路燈節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 煙 臺(tái) 南 山 學(xué) 院畢 業(yè) 論 文題目 路燈節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名： 李蒙 所在學(xué)院： 計(jì)算機(jī)與電氣自動(dòng)化學(xué)院 所學(xué)專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 08級(jí)3班 學(xué) 號(hào)： 9 指導(dǎo)教師： 劉新紅 完成時(shí)間： 2012.4.15 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)論文題目路燈節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院部自動(dòng)化工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)08工程3班畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的要求 本課題在于設(shè)計(jì)出一種路燈節(jié)能控制，解決現(xiàn)階段路燈節(jié)能存在的能源消耗等幾點(diǎn)不足，其意義在于不僅保證路燈照明的安全性和有效性，有效利用電力資源，盡量避免資源的浪費(fèi)，而且提高了城市基礎(chǔ)設(shè)施的管理水平，節(jié)省了人力和

2、物力。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的內(nèi)容與技術(shù)參數(shù) 路燈節(jié)能控制是集穩(wěn)壓控制、軟起動(dòng)動(dòng)能、自動(dòng)停起、智能調(diào)壓控制于一體的路燈控制裝置，晶閘管功率變換單元和智能控制系統(tǒng)相結(jié)合是該裝置主要特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和每一部分的構(gòu)成及功能做了簡(jiǎn)單介紹。核心是智能控制器和可變電抗器；控制器主要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可變電抗器通過(guò)改變一次側(cè)電抗實(shí)現(xiàn)路燈調(diào)壓。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作計(jì)劃 2011.12.15 確定畢業(yè)設(shè)計(jì)，提交開(kāi)題報(bào)告 2012.01.05 完成課題，提交中期檢查表 2012.02.20 完成論文，提交電子版論文 接受任務(wù)日期 2011 年 12 月 1日 要求完成日期 2012 年 4 月 15 日學(xué) 生 李

3、蒙 (簽名) 2012 年 4 月 22 日指 導(dǎo) 教 師 (簽名) 年 月 日院長(zhǎng)(主任) (簽名) 年 月 日摘 要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力消費(fèi)也隨之快速地增長(zhǎng)，電力資源已成為緊缺資源，如何節(jié)能降耗已成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)課題。本文研究的智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)是針對(duì)我國(guó)在城市照明上所存在的巨大的能源消耗而開(kāi)發(fā)的新型節(jié)能控制系統(tǒng)，集穩(wěn)壓控制、軟起動(dòng)功能、自動(dòng)起停、智能調(diào)壓控制于一體。路燈節(jié)能控制系統(tǒng)將晶閘管功率變換單元和智能控制系統(tǒng)相結(jié)合，利用可變電抗器隔離高壓和低壓，將可變電抗器的一次繞組(高壓)與路燈相串聯(lián)，將二次繞組與晶閘管和具有模糊控制算法的控制系統(tǒng)相聯(lián)，通過(guò)改變其低壓繞組上的電壓來(lái)

4、控制高壓繞組上電壓的變化，從而達(dá)到改變路燈端電壓的效果，以實(shí)現(xiàn)路燈的軟起動(dòng)和調(diào)壓節(jié)能。實(shí)驗(yàn)表明，路燈節(jié)能控制系統(tǒng)可明顯的提高路燈的用電效率，改善功率因數(shù)，在節(jié)約能源、電力資源合理利用的今天，該裝置有著十分廣闊的社會(huì)和商業(yè)前景。關(guān)鍵詞：節(jié)能控制、模糊控制、軟起動(dòng)ABSTRACTWith the rapid development of the Chinese economy, electric power consumption also rises fleetly. In recent years, the rising speed of electric power consumption

5、is higher than that of economy development remarkably. Electric power resource has become very scanty. Hence, how to economize energy sources and reduce wastage has become a hot problem researched in recent years.The main feature is combining the SCR Power Conversion and Intelligent Control System m

6、odules, the Power modules isolate high-voltage and low-voltage using Substation Converter Reactance, getting the first winding of Reactor (high-voltage) and street lamp in series, increasing the second winding (low-voltage) in the reactor. The secondary coil, the SCR and the control systems of fuzzy

7、 control algorithms are associating together, it alter the low-voltage to control its high voltage windings changes, thus reach the terminal of changing the street lamps voltage signal, to carry out energy-saving and Soft Start.Experiments show that the intelligent system of energy-saving and contro

8、lling street lamp can significantly improve the street lamps electricity efficiency and improve the rate factor in energy nowadays, while is conservation and rational utilization of power resources, the device has a very broad social and business prospects.Key words: Energy-saving and controlling, F

9、uzzy control, Soft Start 專心-專注-專業(yè)目 錄1 緒 論1.1 課題概述1.1.1 課題的題目課題的題目：路燈節(jié)能控制系統(tǒng)研究。1.1.2 課題研究的目的及意義本課題的研究目的在于設(shè)計(jì)出一種路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，能夠有效地解決現(xiàn)階段路燈照明存在的幾點(diǎn)不足，其意義在于：第一，為城市路燈交通提供一種科學(xué)有效的方案，保證路燈照明的有效性與安全性；第二，有效利用電力資源，盡量避免電力資源的浪費(fèi)；第三，提高了城市基礎(chǔ)設(shè)施管理水平，在改善城市道路照明質(zhì)量的同時(shí)，節(jié)省人力物力財(cái)力。1.2 課題的背景路燈是城市照明工程的主要組成部分，在夜晚，路燈的照明起到非常重要的作用。但是路燈在起著重

10、要作用的同時(shí)，也在消耗著大量的能源。目前一般的傳統(tǒng)路燈，主要是高壓鈉燈，一盞路燈的功率約為100W400W，一些大型路燈功率可以達(dá)到1000W以上。我們以一盞路燈200W來(lái)計(jì)算，一個(gè)晚上照明12個(gè)小時(shí)(從晚上7點(diǎn)到第二天早上7點(diǎn)），那么一盞路燈就要消耗200×12/10002.4度電能。假設(shè)路燈之間的間距是20米，一條長(zhǎng)2公里的街道就有2×2000/20200盞路燈（道路兩邊各有一盞路燈，所以要乘2），那么這條街道一晚上消耗的電能就有200×2.4480度，1年消耗的電能是480×36517.52萬(wàn)度。在一個(gè)城市中，除了主干道外，還有很多次干道和小的路段

