况进行相应的归类，由单片机输出控制接触器的线圈的断合，而其触点的输出分别控制自耦变压器的三个触

路灯节能控制器的设计

摘要 目前，城市道路照明在整个照明耗电中占了很大的比例，以往的路灯照明技术存在很多弊端，在后半夜因行人稀少，而应该降低路灯的照度，以避免造成光源污染，影响居民的晚间休息，可是传统的路灯照明在后半夜由于用电设备的减少，导致电网电压的升高，灯具的照明度也比上半夜更亮，这不仅造成了电能的浪费也由于电压的升高灯具大量发热大大降低了灯具的使用寿命，所以考虑到这种情况，本论文设计了一种基于自耦变压器多抽头电压可调的路灯节能装置，将无触点调压方式应用在城市道路照明工程，通过比较多种方式的分接开关优缺点，最终采用固态继电器作为调压的分接开关，对电压过零时刻进行调压，使得路灯的端电压波形能连续平滑。控制器具备调压稳压的特点，具有无触点、多级别调压的优点，调压范围可以达到18%以上。 论文主要论述了节能装置的工作原理、设计出了节能装置的主电路，并对分接开关做了合适的选择。控制环节提出以单片机为核心的硬件电路构成，设计了调压控制部分的硬件部分，包括主控制器的选择，采样电路、保护电路、开关的驱动电路设计等多个环节，并且给出了具体的设计参数，在此基础上完成了控制器的硬件制作。软件部分针对节能装置的工作特性与节能方式设计了降压稳压的闭环控制策略、定时调压等实现方法和软件流程。 文章的最后按照节能装置的设计思路在调压部分进行了MATLAB的建模仿真，仿真测试按照调压策略观察其输出电压，结果表明，输出电压同设置值基本一致，误差不大，降压、节能效果明显。 关键词：节能自耦变压器无触点调压固态继电器

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目录

1、绪论 1.1论文概述 1.1.1课题背景 随着城市建设的飞速发展，我国道路照明工程的日趋大型化，在日益紧迫的能源、环境危机促进下，“节能减排”已成为现阶段城市道路节能的指导思想。对于任何一个城市来说，城市路灯照明是人们日常生活中必不可少的公共设施。目前，我国照明消耗的电能约占电力生产总量的10%一20%，而城市公共照明则在照明耗电中占30%的比例。据统计显示，我国在路灯照明方面每年消耗超过1000亿元的电费，其份额和发展的速度十分惊人，全国各地无不面对电力紧张和电力消费带来的各种问题，如今“节能减排”已经成为我国一项重要的国策。随着城市的发展和现代化建设步伐的不断加快，导致了路灯的不断增加，照明电能消费正在急剧上升,对城市道路照明及城市亮化的工程需求也越来越高，城市照明耗电作为节能技术应用的一个领域,近年来也受到了广泛关注。而能源的供需矛盾也越来越突出，节电节能、绿色照明的要求越来越迫切，越来越高。 目前，传统的路灯照明系统存在着许多的弊端，我国绝大部分的城市路灯都采用“全夜灯”的方式进行照明，可是一方面后半夜的行人稀少，如果采用“全夜灯”的方式则浪费太大，因此，有些地方又采用了前半夜全亮而后半夜全灭的“半夜灯”型的照明方式，有些地方在后半夜采取“亮一隔一”或“亮一隔二”的节电措施，这种方式虽然节约了电费支出，却带来了社会治安和交通的安全隐患，不利于城市形象与社会安全。另一方面，在后半夜因行人稀少，而应该降低路灯的照度，以避免造成光源污染，影响居民的晚间休息。在电力供电的系统中，为了避免送电过程中的线路损耗及用电高峰时造成的未端电压过低，往往都是以较高的电压传输。因此，路灯所消耗的功率都较高，特别是后半夜是用电低谷期，用电设备减少，电力系统电压升高，路灯比白天更亮，这不仅造成了能源浪费，还大大影响了设备和灯具的使用寿命和使用效率，也违背了节电节能的宗旨。 电网电压偏高或不稳定或电网不洁净(瞬变、谐波等因素)，不仅带来了高

