一種智能變壓路燈節(jié)能系統(tǒng)的研究

1、一種智能變壓路燈節(jié)能系統(tǒng)的研究論文摘要：路燈照明能耗問題已經(jīng)越來越為政府及各大工礦業(yè)企業(yè)所重視，成為國(guó)家十二五;規(guī)劃節(jié)能戰(zhàn)略中的重要內(nèi)容，本文設(shè)計(jì)了一種智能變壓路燈節(jié)電控制系統(tǒng)，通過單片機(jī)控制單元變壓器抽頭的切換以控制負(fù)載上輸出電壓，到達(dá)節(jié)電控制要求，通過此方案可以做到節(jié)電30%左右，為了提高系統(tǒng)的使用，設(shè)計(jì)了過壓或欠壓故障報(bào)警等模塊。論文關(guān)鍵詞：路燈照明,節(jié)能控制系統(tǒng),智能變壓1.引言國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新發(fā)布2021年全國(guó)相關(guān)統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示：2021年全年我國(guó)工業(yè)照明耗電量高達(dá)1748.2億度，相當(dāng)于三峽水利發(fā)電工程年發(fā)電量840億度的2.08倍多。在市政開支極度緊張的今天，國(guó)內(nèi)絕大局部的城市和地區(qū)

2、幾乎都采用了日本等國(guó)家在七十年代就已經(jīng)拋棄的路燈隔一盞關(guān)燈的省錢方法，不僅導(dǎo)致了路面照度分布不均，給治安及交通平安埋下了隱患，而且不能防止后半夜電網(wǎng)電壓的升高對(duì)路燈壽命的減損，因此不能稱作真正意義的節(jié)能，目前興旺國(guó)家正在討論的是恰到好處的照度水平;。供電系統(tǒng)中，為防止送電過程中的線路損耗和用電頂峰時(shí)造成末端電壓過低，供電部門均采用較高電壓進(jìn)行傳輸，因此路燈承受電壓多高于燈具的額定電壓。據(jù)調(diào)查我國(guó)小型城市晚上21：00后，大中城市00：00以后道路上幾乎空無一人，從而造成了人少車稀燈更亮;的不合理情況。本文設(shè)計(jì)了一種智能變壓路燈節(jié)電控制系統(tǒng)，詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，通過實(shí)際驗(yàn)證，該路燈

3、節(jié)電控制系統(tǒng)可以做到節(jié)電30%左右，考慮到路燈供電系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定，還設(shè)計(jì)了過壓或欠壓故障報(bào)警等模塊。2.路燈節(jié)電控制系統(tǒng)硬件組成智能變壓路燈節(jié)電控制系統(tǒng)的硬件局部如圖1，其變壓器一次側(cè)分三個(gè)抽頭，一次側(cè)輸入AC220V，二次側(cè)輸出分別為42.3V、25.9V、18.3V。一共分三級(jí)降壓，分別由接觸器KM、KM和KM控制，可通過單片機(jī)控制特定的接觸器到達(dá)控制輸出電壓的目的。其中，QF為空氣開關(guān)，起過載和短路保護(hù)作用，K為旁路開關(guān)，K為節(jié)電開關(guān)，KM、KM和KM為接觸器主觸頭；采用接觸器或固態(tài)繼電器來控制變壓器原邊抽頭調(diào)節(jié)負(fù)載電壓，能夠保證調(diào)壓時(shí)不停電：PT和PT分別為一次電壓檢測(cè)和負(fù)載電壓檢測(cè)

4、傳感器，CT為一次電流檢測(cè)傳感器，根據(jù)輸入電壓檢測(cè)結(jié)果調(diào)節(jié)電壓輸出，液晶顯示電壓、電流和功率狀態(tài)。面板上裝有節(jié)電和旁路的選擇開關(guān)，以及狀態(tài)指示燈，指示故障、旁路和節(jié)電等狀態(tài)。裝置設(shè)計(jì)有溫度檢測(cè)裝置，當(dāng)溫度到達(dá)一定時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)扇，溫度再高，那么Kl閉合，路燈裝置旁路工作。圖1智能變壓路燈節(jié)電控制系統(tǒng)電路圖單片機(jī)選用AT89S52，其內(nèi)含256個(gè)字節(jié)的RAM、32條I/O線、3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，且自帶8K的電擦除EEPROM用以保存控制程序，用ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流電壓由模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘是單片機(jī)的ALE經(jīng)D觸發(fā)器控制口，由P2.7WRRD和或非門組成的標(biāo)準(zhǔn)控制電路，

5、結(jié)果輸出采用延時(shí)方式延時(shí)大約為180us。單片機(jī)的P0口與ADC0809的輸出端口連接，讀取A/D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。AT89系列單片機(jī)是美國(guó)ATMEL半導(dǎo)體公司在二十世紀(jì)八十年代將Flash與80C51核相結(jié)合開發(fā)出來的，該系列單片機(jī)和MCS-51在內(nèi)部功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。由于AT89系列單片機(jī)繼承了MCS-51的原有功能，內(nèi)部含有大容量的Flash存儲(chǔ)器，又增加了新的功能，如看門狗定時(shí)器WDT、ISP可在線編程及SPI串行接口技術(shù)等，AT89S52是在AT89C51、AT89C52根底上改良的。AT89S52的工作電源為4.05.5V，單一+5V電源供電，最高工作頻率為33MHz