11、，這些街道在夜晚的人流量和車流量都比較小。特別是一些郊區(qū)和比較偏僻的路段，在半夜1點(diǎn)鐘以后，人流量和車流量一般非常少。但是即使沒(méi)有人或車經(jīng)過(guò)，這些路燈也是長(zhǎng)期點(diǎn)亮的，這時(shí)電能就被白白浪費(fèi)掉了。很多路段真正有效的照明時(shí)間只占到整個(gè)照明時(shí)間的20%-30%，也就是說(shuō)大部分電能被浪費(fèi)掉了。如果有效照明時(shí)間是30%，那么一條街道浪費(fèi)的電能就有17.52×0.712萬(wàn)度。一個(gè)中等規(guī)模的城市這樣的街道可能就有100個(gè)以上，一個(gè)大城市往往有數(shù)百個(gè)這樣的街道，那么就是說(shuō)一個(gè)城市每年在路燈上浪費(fèi)的電能就有數(shù)百到數(shù)千萬(wàn)度以上?？紤]到全國(guó)有數(shù)百個(gè)大型城市，中小規(guī)模的城市更多，總的浪費(fèi)電能是非常巨大的。據(jù)統(tǒng)

12、計(jì)，杭州市一年用于城市照明的費(fèi)用就高達(dá)3億元以上。如果我們采取一定的節(jié)能措施，比如說(shuō)在沒(méi)有人和車經(jīng)過(guò)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉路燈，就可以收到明顯的節(jié)能效果。在能源日益緊張的今天，特別是很多城市存在電力不足的矛盾，這無(wú)疑是非常有意義的。國(guó)外對(duì)路燈節(jié)能的探索。在電力緊張的背景下，政府出臺(tái)了一些文件，要求在后半夜，采取“亮一隔一”或“亮一隔二”的措施，關(guān)閉部分光源。這只能作為緩解電力緊張局面的權(quán)宜之計(jì)。因?yàn)?，“亮一隔一”或“亮一隔二”不僅減小照度，同時(shí)區(qū)別于不同的燈桿布置方式，照度均勻度將不同程度、甚至是嚴(yán)重的下降，對(duì)交通、行人安全、對(duì)維護(hù)社會(huì)治安產(chǎn)生不利影響。七十年代的世界性能源危機(jī)中，日本大藏省曾要求在工廠、

13、辦公室和道路上進(jìn)行間隔點(diǎn)燈的試驗(yàn)，結(jié)果導(dǎo)致生產(chǎn)率和辦公效率降低以及治安、道路交通事故的大幅上升，不到一年時(shí)間就在一片反對(duì)聲中全部放棄了。顯然，這種消極的節(jié)電是不可取的。另外，這種方式由于需要在同一路徑上敷設(shè)兩根路燈供電電纜，也增加了建設(shè)投資。“在保證照明效果下點(diǎn)著燈節(jié)電”，這樣的概念才是科學(xué)的，合理的，這是發(fā)達(dá)國(guó)家道路照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想之一。我國(guó)路燈照明現(xiàn)狀。據(jù)調(diào)查，我國(guó)小型城市在夜晚9點(diǎn)后，大中城市在午夜12點(diǎn)后，道路上幾乎空無(wú)一人，即便是北京、上海、廣州這樣的繁華都市，凌晨2點(diǎn)以后，道路上也已罕見(jiàn)行人、車輛。從這一時(shí)段直至清晨6點(diǎn)路燈熄滅，在低交通流量的道路上仍然保持較高照度顯然沒(méi)有必要。

14、城市公共照明在我國(guó)照明耗電中占30的比例，約439億kWh，以平均電價(jià)0.65元kWh計(jì)算，一年開(kāi)支285億元。在市政開(kāi)支極度緊張的今天，國(guó)內(nèi)絕大部分的城市和地區(qū)幾乎不約而同地采用了日本等國(guó)家在七十年代就拋棄了的路燈隔盞關(guān)燈的省錢方法，其中的弊病不言而喻不僅導(dǎo)致了路面照度分布不均，給治安及交通安全埋下了隱患，而且不能避免后半夜電網(wǎng)電壓的升高對(duì)路燈壽命的減損，因此不能稱做是真正意義上的節(jié)能。當(dāng)發(fā)達(dá)國(guó)家在討論什么是“恰到好處的照度水平”的今天，我們這種控制方法就太落后了。九十年代以來(lái)，夜景照明建設(shè)成為都市市政設(shè)施建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，各地也取得了相應(yīng)的成績(jī)，但是市政開(kāi)支普遍緊張與增設(shè)夜景照明形成了很

15、大的矛盾以沿海某開(kāi)放城市為例，大批路燈在安裝后迫于財(cái)政緊張的壓力，支付不起沉重的照明電費(fèi)開(kāi)支，又不得不關(guān)掉近一半的燈，結(jié)果近年新裝的部分路燈形同擺設(shè)，造成變相浪費(fèi)。1.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容本文針對(duì)目前路燈照明中存在的問(wèn)題，結(jié)合國(guó)內(nèi)外各種路燈節(jié)能的研究成果，設(shè)計(jì)了一種基于可變電抗器的新型路燈節(jié)能系統(tǒng)，并應(yīng)用模糊控制算法進(jìn)行了控制算法設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了分析總結(jié)。論文研究的主要內(nèi)容：（1） 基于可變電抗技術(shù)的功率單元系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；（2） 路燈節(jié)能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)； （3） 路燈節(jié)能控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；（4） 基于模糊控制的智能控制算法設(shè)計(jì)；（5） 路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的分析。1.4 本章小結(jié)本章為論文

16、的緒論部分，主要從論文的研究目的及內(nèi)容初步探討路燈節(jié)能控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)的目的在于提高我節(jié)能路燈照明系統(tǒng)的改進(jìn)和發(fā)展、達(dá)到安全照明、節(jié)能的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。2 路燈節(jié)能控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本章為路燈節(jié)能控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的總結(jié)結(jié)構(gòu)和的構(gòu)成及功能做了簡(jiǎn)要介紹。系統(tǒng)核心為變抗器和可變電抗器兩部分；變抗器主要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)可變電抗器給予控制信號(hào)；可變電抗器通過(guò)改變一次側(cè)電抗實(shí)現(xiàn)路燈調(diào)壓。2.1 傳統(tǒng)路燈控制系統(tǒng)節(jié)能方法概述目前我國(guó)大多數(shù)城市的路燈采用的仍然是傳統(tǒng)的控制節(jié)能方法，主要分為路燈裝置節(jié)能和系統(tǒng)管理節(jié)能兩種途徑。2.1.1 通過(guò)改進(jìn)路燈裝置節(jié)能 (1) 推廣綠色照明光源以節(jié)能高效的節(jié)能燈

17、、高壓鈉燈、金鹵燈代替原來(lái)的白熾燈、高壓汞燈等低效、有害光源。推廣使用電磁無(wú)極燈、微波燈及發(fā)光二極管等。倡導(dǎo)使用導(dǎo)光系統(tǒng)、太陽(yáng)能蓄光電池等先進(jìn)裝置充分利用天然光照明。近年來(lái)我國(guó)節(jié)能電光源產(chǎn)量發(fā)展迅猛，各類節(jié)能鹵鎢燈、熒光燈和高強(qiáng)度氣體放電燈年產(chǎn)量已達(dá)4.5億只，節(jié)能光源已經(jīng)開(kāi)始大量代替原有的路燈光源。使用節(jié)能燈具可以在獲得相同照度的情況下大幅降低能耗，同時(shí)節(jié)能光源具有較長(zhǎng)的使用壽命，可以節(jié)省大量的燈具成本消耗。當(dāng)然，這種方法也存在許多的不足：首先我國(guó)還沒(méi)有建立統(tǒng)一的、指令性的照明節(jié)能法規(guī)，節(jié)能光源標(biāo)準(zhǔn)不一；其次節(jié)能光源與環(huán)境保護(hù)存在一定矛盾，主要是汞污染的防治問(wèn)題還有待解決；同時(shí)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，