智能化节能路灯控制系统设计

机电职业技术学院毕业论文 题目智能节能路灯控制系统设计 系别电气工程系 专业电气自动化技术 姓名孟学文 指导教师成伟

目录 摘要 (4) 1 绪论 (5) 1.1 概述 (5) 2 方案论证与选择 (7) 2.1 智能路灯节能方案概述 (7) 2.2 智能路灯节能控制系统结构设计 (7) 2.3 可变电抗器 (8) 2.4 智能控制器 (10) 2.5 每只LED灯控制逻辑关系图 (10) 2.6 系统硬件总体划分 (11) 2.7 智能控制器总体设计 (11) 3 智能路灯节能控制系统各电路部分设计 (12) 3.1 环境光控制电路的设计 (12) 3.2 时钟电路 (16) 3.3 横流驱动电路 (18) 3.4 故障检测电路 (20) 3.5 电源电路的设计 (20)

3.6 报警电路的设计 (22) 4 控制部分设计 (23) 4.1 单片机系统介绍 (23) 4.2 整个系统的控制流程 (25) 4.3 显示装置流程图 (25) 总结与展望 (26) 总结 (26) 展望 (27) 参考文献 (27) 附图 (29)

智能路灯节能控制系统设计 亮亮 （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发展，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，从而达到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: with the rapid development of our economy, electricity consumption is subsequently fast growth. Electric power resource has become shortage resources. How to energy consumption has become the hot topic research in recent years. This paper studies of intelligent street lamp energy saving control system is aiming at existing in urban lighting on the huge energy consumption and development based on SCM system, set the new energy-saving control voltage control, soft starter to function, the automatic starting and stopping, intelligent

路灯合同能源管理方案

路灯合同能源管理方案 路灯合同能源管理方案就是为大家提供的关于城市路灯合同能源管理解决方案，请看下面： 城市路灯合同能源管理解决方案 Ⅰ、城市路灯用电现状 随着我国经济建设的发展，城市化进程的加速，城市照明得到了长足发展，城市照明发展中的能源需求和消耗也在不断加大。 在“十五”期间建设部在城市照明行业大力推进绿色照明工程，已取得取得了显着的经济效益和社会效益。 但是，从总体看，城市绿色照明工作还刚起步，发展不平衡，还存在不少问题和薄弱环节。 如城市照明相关的配套制度还不完善，市场监管制度还不够健全，低效率、高能耗、光污染等问题仍然较为突出，节约用电、保护环境的意识有待进一步加强等。 xx年11月国家发改委发布了我国第一个《节能中长期专项规划》，其中“绿色照明工程”被列为重点工程。 xx年国初家发改委把绿色照明工程列为“十一五”十大重点工程之一。 xx年7月，建设部制定了《“十一五”城市绿色照明工程规划纲要》。

纲要阐明了城市照明“高效、节能、环保、安全”的指导原则，提出以xx年底为基数，年城市照明节电目标5%，5年(xx-xx年)累 计节电25%的节能目标。 针对城市照明中存在的单纯追求亮度、追求豪华、能耗密度超标、道路照明过多装饰、光污染严重、采用低效能照明器材等问题，推广采用高效照明节能技术和产品，深入推进城市路灯照明节电改造示范工程，对光源灯具、整个照明供配电系统在内的道路照明和景观照明系统进行全面节能改造，对全面发展城市绿色照明事业具体积极推进的作用。 Ⅱ、城市路灯用电症状分析 据估计，城市路灯照明占我国照明耗电30%左右的比例，xx年 城市路灯用电量达500多亿千瓦时，随着城市建设迅速发展，路灯电能消耗也在遂年快速攀升，但路灯照明多为低效照明为主，电能利用率还不到65%，电能浪费严重节能潜力很大，城市路灯照明节能势在必行。 路灯用电的浪费存在于以下几方面: 1、运行浪费——供电品质差 因时段不同，电网负荷变化大，路灯供电线路电压波动也大。 上半夜行人车辆较多时，适缝用电高峰，电压低，亮度较暗。 而下半夜，电网负荷下降，电压聚升导致照度异常明亮。 路灯照明随不同时断电压波动幅度高达±15%，这样势必增加电、热的转换比值，使灯具的用电效率下降，造成电能浪费。

