智能路燈節(jié)能控制器的設計與實現(xiàn)

1、    智能路燈節(jié)能控制器的設計與實現(xiàn)0引言隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，人民生活水平日益提高，能源和資源變得日益緊張，電力短缺已成為制約國民經(jīng)濟發(fā)展的突出矛盾。目前我國照明消耗的電能約占電力生產(chǎn)總量的1020，而城市公共照明則在照明耗電中占30，并且近幾年隨著讓城市亮起來的口號的提出，全國路燈的數(shù)量仍在迅猛地增長。公共路燈節(jié)能的口號便由此而提出。通常的節(jié)能途徑有兩個：一個是采用節(jié)能光源；二是采用合理的控制線路。本文在使用節(jié)能光源的情況下采0 引 言    隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，人民生活水平日益提高，能源和資源變得日益緊張，電力短缺

2、已成為制約國民經(jīng)濟發(fā)展的突出矛盾。目前我國照明消耗的電能約占電力生產(chǎn)總量的1020，而城市公共照明則在照明耗電中占30，并且近幾年隨著讓城市亮起來的口號的提出，全國路燈的數(shù)量仍在迅猛地增長。公共路燈節(jié)能的口號便由此而提出。通常的節(jié)能途徑有兩個：一個是采用節(jié)能光源；二是采用合理的控制線路。本文在使用節(jié)能光源的情況下采用合理的控制線路來實現(xiàn)路燈節(jié)能。在供電系統(tǒng)中，為避免送電過程中的線路損耗和用電高峰時造成末端電壓過低，供電部門均采用較高電壓進行傳輸。因此路燈承受電壓多高于燈具的額定電壓。然而據(jù)調(diào)查我國小型城市晚上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

3、不合理情況。為了避免這種情況，大多數(shù)城市和地區(qū)均采用了發(fā)達國家早已淘汰了的隔盞關(guān)燈的原始路燈控制方法。這種方法不僅導致路面照度分布不均，而且會減少路燈使用壽命。本文采用“全年分三季，一季分時段”的分時控制思想實現(xiàn)節(jié)能的目的。在不同的時段投入不同的供電電壓運行，在保證路燈正常照明的前提下，兼顧到了用電低谷期節(jié)能的效果。同時利用電力載波技術(shù)實現(xiàn)對路燈運行狀況的實時監(jiān)控。1 系統(tǒng)硬件電路的設計11 智能路燈控制系統(tǒng)    該智能路燈節(jié)能系統(tǒng)主要由電量檢測電路、實時時鐘、自耦變壓器電路、顯示電路及載波通信等電路組成。將一年大致分為三個季節(jié)段來對路燈進行控制，使其在不同的季

4、節(jié)有不同的開關(guān)燈時間。而從開燈到關(guān)燈根據(jù)當?shù)亟煌ㄓ挚纱笾路譃槿齻€階段(高峰、正常、低谷)來對路燈進行控制。從實時時鐘芯片中將當前的路燈工作狀況進行相應的歸類，由單片機輸出控制接觸器的線圈的斷合，而其觸點的輸出分別控制自耦變壓器的三個觸頭，對應著四個檔位，每個檔位對應著相應的路燈電壓。由于電力傳輸中有諧波干擾造成電力不穩(wěn)，要時刻檢測路燈的電量，以電量芯片ATT7028檢測出電流或者電壓過高或者過低，將得到的信息傳給AT89C51單片機，單片機同時與鐵電存儲器的信息相比較，如果發(fā)現(xiàn)電流或者電壓過高或者過低，單片機馬上做出調(diào)整，適當?shù)亟档突蛘呱唠妷?，以實現(xiàn)對路燈過載、過壓等各種功能進行控制，用電力

5、載波通信技術(shù)將現(xiàn)場情況傳送至監(jiān)控室。原理框圖如圖1所示。12 電量檢測電路的設計    電量采集模塊主要完成路燈電流和電壓的數(shù)據(jù)采集。將采集到的信號轉(zhuǎn)換為ADC電路可采集處理的模擬信號，通過電量芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送到單片機中，檢測電壓和電流是否超載，依據(jù)此來控制電路負載的電壓。設計中采用三相電能專用計量芯片ATT7028A，適用于三相三線和三相四線應用，能夠測量各相以及合相的有功功率、有功能量，同時還能測量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)，充分滿足三相復功率多功能電能表的需求。同時將電量信號存入到鐵電存儲器AT24C24里，該存儲器數(shù)據(jù)不易丟失，以

6、便有功電能歷史記錄的查詢。ATT7028A提供一個SPI接口，方便與外部單片機之間進行計量參數(shù)以及校表參數(shù)的傳遞。設計中應用ATT7028A測量電流和電壓有效值，采用軟件校表，通過SPI接口與外部單片機之間進行計量參數(shù)的傳遞，以此來檢測路燈電壓電流的有效值。另外對檢測到的過載、過壓等故障進行報警。13 路燈控制電路    路燈控制電路由譯碼電路、開關(guān)電路與變壓器控制電路組成。為了使路燈分時控制取得優(yōu)良的節(jié)能效果，除了要根據(jù)時間段來開啟不同檔位電壓外，還需要實際考慮到電網(wǎng)電壓在不同時段的電壓波動情況。故將單片機檢測到的電量信號與處理的實時時鐘芯片DS1302信號作為

7、74LS155二-四譯碼器譯碼地址輸入端，譯碼器的四個端輸出經(jīng)三極管放大后分別驅(qū)動四個接觸器的線圈，而其四個觸點分別對應自藕變壓器的三個觸頭，亦即路燈四種檔：全壓(220V)、高峰期檔(額定電壓的93%)、正常期檔(額定電壓的88%)、低峰期檔(額定電壓的83)。從而達到既兼顧路燈亮度又達到節(jié)能的效果。KM4接在母線上還能關(guān)閉路燈，原理如圖2所示。14 電力載波通信    為了實現(xiàn)控制室能夠方便及時了解現(xiàn)場路燈運行情況，采用電力線載波通信技術(shù)將現(xiàn)場路燈檢測運行的狀況傳送至控制室。以LM1893集成芯片實現(xiàn)電力載波通信，LM1893是美國國家半導體公司生產(chǎn)的FSK制

8、式的調(diào)制解調(diào)芯片。能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的串行數(shù)據(jù)的半雙工電力線通信，具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)兩種工作模式，能夠與51單片機相兼容。LM1893調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)輸入端DATAIN與AT89C51單片機的串行輸出口TXD相連，輸出端DATAOUT與AT89C51的串行輸入口RXD相連。LM1893的TXRX發(fā)送接收控制端由單片機的P1O端控制，高電平為發(fā)送狀態(tài)，低電平為接收狀態(tài)。路燈控制器接收到外部數(shù)據(jù)信息后，先要對所收數(shù)據(jù)的報文頭和地址進行判斷。當報文頭正確，地址為本機地址時，它才執(zhí)行相應的燈控命令，執(zhí)行完后進入發(fā)送狀態(tài)。2 軟件設計    軟件主要完成：根據(jù)比較所得的結(jié)果控制硬件切換檔位以達到路燈定時工作的要求；檢測實時電網(wǎng)電壓以控制是否要改變檔位以達到電網(wǎng)實時監(jiān)控的目的；最后則是配合主控