18、節(jié)能型產(chǎn)品所占比例仍很低，僅占電光源總產(chǎn)量的112%左右。(2) 自耦降壓式調(diào)控裝置現(xiàn)在市場(chǎng)上最多照明節(jié)電產(chǎn)品就是此類產(chǎn)品。它的原理是，通過(guò)一個(gè)自耦變壓器機(jī)芯，根據(jù)輸入電壓高低情況，接連不同的固定變壓器抽頭，將電網(wǎng)電壓降低5V、10V、15V和20V等幾個(gè)檔，從而達(dá)到降壓節(jié)電的目的。這類產(chǎn)品最大的優(yōu)點(diǎn)是克服了可控硅斬波型產(chǎn)品產(chǎn)生諧波的缺陷，實(shí)現(xiàn)電壓的正弦波輸出，結(jié)構(gòu)和功能都很簡(jiǎn)單，當(dāng)然可靠性也比較高。這種方法也存在一定的技術(shù)缺陷。固定多檔降壓器由于核心部件是一個(gè)多抽頭的變壓器，變壓比是固定的，一般副邊有三到五個(gè)降壓抽頭，分別將5V、10V、15V和20V，一旦接線端固定，降低電壓就是固定值，當(dāng)

19、電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，調(diào)控裝置的輸出電壓也會(huì)上下波動(dòng)，這樣照明的工作電壓處在不穩(wěn)定波動(dòng)狀態(tài)，無(wú)法起到對(duì)電源光的保護(hù)作用。當(dāng)電網(wǎng)電壓高時(shí)，節(jié)電率不是最佳狀態(tài)；而電網(wǎng)電壓低時(shí)，可能出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，造成燈具無(wú)法正常點(diǎn)亮，反而降低燈具壽命，這是這類調(diào)控裝置存在的最大安全缺陷。當(dāng)用電高峰時(shí)，電壓過(guò)低，電器設(shè)備也無(wú)法正常運(yùn)行。接觸器型降壓器這類調(diào)控裝置為了能做到調(diào)控電壓正常啟動(dòng)，并在過(guò)電壓和欠電壓時(shí)跳到旁路（設(shè)備的安全保護(hù)），一般都用的是交流接觸器來(lái)進(jìn)行切換，這是最簡(jiǎn)單和常用的方法。但是，如果用接觸器作為節(jié)電產(chǎn)品的電壓調(diào)控裝置的話，其安全性、可靠性和無(wú)故障工作壽命都不能保障，存在安全隱患，原因如下：第一，交流接觸

20、器的工作原理是用電磁線圈吸合、斷開(kāi)，開(kāi)控制觸頭常開(kāi)或是常閉，屬機(jī)械移動(dòng)部件，只適用于不經(jīng)常動(dòng)作的開(kāi)關(guān)場(chǎng)合。第二，交流接觸器在切換動(dòng)作時(shí)，是機(jī)械的吸合和斷開(kāi)，所以會(huì)有短暫的10-20ms的斷電，我們稱之為“閃斷”，這樣的斷電會(huì)導(dǎo)致HIDL燈（High Intensity Discharged Lamp高壓氣體放電燈）熄滅。這種燈的特性決定，在熄滅以后，必須等到燈管冷卻，蒸汽壓下降后才能再點(diǎn)亮，一般需要5-10min左右，在使用時(shí)，這將是個(gè)嚴(yán)重故障。根據(jù)以上原因，交流接觸器是不能用來(lái)控制照明調(diào)控裝置進(jìn)行頻繁切換的。所以，生產(chǎn)和銷售此類節(jié)能產(chǎn)品的廠家，一般做不到實(shí)時(shí)穩(wěn)定電壓、多時(shí)段調(diào)控等功能，這也就

21、是這類節(jié)能產(chǎn)品的缺點(diǎn)所在。從這兩類節(jié)能產(chǎn)品來(lái)看，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，之所以不能得到大量使用，是因?yàn)槠浔旧矶即嬖诩夹g(shù)缺陷，可控硅型優(yōu)點(diǎn)是，可實(shí)時(shí)精確控制輸出電壓，滿足照明用電的最佳值，缺陷是電壓無(wú)法實(shí)現(xiàn)正弦波輸出，有諧波污染。而自耦降壓型的優(yōu)點(diǎn)正好是能做到電壓正弦波輸出卻不能實(shí)現(xiàn)電壓的自動(dòng)精確控制，只能固定降電壓，不能升壓和穩(wěn)壓，如果能將兩者優(yōu)勢(shì)結(jié)合互補(bǔ)，去除缺陷，就是相對(duì)比較理想的照明節(jié)能產(chǎn)品了。2.1.2 通過(guò)改變路燈系統(tǒng)管理節(jié)能這種節(jié)能方式通過(guò)改變路燈的管理,合理分配路燈的亮滅時(shí)間以達(dá)到節(jié)能的目的地，可以分為：(1)優(yōu)化配電線路路燈節(jié)能的特點(diǎn)是線路較長(zhǎng)，線路上的電流不一定很大。因此我們選擇電纜

22、截面時(shí)適當(dāng)加粗，這樣不僅滿足減少壓降的要求，為增加路燈燈數(shù)留有余量，同時(shí)由于壓降小，線路損耗就小，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，既延長(zhǎng)了整個(gè)系統(tǒng)的壽命，同時(shí)還節(jié)約了電能。(2)后半夜關(guān)閉部分路燈的方法后半夜(約午夜1點(diǎn)至清晨6點(diǎn))路燈采用隔盞關(guān)燈的方法，只需多一套路燈的控制電路，即可實(shí)現(xiàn)。這種方法可節(jié)電約30-50。在電力緊張的情況下，這種方式確實(shí)可以節(jié)約大量電能，但是也只能作為權(quán)宜之計(jì)，因?yàn)椴徽撌恰案粢涣烈?quot;還是“隔二亮一一不僅減小照度，同時(shí)區(qū)別于不同的燈桿布置方式，照度均勻度將不同程度甚至是嚴(yán)重的下降，對(duì)交通、行人安全和社會(huì)治安產(chǎn)生不利影響。上世紀(jì)70年代的世界性能源危機(jī)中，日本曾在道路上進(jìn)行隔