浅谈城市路灯照明的节能

浅谈城市路灯照明的节能 本文从路灯照明工程的实际出发,分别从路灯设计、降压、绿色照明等节能途径和方式,就如何以科学的实现道路照明的节能,阐述几点体会。 标签：路灯系统设计绿色照明 0 引言 城市照明是城市基础设施的一个重要组成部分,不仅为亮化城市、美化环境发挥积极作用,还为交通安全、社会治安提供了有力保障,同时在提升城市档次、提高城市形象、改善城市环境发挥了极其重要的作用,但是城市照明也给财政的经费带来很大的负担。 近年来,我国的城市道路照明发展迅速,1999年全国安装300万盏路灯,目前已经达到约一亿盏,安装功率达到二点五千万千瓦,一年的耗电量约为590亿度,这个数字是比较庞大的,有相当大的节能潜力。以鹤壁新区现有路灯为例,2009年路灯系统电费就达到400万元。面对能源与环境危机,各国都在努力实施“节能减排”工程,抓好城市照明用电的节约,成了节能工作不可忽视的一个环节。从路灯照明的实际出发如何科学的节能成为路灯行业很重要的一个问题。笔者以我们在实际道路照明节能工作方面的一些认识,应从以下几方面采取节能。 1 合理的灯具选择及布置 根据建设部行业标准CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》以及我们的实践经验、实际情况,严格按照设计标准的要求进行合理选择路灯的布置模式、路灯的间距、高度等,同时要求合理选择照度标准和功率密度值,确定合适的光源,以实现合理的照度,避免或减少路灯设计的盲目性,从而达到路灯的节能。 2 稳压降压调光节能 在道路照明工程中,照度受电网电压影响,而电网电压受负荷影响,在负荷高峰时电压偏低,在负荷低谷时电压偏高。而傍晚为道路交通量高峰,此时电网电压低,光源光通量低,路面照度低;接近午夜时为道路交通量低谷,此时电网负荷是低谷,而电网电压偏高,光源发出的光通量高,路面照度高。这种不合理现象,造成既影响交通安全,又严重浪费能源和资金的现象,将智能光源稳压降压调光装置安装在路灯的控制端,在电压波动较大时,人流较小的后半夜,采用该装置在合适的照度情况下,降低较高的电压,达到节能。 3 半夜灯方式 半夜灯节能方式为最早也是最有效的节能方式,半夜灯是指在照度较高的街道或城乡结合部街道的路灯,由于后半夜人流量、车流量较少,亮度不需要太高的