6、。AT89S52單片機(jī)在路燈線路中采集進(jìn)來的高電壓/電流，經(jīng)過二次霍爾傳感器降為較低的電壓/電流信號(hào)，將其都轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)05v，之后經(jīng)過帶通濾波器和二級(jí)低通濾波器，讓工頻50赫茲左右的信號(hào)通過并濾除10次以上的諧波和高頻干擾，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，將信號(hào)變?yōu)锳T89S52所能處理的5V之內(nèi)，這些由外圍電路實(shí)現(xiàn)。3.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)各元器件之間能夠合理傳輸信息，并對(duì)信息進(jìn)行處理，還需要對(duì)硬件電路進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。當(dāng)空氣開關(guān)QF合上，經(jīng)緯定時(shí)開關(guān)啟動(dòng)閉合，路燈節(jié)電裝置開始檢測(cè)電壓。如果輸入電壓U大于260V或小于180V，裝置斷電保護(hù)，報(bào)警過壓或欠壓故障，否那么裝置立即合上接觸器K，系統(tǒng)置于旁路

7、狀態(tài)。15分鐘后，繼續(xù)檢測(cè)電壓，如果電壓在大于180V，而小于200V，那么繼續(xù)旁路工作；如果電壓處于200V260V正常范圍，合上接觸器K，然后斷開K；根據(jù)節(jié)電控制策略，通過單片機(jī)控制單元變壓器抽頭的切換以控制負(fù)載上輸出電壓，到達(dá)節(jié)電控制要求；如果電壓處于200V220V，那么合上控制變壓器抽頭的接觸器KM；如果電壓處于220V240V，那么翻開KM，然后合上接觸器KM；如果電壓處于240V260V，那么翻開KM或KM，然后臺(tái)上接觸器KM。如果CT輸出電流大于100，那么發(fā)出過載報(bào)警提示，同時(shí)啟動(dòng)風(fēng)扇對(duì)變壓器進(jìn)行冷卻。電流仍在空氣開關(guān)OF的整定值范圍內(nèi)，裝置仍可供電，一般過載不超過120。變

8、壓器溫度檢測(cè)，如果溫度超過規(guī)定值，那么直接合上K，翻開K，旁路工作。路燈節(jié)電控制流程如圖2所示。圖2路燈節(jié)電控制流程4.系統(tǒng)調(diào)試1.硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是對(duì)單片機(jī)控制回路及外圍電路進(jìn)行調(diào)試，單片機(jī)控制回路的調(diào)試主要涉及AT89S52芯片的測(cè)試、JMl2864液晶顯示功能測(cè)試、外圍電路的調(diào)試、固態(tài)繼電器及接觸器控制回路的檢測(cè)。內(nèi)容較多，調(diào)試方法是在電路輸入端加上標(biāo)準(zhǔn)電壓，然后通過萬用表觀測(cè)電路中特定點(diǎn)處的電壓值是否正確。2.軟件調(diào)試本次軟件設(shè)計(jì)采用了專門用于開發(fā)單片機(jī)和微處理器系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件的高級(jí)語言KeilC語言軟件。調(diào)試主要涉及對(duì)用KeilC語言編寫的源程序，所進(jìn)行的編譯工作編譯，通過軟

9、件調(diào)試成功。3.現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試硬件調(diào)試和軟件調(diào)試成功之后，可按要求將己與控制系統(tǒng)相連的外圍電路與路燈組連接起來，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試主要是檢測(cè)控制器能否對(duì)路燈實(shí)際運(yùn)行和節(jié)電狀態(tài)進(jìn)行有效控制。調(diào)試實(shí)驗(yàn)說明：該節(jié)電系統(tǒng)的平均節(jié)電效率為30左右。該系統(tǒng)不僅具有節(jié)電、延長(zhǎng)燈泡壽命的功能，而且能使路燈在電壓波動(dòng)較大范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。智能變壓路燈節(jié)電控制系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后滿足以下主要技術(shù)指標(biāo)要求：(1)輸入電壓范圍：?jiǎn)蜗?20V土15三相380V土15；(2)輸出電壓：?jiǎn)蜗?90220V，三相330380V；(3)電源頻率：5060Hz；(4)開關(guān)時(shí)間：由經(jīng)緯度時(shí)控器所設(shè)定開關(guān)時(shí)間控制；(5)節(jié)電率：1635；(6)保護(hù)功能：過壓、欠壓、過載、短路；(7)散熱方式：自然風(fēng)冷或強(qiáng)迫風(fēng)冷；(8)自動(dòng)旁路功能當(dāng)在異常情況發(fā)生時(shí)，會(huì)自動(dòng)設(shè)置為旁路，以保護(hù)系統(tǒng)與變壓器，防止停電事故，可保證路燈正常運(yùn)行。5.結(jié)束語該系統(tǒng)采用了單片機(jī)控制，所以具有高的性能價(jià)格比和柔性，即可以根據(jù)實(shí)際情況變更和擴(kuò)展提高了靈活性和適應(yīng)性，有利于應(yīng)用推廣。路燈控制系統(tǒng)投入使用后，工作壽命到達(dá)15年以上，將持續(xù)提供30%以上的節(jié)電效率，為節(jié)能事業(yè)填上濃墨重彩的一筆。參考文獻(xiàn)5 照明科學(xué)與技術(shù)學(xué)科開展報(bào)告(2021-202