23、盞點(diǎn)燈的試驗(yàn)，結(jié)果導(dǎo)致社會(huì)治安、交通事故的大幅上升。另外，這種方式由于需要在同一路徑上敷設(shè)兩個(gè)路燈供電電纜，也增加了建設(shè)投資。(3)改進(jìn)燈具安裝角度，增強(qiáng)燈罩反射強(qiáng)度目前，快速路上的照明路燈，每盞燈間距約為50m，路燈高約15m，其光線照射范圍約50-60m，照射角度約120°。建議將燈罩向車輛前進(jìn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)20°，并增強(qiáng)燈罩反射強(qiáng)度，改進(jìn)后，光線照射長(zhǎng)度可達(dá)115m，每盞燈的間距就可增大到100m左右。(4)采用時(shí)控和光控調(diào)節(jié)路燈照度時(shí)控節(jié)能方式：以時(shí)間為唯一的開(kāi)關(guān)燈依據(jù)，不論氣象條件如何變化，均只能在規(guī)定時(shí)刻開(kāi)關(guān)燈，隨季節(jié)變化人工干預(yù)調(diào)整開(kāi)關(guān)時(shí)間。光控節(jié)能方式：按光照度的

24、差異來(lái)控制路燈開(kāi)關(guān)。這些節(jié)能方式存在著較為明顯的缺憾。由于不能嚴(yán)格按照室外自然光照度進(jìn)行控制，不僅實(shí)時(shí)性差，故障率高，而且浪費(fèi)嚴(yán)重。另外，傳統(tǒng)控制方式要求人不離崗，及時(shí)控制燈光的開(kāi)啟和關(guān)閉，由于人工控制誤差而造成電能浪費(fèi)很是驚人。比如采用定時(shí)器控制方式時(shí)，由于一年四季的時(shí)差，要經(jīng)常對(duì)定時(shí)器進(jìn)行人工調(diào)整，從夏至到冬至，日出時(shí)間推遲、日落時(shí)間提前；從冬至到夏至，日出時(shí)間提前、日落時(shí)間推遲，據(jù)此天氣現(xiàn)象，要求路燈開(kāi)關(guān)時(shí)間根據(jù)日出日落時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。這樣不僅消耗大量人力資源，還可能由于調(diào)整不及時(shí)而造成浪費(fèi)。2.2 路燈節(jié)能方案概述照明調(diào)控裝置采用微電腦控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集輸出、輸入電壓信號(hào)與最佳照明電壓比

25、較，通過(guò)計(jì)算進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而保證輸出最佳的照明系統(tǒng)工作電壓，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)優(yōu)化電力質(zhì)量，節(jié)約照明用電針對(duì)電網(wǎng)電壓偏高和波動(dòng)等現(xiàn)象，調(diào)控裝置可根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，實(shí)時(shí)在線調(diào)控輸出最佳照明工作電壓，并能將其穩(wěn)定在士2以內(nèi)，有效提高電力質(zhì)量，從而達(dá)到節(jié)電10-40的效果。并且可以根據(jù)用戶實(shí)際的照明需求，調(diào)控裝置還可通過(guò)程序進(jìn)行多時(shí)段節(jié)能電壓設(shè)置，從而滿足用戶不同光源、不同時(shí)間的需求，實(shí)現(xiàn)最佳照明狀態(tài)和最大節(jié)電率。(2)軟啟動(dòng)、慢斜坡影響電光源壽命的一個(gè)重要因素是，啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)電流和電壓對(duì)光源的沖擊。為了有效的降低電流沖擊和提高燈的壽命，在國(guó)外高檔燈具產(chǎn)品中，要求燈具有軟啟動(dòng)功能。智能調(diào)控裝

26、置能夠?qū)崿F(xiàn)燈具的軟啟動(dòng)和慢斜坡控制過(guò)程。燈具在啟動(dòng)時(shí)，采用低壓軟啟動(dòng)，充分預(yù)熱。該過(guò)程可減少40的啟動(dòng)電流沖擊，有效提高光源壽命。在調(diào)壓、穩(wěn)壓的過(guò)程中，智能調(diào)控裝置采用慢斜坡方式，讓電壓在設(shè)定時(shí)間內(nèi)緩慢過(guò)渡，保證光源不受電壓、電流波動(dòng)的沖擊，從而降低光源損壞，延長(zhǎng)使用壽命。(3)實(shí)時(shí)控壓、控流在電流波動(dòng)很大的地方，如電氣設(shè)備比較多的廠區(qū)，一分鐘內(nèi)的電流波動(dòng)達(dá)到士15：路燈后半夜的供電電壓也會(huì)達(dá)到250V。智能調(diào)控裝置高穩(wěn)定的最佳照明電壓，能夠延長(zhǎng)電光源壽命2-4倍，減少照明運(yùn)行、維護(hù)成本30-50。2.3 路燈節(jié)能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制信號(hào)流程圖如圖2-1所示。圖2-1 智能控制器信號(hào)流程圖系統(tǒng)

27、工作時(shí)通過(guò)設(shè)置在路面的光傳感器檢測(cè)路面光照狀況，并送入控制器，控制器判斷路燈照明系統(tǒng)是否需要起動(dòng)。如果需要，則控制功率變換單元完成路燈系統(tǒng)的軟起動(dòng)。路燈系統(tǒng)起動(dòng)后，設(shè)置在路面的噪聲傳感器檢測(cè)路面交通的實(shí)時(shí)噪聲狀況，送入控制器控制功率變換器，改變路燈電壓，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)節(jié)能的目的。2.3.1 可變電抗器可變電抗器由可變電抗變換器和功率變換器構(gòu)成，是對(duì)傳統(tǒng)電抗器的一次結(jié)構(gòu)性創(chuàng)新。它在傳統(tǒng)電抗器中引入了二次線圈，二次線圈與電力電子功率變換器連接。通過(guò)控制器控制電力電子功率變換器，改變可變電抗變換器二次側(cè)的電流，從而改變可變電抗變換器的一次側(cè)的電流，當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，即實(shí)現(xiàn)可變電抗器阻抗的改變。可變電抗

28、變換器的一次繞組直接與路燈負(fù)載相接，在變換器中增加二次線圈，將二次線圈與功率變換器以及控制器連接。通過(guò)控制器與電力電子功率變換單元來(lái)控制可變電抗器的二次繞組，達(dá)到改變可變電抗變換器一次阻抗的目的，進(jìn)而改變路燈的輸入電壓，使路燈既可實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)又可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。功率變換單元由電力電子功率器件、觸發(fā)控制器、信號(hào)檢測(cè)與處理器等組成。通過(guò)對(duì)晶閘管控制角的調(diào)整來(lái)控制可變電抗變換器二次線圈電流的大小，進(jìn)而使得路燈的端電壓發(fā)生變化來(lái)改變路燈的照明亮度，它的基本工作原理如圖2-2所示。圖2-2 功率變換單元工作原理圖如圖2-2所示，觸發(fā)裝置收到來(lái)自于智能控制器的控制信號(hào)，觸發(fā)板輸出脈沖信號(hào)則使功率變換單元按要