模拟路灯控制系统与设计原理

第１期 钱海月等：模拟路灯控制系统设计 图９显示单元电路图 图１０主程序流程图 翮 服务子程序ｌ 消除键抖动 遮信咂哕ｊ功能信号有越三≥一 ＼／远赢矽遮璧堡兰梦沙 逦赢：矽遮矍竺三矽芦≤蕊矽 —曼芝璧竺苎王三一＝＞—二 远禽寥一迦矍篁三箩芦逦磊塑》Ｊ嗵矍竺三够芦 ●一 雨鬲嘉赢ｂ！ 退出中断服务子程序 图ｎ各个功能模块中断服务子程序流程图 ５系统调试 ５．１测试仪器仪表 ①米尺；②数字万用表ＵＴ５２；③数字式光照度测量仪一Ｌ２１００；④毫安表；⑤ＧＢ／Ｔ７６７６—９８指针式 万用表．５．２测试项目 （１）恒流源特性测试．设定相应的横流输出电流值，在０～２０Ｑ内，改变自制恒流源的负载，通过电流表观察负载电流的变化，数据如表ｌ所示． 该设计的电流输出误差为０．０１０Ａ，从实际测试分析，当给定电流小于Ｏ．８Ａ，电流误差都能满足设计要求；当电流大于０．８Ａ，电流输出误差大于设定要求．在该设计中，电流源一次最多同时驱动１ｗ的ＬＥＤ灯为２个，按照给定电压为５Ｖ计算，需要的驱动电流为Ｏ．４Ａ，所以该设计的恒流源完全可以完成预定的设计目标． （２）支路控制器根据环境明暗变化，自动开灯和关灯测试．一天中以中午照度最大，早晚最小；一年中以夏季最大，冬季最小．例如，夏季晴天的中午，露地的照度约为ｌｘｌｏｓｌｘ，冬季约为２ｘ１０４Ｉｘ，而阴雨天的照度仅为晴天的２０％～２５％．一般早晨太阳出来，具有可靠照明的照度大约为３０００ Ｉｘ，所以，该系统 设计在照度Ｅ≥３ ０００ ｌｘ时自动关灯，Ｅ＜３０００ Ｉｘ时 自动开灯，开关误差≤１０％．自动开关灯实际测试结果如表２所示．由表２可知，开灯的光照误差范围都小于１０％，满足设计要求． （３）支路控制器根据交通情况自动调节亮灯状态测试．当可移动物体Ｍ（在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置）由左至右到达Ｓ点时，如图２所示，ＳＡ＝４０ｃｍ，灯ｌ亮；当物体Ｍ到达Ｂ点时， ＡＢ＝４０ ｅｍ，灯１灭，灯２亮；若物体Ｍ由右至左移动 时，则亮灯次序与上面相反，误差控制在１０％以内， 实际测试结果如表３所示． 一一一一一 一～一一一一一一一一一一 一一

路灯节能控制系统设计

模拟路灯节能控制系统的设计 1 引言 在倡导绿色用电的今天，路灯节能控制日益成为人们关注的话题，这里设计并制作一套模拟路灯节能控制系统。节能控制系统结构如图1 所示。 图1 模拟路灯节能控制系统结构图 模拟路灯节能控制系统实现的功能: 支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，控制整条支路按时开灯和关灯; 能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯，能根据交通情况自动调节亮灯状态;并能分别独立控制单只路灯的开灯和关灯时间; 当图1 模拟路灯节能控制系统结构图路灯出现故障时( 灯不亮) ，支路控制器发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。单元控制器具有调光功能，路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20% ～100% 范围内设定并调节，调节误差≤2%。 2 总体设计方案 2. 1 设计思路 设计采用PWM 脉宽调制技术和恒流源电路对路灯的驱动和亮度调节。通过单片机和传感器及其检测电路完成路灯工作状态的控制。显示部分利用液晶显示模块，菜单式操作，显示时间、故障路灯地址、支路开关灯时间、每只灯的开关时间等功能。 2. 2 设计原理 根据模拟路灯节能控制系统结构图，将整体电路分成为五部分: 环境控制电路、时钟电路、交通状况的传感器检测电路、显示控制模块、LED 恒流驱动及故障检测电路。 2. 2. 1 环境控制电路 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，有效地避免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。