29、求改變晶閘管的導(dǎo)通情況。晶閘管的導(dǎo)通情況不同直接決定了可變電抗變換器二次線圈的電壓或電流發(fā)生變化，由于電磁感應(yīng)，使電抗器一次側(cè)電抗值發(fā)生變化(即可變電抗變換器)，進(jìn)而改變路燈的輸入電壓，使路燈不僅可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，也可以按要求進(jìn)行自行調(diào)壓控制其照度。2.3.2 控制器控制器通過(guò)對(duì)采集信號(hào)的處理，輸出實(shí)時(shí)需要的控制信號(hào)。與控制器相連的傳感器有光學(xué)傳感器和聲學(xué)傳感器兩種，光線的明暗經(jīng)過(guò)光學(xué)傳感器轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，控制器通過(guò)對(duì)該信號(hào)的處理輸出對(duì)路燈是否開(kāi)啟或關(guān)斷的控制決策；而現(xiàn)場(chǎng)的聲音情況通過(guò)聲學(xué)傳感器的采集和處理也得到相應(yīng)的模擬信號(hào)，將此信號(hào)輸入至控制器中，由控制器依據(jù)模糊控制算法來(lái)調(diào)整路燈的輸入電壓

30、，將路燈的照度與實(shí)時(shí)街道上人車流量相對(duì)應(yīng)，使其亮度效果達(dá)到最佳。2.4 本章小結(jié)本章為路燈節(jié)能控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，介紹了總體結(jié)構(gòu)，并對(duì)每一部分的構(gòu)成及功能做了簡(jiǎn)單介紹。系統(tǒng)核心為控制器和可變電抗器?？刂破髦饕M(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)可變電抗器給予控制信號(hào)；可變電抗器通過(guò)改變一次側(cè)電抗實(shí)現(xiàn)路燈調(diào)壓。3 路燈節(jié)能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本章為路燈節(jié)能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分為控制器的設(shè)計(jì)和可變電抗器的設(shè)計(jì)?？刂破鞑捎昧松舷挛粰C(jī)的形式，主要功能有人機(jī)交互設(shè)備和電壓過(guò)零檢測(cè)等；可變電抗器設(shè)計(jì)包括晶閘管同步觸發(fā)控制以及電流檢測(cè)過(guò)流保護(hù)等；最后還介紹了系統(tǒng)的供電電路，這些構(gòu)成了智能控制系統(tǒng)的硬件部分。3.1 系統(tǒng)硬

31、件總體劃分整個(gè)系統(tǒng)可以分為傳感器、控制器、可變電抗器和路燈四個(gè)部分。系統(tǒng)硬件總體框圖如圖3-1所示。圖3-1 系統(tǒng)硬件總體框圖硬件系統(tǒng)的工作原理為：光電傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成模擬電信號(hào)，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換后送入控制器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開(kāi)啟和關(guān)閉；噪聲信號(hào)通過(guò)噪聲傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通過(guò)模糊控制算法實(shí)時(shí)處理交通流量信息，調(diào)節(jié)路燈照度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。3.2 控制器總體設(shè)計(jì)控制器硬件主要由噪聲傳感器、光學(xué)傳感器、信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路和微處理器組成，其工作原理為：光電式傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)路面光照度，并將其轉(zhuǎn)變成模擬電信號(hào)，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換送入CPU，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開(kāi)啟和關(guān)閉。噪聲傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)路面交通噪聲信號(hào)大小，并將其轉(zhuǎn)變成模擬

32、電信號(hào)，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后送入CPU，通過(guò)模糊控制算法實(shí)時(shí)處理人車流量信息，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)弱度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備功能的實(shí)現(xiàn)是軟硬件的結(jié)合。整個(gè)系統(tǒng)分為上下位機(jī)，上位機(jī)主要功能是人機(jī)交互設(shè)備如LCD、鍵盤以及部分輔助芯片如日歷時(shí)鐘芯片，其控制器CPU選擇的是PHILIPS公司的P89LPC938；下位機(jī)主要用于對(duì)晶閘管同步觸發(fā)控制，通過(guò)單片機(jī)89S52調(diào)整晶閘管調(diào)壓控制電路。上下位機(jī)因?yàn)槎际菃纹瑱C(jī)通訊而且距離非常的近，因?yàn)樵谕粋€(gè)設(shè)備箱里面，所以我們選擇TTL電平直接串行口通訊。3.3 控制器上位機(jī)設(shè)計(jì)方案上位機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交換的功能，由單片機(jī)P89LPC938、液晶顯示模塊電路、按鍵模塊電

33、路、時(shí)鐘日歷芯片外圍電路等組成。3.3.1 P89LPC938簡(jiǎn)介P89LPC938是一款單片封裝的微控制器，含有多種低成本的封裝形式。它采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時(shí)間只需2到4個(gè)時(shí)鐘周期。6倍于標(biāo)準(zhǔn)80C51器件P89LPC938集成了許多系統(tǒng)級(jí)的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目和電路板面積并降低系統(tǒng)的成本。P89LPC938的主要特性有：(1)8KB字節(jié)可擦除Flash程序存儲(chǔ)器，具有1KB扇區(qū)和64字節(jié)頁(yè)。單字節(jié)擦除特性使得任何字節(jié)都可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。(2)256字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。512字節(jié)附加片內(nèi)RAM。(3)512字節(jié)片內(nèi)用戶數(shù)據(jù)EEPROM存儲(chǔ)區(qū)，可用來(lái)存放器件序列

34、碼及設(shè)置參數(shù)等。(4)2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器(每一個(gè)定時(shí)器均可設(shè)置為溢出時(shí)觸發(fā)相應(yīng)端口輸出或作為PWM輸出)，23位的系統(tǒng)定時(shí)器可用作實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)。(5)增強(qiáng)型UART。具有波特率發(fā)生器、間隔檢測(cè)、幀錯(cuò)誤檢測(cè)和自動(dòng)地址檢測(cè)功能。400kHz字節(jié)方式12C通信端口和SPI通信端口。(6)捕獲/比較單元(CCU)提供PWM，輸入捕獲和輸出比較功能。(7)選擇片內(nèi)高精度RC振蕩器時(shí)不需要外接振蕩器件。可選擇RC振蕩器選項(xiàng)并且其頻率可進(jìn)行很好的調(diào)節(jié)。(8)VDD操作電壓范圍為2.4-3.6V。I/O口可承受5V(可上拉或驅(qū)動(dòng)到5.5V)。(9)28腳TSSOP、PLCC和HVQFN封裝。最少23個(gè)

35、I/O口，選擇片內(nèi)振蕩和片內(nèi)復(fù)位時(shí)可多達(dá)26個(gè)I/O口。P89LPC938的其他特性：(1)當(dāng)操作頻率為18MHz時(shí)，除乘法和除法指令外，高速80C51CPU的指令執(zhí)行時(shí)間為1llns222ns。同一時(shí)鐘頻率下，其速度為標(biāo)準(zhǔn)80C51器件的6倍。只需要較低的時(shí)鐘頻率即可達(dá)到同樣的性能，這樣無(wú)疑降低了功耗和EMI。(2)串行Flash在電路編程(ICP)可通過(guò)商用EPROM編程器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的編程。Flash保密位可防止程序被讀出。(3)串行Flash在系統(tǒng)編程(ISP)可實(shí)現(xiàn)已固定在最終應(yīng)用上的器件的編程。(4)Flash程序存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用中編程。這允許在程序運(yùn)行時(shí)改變代碼。(5)看門狗定時(shí)器

36、具有片內(nèi)獨(dú)立振蕩器，無(wú)需外接元件?？撮T狗定時(shí)器溢出時(shí)間有8種選擇。(6)低電壓復(fù)位(掉電檢測(cè))可在電源故障時(shí)使系統(tǒng)安全關(guān)閉。該功能也可配置為一個(gè)中斷。(7)空閑和兩種不同的掉電節(jié)電模式。提供從掉電模式中喚醒功能(低電平中斷輸入喚醒)。典型的掉電電流為l(比較器關(guān)閉時(shí)的完全掉電狀態(tài))。(8)低電平復(fù)位。使用片內(nèi)上電復(fù)位時(shí)不需要外接元件。復(fù)位計(jì)數(shù)器和復(fù)位干擾抑制電路可防止虛假和不完全的復(fù)位。另外還提供軟件復(fù)位功能。(9)可配置的片內(nèi)振蕩器，其頻率可通過(guò)用戶可編程Flash配置位進(jìn)行選擇。RC振蕩器選項(xiàng)支持的頻率范圍為20KHz18MHz。(10)振蕩器失效檢測(cè)?？撮T狗定時(shí)器具有獨(dú)立的片內(nèi)振蕩器，因

37、此它可用于振蕩器的失效檢測(cè)。(11)可編程IO口輸出模式：準(zhǔn)雙向口，開(kāi)漏輸出，推挽和僅為輸入功能。(12)端口“輸入模式匹配”檢測(cè)。當(dāng)P0口管腳的值與一個(gè)可編程的模式匹配或者不匹配時(shí)，可產(chǎn)生一個(gè)中斷。3.3.2 人機(jī)接口模塊電路(1)日歷時(shí)鐘芯片DSl302及其電路DSl302是美國(guó)DALLS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)，且有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)2.5V-5.5V。采用三線接口與CPU同步通信，并采用突發(fā)方式一次轉(zhuǎn)送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。內(nèi)部有一個(gè)31*8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器，有主電源后備電源雙電源引腳，

38、提供了對(duì)后備電源涓細(xì)電流充電能力。DSl302控制字說(shuō)明DSl302控制字如表3.1所示?？刂谱止?jié)最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果為0，不能把數(shù)據(jù)寫入DSl302中，位6如果為0，表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)：位5至位1指示操作單元地址；最低有效位(位O)如為0表示寫操作，為l表示讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開(kāi)始輸出。表3.1 DS1302控制字節(jié)含義DSl302數(shù)據(jù)輸入輸出：控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被寫入DSl302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開(kāi)始。緊跟8位的控制指令字后下一個(gè)SCLK脈沖下降沿讀出DSl302數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)是從低位0至高位7.DSl30

39、2寄存器：DSl302共有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。DSl302與LPC938接線電路圖如圖3-2所示。圖3-2 DSl302與LPC938接線電路DSl302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類，一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位字節(jié)，命令控制字為COH-FDH，奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下一次讀寫所有RAM31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。DSl302在系統(tǒng)中的硬件電路：DSl302與LPC938連接僅需三條線，即SCLK(7)、IO(6)、RST(5)。(2)液晶顯示模

40、塊電路內(nèi)藏控制器的點(diǎn)陣式液晶圖形顯示模塊，是目前很受歡迎的一類產(chǎn)品，內(nèi)藏控制器的點(diǎn)陣式液晶圖形顯示模塊的核心就是該顯示模塊內(nèi)部自帶的專用控制器。液晶顯示接口電路如下圖3-3所示。液晶顯示選用在3V電壓下工作的自帶控制器的點(diǎn)陣式液晶圖形顯示模塊MOBl2007，它具有體積小，厚度僅為2mm，價(jià)格低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于數(shù)字化儀表、便攜式儀表、及智能化家電和嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，它的核心是其內(nèi)部自帶的專用控制器KS0713。圖3-3 單片機(jī)與液晶模塊連接電路原理圖三星公司的KS0713，它是一種小型的大規(guī)模集成并帶有驅(qū)動(dòng)器和控制器的點(diǎn)陣型液晶模塊。它的外觀尺寸為42mmx39mm，有29個(gè)外部引

41、腳。它直接受單片機(jī)控制，接收8位串行或并行數(shù)據(jù)，同時(shí)可將數(shù)據(jù)顯示，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在模塊中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中(DDRAM)。其中部分如圖上管腳必須外接l以上的外擴(kuò)電容，否則可能造成晶片損壞。(3)控制面板按鍵設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的人機(jī)接口按鍵輸入模塊，共設(shè)置了8個(gè)按鍵，面板上有“試燈”、“設(shè)定"、“運(yùn)行”、“菜單”、“確認(rèn)”、“”、“V”、“選擇”八個(gè)按鍵。鍵盤硬件是由八個(gè)按鍵組成的開(kāi)關(guān)矩陣，當(dāng)鍵盤上沒(méi)有鍵閉合時(shí)，所有列線c1、c2、c3、c4都為高電平，當(dāng)鍵盤上某一個(gè)鍵閉合時(shí)，則該鍵所對(duì)應(yīng)的行線和列線短路。例如鍵盤key6-handler的鍵按下閉合時(shí)，行線R2列線C2短接，此時(shí)C2的電平由R2的電

42、位決定，若R2=0則C2=0，把行線R1、R2接到單片機(jī)的P1.6、P1.5口，在單片機(jī)控制下，依次使行線Ri(i=1，2)為低電平(0)，而另外一根行線為高電平(1)，并且不停的讀列線狀態(tài)，如果讀出Cj(j=1、2、3、4)為低電平，則該列線。Ri和Cj相交的那個(gè)鍵被按下閉合。3.4 上下位機(jī)串口通訊串行通信是數(shù)據(jù)通信的主要方式之一。由于其連線少、成本低，再加上有調(diào)制解調(diào)功能因而特別適合于距離較遠(yuǎn)而且通信點(diǎn)較多的場(chǎng)合。這種通信方式是一種使用相當(dāng)廣泛的通信方式，其速度雖然沒(méi)有并行通信那樣快，可是配線數(shù)少，容易實(shí)現(xiàn)。常用的串行通信標(biāo)準(zhǔn)有：RS232、RS422、RS485、USB等。他們的主要區(qū)