2. 2. 2 时钟电路 使用时钟专用芯片DS1302进行时钟控制，通过外加很少的电路就可以实现高精度的时钟信号。 外围电路简单可靠，时间精度高，采用串口通信可以节省I /O 口的资源，通过外接锂电池后可以实现时间信息储存。 2. 2. 3 交通状况的传感器检测电路 使用红外传感器，来判断物体是否通过相关位置，并送入单片机判断执行相关程序。它具有光电传感器的优点，又避免了LED 灯的灯光干扰。 2. 2. 4 显示控制模块 使用128 × 64 液晶点阵进行信息显示，使用独立键盘进行功能切换和时间调整。信息量大，外围电路简单，通过下拉式菜单方便操作，人机界面友好。 2. 2. 5 LED 恒流驱动及故障检测电路 利用三端可调稳压集成块LM317，实现恒流输出。PWM 脉宽调制法来控制灯的亮度，可以精确的控制灯的亮度和功率，而且LED 灯在从暗到亮的变化中过度平滑。可以选用单片机内部集成有两路PWM脉宽，能方便的产生所需要的PWM 脉宽调制信号。 2. 3 系统组成 2. 3. 1 根据以上的设计思路及设计原理确定系统组成框图如图2。 图2 系统组成框图

智能节能路灯控制系统设计

河北机电职业技术学院毕业论文 题目智能节能路灯控制系统设计 系别电气工程系 专业电气自动化技术 姓名孟学文 指导教师刘成伟

目录 摘要 (3) 1 绪论 (4) 1.1 概述 (4) 2 方案论证与选择 (5) 2.1 智能路灯节能方案概述 (5) 2.2 智能路灯节能控制系统结构设计 (5) 2.3 可变电抗器 (6) 2.4 智能控制器 (8) 2.5 每只LED灯控制逻辑关系图 (8) 2.6 系统硬件总体划分 (8) 2.7 智能控制器总体设计 (8) 3 智能路灯节能控制系统各电路部分设计 (9) 3.1 环境光控制电路的设计 (9) 3.2 时钟电路 (12) 3.3 横流驱动电路 (14) 3.4 故障检测电路 (16) 3.5 电源电路的设计 (16) 3.6 报警电路的设计 (17) 4 控制部分设计 (18) 4.1 单片机系统介绍 (18) 4.2 整个系统的控制流程 (19) 4.3 显示装置流程图 (20) 总结与展望 (21) 总结 (21) 展望 (21) 参考文献 (22) 附图 (23)

智能路灯节能控制系统设计 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发展，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，从而达到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: with the rapid development of our economy, electricity consumption is subsequently fast growth. Electric power resource has become shortage resources. How to energy consumption has become the hot topic research in recent years. This paper studies of intelligent street lamp energy saving control system is aiming at existing in urban lighting on the huge energy consumption and development based on SCM system, set the new energy-saving control voltage control, soft starter to function, the automatic starting and stopping, intelligent pressure regulating control in one body. Intelligent street lamp energy saving control systems will be thyristor power changing unit and intelligent control system by combining, high voltage and low voltage variable reactor isolation, a winding variable reactor (HVT) and street lamp in series, will be secondary windings and thyristor and fuzzy control algorithm with associated the control system by changing its low voltage to control