43、別在于傳輸距離和穩(wěn)定性方面。上下位機(jī)串口通訊結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖，如圖3-4所示。圖3-4 上下位機(jī)串口通訊結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)由于上位機(jī)和下位機(jī)都是在一個(gè)箱體內(nèi)，距離非常近，所以我們直接選用兩個(gè)單片機(jī)之間直接用TTL電平通信，硬件上非常簡(jiǎn)單，只要把兩個(gè)單片機(jī)的TXDRXD交叉互連，共地即可。此外兩個(gè)單片機(jī)之間通訊，用的是串口工作方式3，設(shè)定SMO、SMI為11，這方式是9位異步通信，主要適用于多機(jī)通信。在方式3下，數(shù)據(jù)由TXD發(fā)送RXD接收，1幀數(shù)據(jù)為n位，l位起始位(低電平)，8位數(shù)據(jù)位(低位在前)，l位可編程位(第9位數(shù)據(jù)，用作奇偶校驗(yàn)或地址數(shù)據(jù)選擇)，l位停止位(高電平)。3.5 智能控制器下位機(jī)設(shè)計(jì)

44、方案下位機(jī)由89S52單片機(jī)作為控制器，包括過(guò)零檢測(cè)電路、電流檢測(cè)保護(hù)電路等幾部分組成。3.5.1 下位機(jī)控制器89S52介紹AT89S52是一種低功耗、高性能的含有8K字節(jié)快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造，并且與AT89S52指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。芯片上的FPEROM允許在線或采用通用的非易失存儲(chǔ)編程器對(duì)程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。AT89S52的主要性能包括：(1)與MCS52微控制器產(chǎn)品系列兼容；(2)片內(nèi)有8K字節(jié)的可在線重復(fù)編程快閃

45、擦寫存儲(chǔ)器(Flash Memory)；(3)編程所需的所有時(shí)序和電壓，均不需外部電路供給；(4)存儲(chǔ)器可循環(huán)寫入/擦除1000次：(5)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保存時(shí)間為1年；(6)寬工作電壓范圍，可由2.7V到6V；(7)全靜態(tài)工作，可由0Hz到16MHz：(8)程序存儲(chǔ)器具有3級(jí)鎖存保護(hù)； (9)128X8位內(nèi)部RAM；(10)32條可編程I/O線；(11)三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；(12)中斷結(jié)構(gòu)具有5個(gè)中斷源和2個(gè)優(yōu)先級(jí)；(13)可編程全雙工串行通道；(14)空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保護(hù)存儲(chǔ)內(nèi)容。AT89S52內(nèi)部有256個(gè)字節(jié)的RAM，地址范圍是00H-FFH，但實(shí)際提供給用戶使用的只有128

46、個(gè)字節(jié)(00H-7FH)，另128個(gè)字節(jié)(80H-FFH)是特殊寄存器區(qū)。除ROM和RAM外，芯片內(nèi)部還有三個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。在本系統(tǒng)中定時(shí)器T0用來(lái)計(jì)時(shí)，定時(shí)器T1用來(lái)做波特率發(fā)生器。時(shí)鐘電路采用12M晶振。89S52是下位機(jī)的控制中心，它接受并解釋上位機(jī)P89LPC935發(fā)送過(guò)來(lái)的操作命令，對(duì)與其有相關(guān)連線路的外圍芯片進(jìn)行相應(yīng)的控制。主要功能包括P89LPC935的通信，從過(guò)零檢測(cè)電路得到同步觸發(fā)控制信號(hào)產(chǎn)生中斷，向晶閘管發(fā)出控制代碼輸出需要的電壓值。3.5.2 過(guò)零檢測(cè)電路過(guò)零檢測(cè)電路用于對(duì)電源電壓的過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，以便對(duì)晶閘管進(jìn)行同步觸發(fā)控制。交流電壓過(guò)零檢測(cè)電路如圖3-5所示

47、。圖3-5 過(guò)零檢測(cè)電路輸入交流電壓為來(lái)自變壓器初級(jí)的220V電源信號(hào)。通過(guò)一個(gè)200k的電阻限制之后接到2個(gè)光電耦合器的輸入端，故通過(guò)光電耦合器輸入端的電流最大為15mA，從而保證了光電耦合器的可靠工作。2個(gè)光電耦合器以反向并聯(lián)的方式相連，以分別檢測(cè)輸入交流電壓的正半波和負(fù)半波。工作時(shí)，變壓器初級(jí)的220V交流電壓經(jīng)電阻R1限流后直接加到2個(gè)反向并聯(lián)的光電耦合器GD l、GD2的輸入端。在交流電源的正、負(fù)半周，GD l和GD2分別導(dǎo)通，C0輸出低電平；在交流電源J下弦波過(guò)零的瞬間，GDI和GD2均不導(dǎo)通，CO輸出高電平。該脈沖信號(hào)經(jīng)非門整形后作為單片機(jī)的中斷請(qǐng)求信號(hào)和晶閘管的過(guò)零同步信號(hào)在交

48、流電壓的過(guò)零點(diǎn)，在/INT0輸出端產(chǎn)生負(fù)脈沖送到單片機(jī)的外部中斷輸入端/INTO，請(qǐng)求外部中斷。同時(shí)，過(guò)零信號(hào)通過(guò)兩個(gè)反相器之后產(chǎn)生正脈沖，送到晶閘管調(diào)壓控制電路的74LS273和74LS74中去作為時(shí)鐘信號(hào)，使74LS273和74LS74鎖存來(lái)自單片機(jī)的信號(hào)，以便去觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管。3.5.3 電流檢測(cè)電路和過(guò)流保護(hù)下位機(jī)同時(shí)對(duì)三相電流檢測(cè)，首先通過(guò)電流互感器降壓、整流、濾波、電壓比較最后確定是否過(guò)流信號(hào)，電流檢測(cè)電路如圖3.8所示。三組只要有一組LM339輸出信號(hào)為高電平，那么經(jīng)過(guò)一個(gè)74LS27的三相或非門，在/INT1輸出端產(chǎn)生負(fù)脈沖送到單片機(jī)的外部中斷輸入端/INT1，請(qǐng)求外部中斷。

49、當(dāng)過(guò)電流倍數(shù)達(dá)到或超過(guò)設(shè)定值，并且持續(xù)時(shí)間達(dá)到設(shè)定的動(dòng)作時(shí)間時(shí)，89S52控制器通過(guò)P1.5口立刻進(jìn)行過(guò)流故障處理、閉合旁路、斷開(kāi)主路，同時(shí)顯示過(guò)流狀態(tài)。下次開(kāi)燈時(shí)間之前，若過(guò)流故障消失，節(jié)電控制器會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常工作。3.5.4 A/D和DA轉(zhuǎn)換電路信號(hào)檢測(cè)模塊輸出的是模擬信號(hào)，必須經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量，才能完成信號(hào)的采集，所以設(shè)計(jì)中采用A/D轉(zhuǎn)換電路完成這一信號(hào)轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器是A/D轉(zhuǎn)換電路的核心，本設(shè)計(jì)中采用的是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的12位串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543。TLC2543是CMOSl2位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。它有三個(gè)輸入端和一個(gè)三態(tài)輸出端：片選(CS)、輸入/輸

50、出時(shí)鐘(I/O CLK)、地址輸入(ADDRESS)和數(shù)據(jù)輸出(DATAOUT)。這樣通過(guò)一個(gè)直接的四線接口與主處理器通信。片內(nèi)含有14通道多路選擇器可以選擇11個(gè)輸入中的任何一個(gè)或三個(gè)內(nèi)部自測(cè)試電壓中的一個(gè)。片內(nèi)設(shè)有自動(dòng)采樣保持電路。系統(tǒng)時(shí)鐘由片內(nèi)產(chǎn)生并與I/O CLK同步。片內(nèi)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)使器件具有高速(10us轉(zhuǎn)換時(shí)間)、高精度(12位分辨率、最大±1LSB線性誤差)和低噪聲的特點(diǎn)。在本系統(tǒng)中，為了防止工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾，采用了光電隔離電路切斷了處理器與模擬量輸入通道(包括傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路)之間的電氣聯(lián)系。設(shè)計(jì)中使用光電耦合器6N137對(duì)TLC2543和單片機(jī)之間

51、的線路進(jìn)行光電隔離，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。圖3-6 A/D轉(zhuǎn)換電路TLC2543所需參考電壓由REF+和REF-接入，一般地，REF+接TLC2543的5V電壓端，REF-接地。為了減小電源的擾動(dòng)對(duì)參考電壓的影響，提高AD轉(zhuǎn)換的精確度，設(shè)計(jì)中采用了以可調(diào)分流基準(zhǔn)芯片TL431為核心的精密5V穩(wěn)壓電路，為TLC2543提供準(zhǔn)確的參考電壓。德州儀器公司(TI)生產(chǎn)的TLC2431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從(2.5V)到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓

52、表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開(kāi)關(guān)電源等等。TL431的3個(gè)引腳分別為：陰極(CATHODE)、陽(yáng)極(ANODE)和參考端(REF)。TLC2431的內(nèi)部含有一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在REF端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過(guò)從陰極到陽(yáng)極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。當(dāng)圖中所示兩個(gè)精密電阻R25和R26的阻值確定時(shí)，兩者對(duì)湯的分壓引入反饋，若Vo增大，反饋量增大，TL431的分流也就增加，從而又導(dǎo)致場(chǎng)下降。顯見(jiàn)，這個(gè)深度的負(fù)反饋電路必然在VI等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定，此時(shí)。當(dāng)R25=R26時(shí)，Vo=5V，即可為TLC2543提供精確的電壓基準(zhǔn)。當(dāng)處理器完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理，提供控制信號(hào)給觸發(fā)控制模塊時(shí)，該信

53、號(hào)必須為模擬信號(hào)，所以必須進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)采用TI公司生產(chǎn)的12位串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC5615。TLC5615是一個(gè)串行10位DAC芯片，性能優(yōu)于早期電流性輸出的DAC。只需要通過(guò)3跟串行總線就可以完成l0位數(shù)據(jù)的串行輸入，易于和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器或微控制器接口。其主要特點(diǎn)如下：(1)單5V電源工作；(2)3線串行接口；(3)DAC輸出的最大電壓為2倍基準(zhǔn)輸入電壓：(4)轉(zhuǎn)換速率快，更新率為1.21MHz。TLC5615轉(zhuǎn)換輸出為0-5V直流電壓，為把該輸出電壓轉(zhuǎn)化為0-10V直流電壓，使用運(yùn)算放大器LM324組成同相比例放大電路，經(jīng)比例放大后，由U0端輸出0-10V直流信號(hào)，輸出給功

54、率變換單元作為該模塊的給定信號(hào)。3.5.5 開(kāi)關(guān)量電路開(kāi)關(guān)量電路包括開(kāi)關(guān)量輸入電路和開(kāi)關(guān)量輸出電路，主要用于接受各設(shè)備狀態(tài)信號(hào)和工作人員的操作命令和控制微型繼電器，開(kāi)關(guān)量輸入/輸出電路原理圖如圖3-7所示。(a) 開(kāi)關(guān)量輸入電路原理(b) 開(kāi)關(guān)量輸出電路原理圖圖3-7 開(kāi)關(guān)量輸出電路原理圖圖3-7中，圖(a)為開(kāi)關(guān)量輸入電路。開(kāi)關(guān)量輸入電源由+24V直流電源提供。輸入的開(kāi)關(guān)量IN1通過(guò)光耦TLP521隔離后由DI端輸送到微處理器，微處理器根據(jù)輸入開(kāi)關(guān)量進(jìn)行相應(yīng)的操作。圖中R35為限流電阻，取值為2K。圖3-7中，圖(b)為開(kāi)關(guān)量輸出電路。開(kāi)關(guān)量輸出電路中的I/O并不足以直接驅(qū)動(dòng)繼電器，因此需要

55、經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使輸出的驅(qū)動(dòng)電壓、電流能夠適應(yīng)繼電器的要求。還需要解決在負(fù)載動(dòng)作時(shí)，對(duì)電源的干擾以及斷開(kāi)電流時(shí)線圈電感在線圈兩端產(chǎn)生的極高的感應(yīng)電壓等問(wèn)題。所以，設(shè)計(jì)使用了光電耦合器TLP521進(jìn)行了光電隔離，輸出信號(hào)通過(guò)控制三級(jí)管的開(kāi)關(guān)來(lái)控制繼電器的狀態(tài)。同時(shí)，在繼電器線圈兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，使繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流由二極管流過(guò)，從而使三極管得到保護(hù)。在繼電器的觸點(diǎn)加入阻容消弧電路，用以消除繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)使產(chǎn)生的電弧。3.6 功率變換單元與觸發(fā)電路設(shè)計(jì)3.6.1 功率變換單元設(shè)計(jì)智能路燈節(jié)電器功率變換單元主要由晶閘管組成，通過(guò)對(duì)晶閘管控制角的調(diào)整來(lái)控制可變電抗變換器二次線圈電流的大小，進(jìn)而使得路燈的端電壓發(fā)生變化來(lái)改變路燈的照明亮度。功率變換單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3-8所示。圖3-8 功率變換單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖3-9 晶閘管交流調(diào)壓電路晶閘管交流調(diào)壓電路如圖3-9所示。a0、b0、c0、NO分別與可變電抗變換器低壓側(cè)連接，當(dāng)路燈開(kāi)始起動(dòng)時(shí)，電網(wǎng)三相交流電經(jīng)可變電抗變換器高壓側(cè)(即AX、BY、CZ)后達(dá)路燈，可變電抗器低壓側(cè)線圈將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，三相低壓繞組相當(dāng)于三相電源。交流調(diào)壓原理就是，在交流電源和負(fù)載之間，用兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)后串