路灯节能控制系统设计及其软件实现

路灯节能控制系统设计及其软件实现 姚丹丹，王宜怀，谭碧云 (苏州大学计算机科学与技术学院，江苏 苏州 215006) 摘 要：在分析路灯巡检方法、节能模式的基础上，设计路灯节能控制系统。该系统框架总体分为3层，终端层在每盏路灯中嵌入物联网通信模块作为控制单元，实现路灯的单灯控制，中间层采用32位CodeFire 系列MCF52223芯片作为控制单元，结合MC13211实现数据传输，服务器层直接面向路灯管理者，使其通过浏览网页即可对整个城市路灯进行智能化控制。在此基础上，提出路灯节能控制系统的Web 软件设计方案。应用结果表明，该系统运行稳定、节能效果明显。 关键词：路灯管理；节能模式；Web 数据库；GPRS-ZigBee 通信 Design of Street Lamp Energy Saving Control System and Its Software Implementation YAO Dan-dan, WANG Yi-huai, TAN Bi-yun (College of Computer Science and Technology, Soochow University, Suzhou 215006, China) 【Abstract 】On the basis of analyzing the methods of monitoring, energy saving modes of street lamps, this paper designs a novel energy saving control system. This system framework is divided into three layers, including terminal layer, middle layer and server layer. In the terminal layer, in order to control a single street lamp, it puts a things communication module into the lamp as core control unit. In the middle layer, it uses the chip of 32 bit CodeFire series MCF52223 as a control unit, with the chip of MC13211, completing the transmission of data. In the server layer, street managers can control all of the city lights intelligently through visiting the Website. On this basis, the paper proposes a novel software control scheme of Web. Application results show that the system deploys into operation stably for a long time and obvious power consumption is achieved. 【Key words 】street lamp management; energy saving pattern; Web database; GPRS-ZigBee communication DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2012.03.079 计 算 机 工 程Computer Engineering 第38卷 第3期 V ol.38 No.3 2012年2月 February 2012 ·工程应用技术与实现·文章编号：1000—3428(2012)03—0240—03文献标识码：A 中图分类号：TP393 1 概述 目前路灯控制中，极少能实现利用一台计算机控制单灯及自动检测单灯故障。针对这种状况，本项目充分研究并融 合传感网络技术、 3G 通信技术及嵌入式计算机系统软硬件设计技术等应用于城市照明，开发新型智能路灯控制系统。实现利用一台计算机控制全市单灯。为节能、路灯自检、自动管理、延长路灯使用年限提供了技术基础，是现代路灯智能控制的根本解决方案。目前，市面上的路灯控制系统大部分不能实现单灯控制、路检与节能[1]。有的采用进口部件，利用电力载波通信，实际效果表明不适合中国电网，波动大、通信误差多、成本也高[2]。还有一部分采用GPRS 直接控制单灯，这种方案不可行，需要大量电信通信，成本高、效 率低。 本文系统是GPRS 到路端，ZigBee 完成单灯之间的通 信，是物联网的典型应用，成本低、效率高、稳定性好。限于篇幅，本文重点分析节能模式及节能潜力，并在硬件系统基础上，提出控制系统及节能模式的Web 软件设计方案。 2 路灯控制系统的节能模式研究 本文采用Freescale 公司的高性能32位CodeFire 系 列[3]MCF52223芯片[4]作为控制单元，结合MC13211[5]的无 线传感网络的微控制器完成数据传输，实现单灯控制。为了达到节能的目的，需要控制软件具有灵活的控制方式。本文 提出多种节能控制模式，以下简单列举2种。 (1)1/2、1/3等控制模式。在行人车辆不太多的情况下， 可以采用隔一盏、隔2盏亮灯的模式。这样，既能满足地面基本光照，又能达到节能的目的。 (2)按地球经纬度控制模式。由于地球经纬度的差异，使得各地的日出日落时间不一样，同一地方不同时间的日出日落时间也不一样。如果统一设定开关灯时间，既浪费能源，又不能达到很好的控制效果。比如说，大冶市一月中旬的日出时刻为07︰21︰00，日落时刻为17︰33︰00，七月中旬的日出时刻为05︰28︰00，日落时刻为19︰28︰00。如果统一设定开灯时刻为17︰30︰00，那么到七月份，则会造成很大的资源浪费。 基于该情况，本文提出按日出日落时间自动调整开关灯时间。将当地的日出日落时间表导入系统，设置开关灯偏移时间。这样随着季节的变动，开关灯时间会自动地随日出日落时间的变化而变化。开灯偏移量与日落时间决定了开灯时间，即开灯时刻=日落时刻+开灯偏移量；关灯偏移量与日出时间决定了关灯时间，即关灯时刻=日出时刻+关灯偏移量。 3 路灯节能控制系统的体系结构 基于B/S 的路灯控制系统框架总体分为3层，系统框架 如图1所示。基金项目：国家自然科学基金资助项目(61070169) 作者简介：姚丹丹(1985－)，女，硕士研究生，主研方向：嵌入式系统；王宜怀，教授、博士；谭碧云，硕士研究生 收稿日期：2011-04-20 E-mail ：yihuaiw@https://www.wendangku.net/doc/c413422378.html,