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智能路燈節(jié)能控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

作者: 時(shí)間:2009-07-03 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
0 引 言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突出矛盾。目前我國(guó)照明消耗的電能約占電力生產(chǎn)總量的10%~20%,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(lái)的口號(hào)的提出,全國(guó)的數(shù)量仍在迅猛地增長(zhǎng)。公共的口號(hào)便由此而提出。通常的途徑有兩個(gè):一個(gè)是采用光源;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(lái)節(jié)能。在供電系統(tǒng)中,為避免送電過(guò)程中的線路損耗和用電高峰時(shí)造成末端電壓過(guò)低,供電部門(mén)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。然而據(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(wú)一人。從而造成了“人少車(chē)稀燈更亮”的不合理情況。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(dá)國(guó)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(dǎo)致路面照度分布不均,而且會(huì)減少路燈使用壽命。本文采用“全年分三季,一季分時(shí)段”的分時(shí)控制思想節(jié)能的目的。在不同的時(shí)段投入不同的供電電壓運(yùn)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(shí)利用電力載波技術(shù)對(duì)路燈運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 系統(tǒng)硬件電路的
1.1 路燈控制系統(tǒng)

路燈節(jié)能系統(tǒng)主要由電量檢測(cè)電路、實(shí)時(shí)時(shí)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(gè)季節(jié)段來(lái)對(duì)路燈進(jìn)行控制,使其在不同的季節(jié)有不同的開(kāi)關(guān)燈時(shí)間。而從開(kāi)燈到關(guān)燈根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ㄓ挚纱笾路譃槿齻€(gè)階段(高峰、正常、低谷)來(lái)對(duì)路燈進(jìn)行控制。從實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片中將當(dāng)前的路燈工作狀況進(jìn)行相應(yīng)的歸類(lèi),由單片機(jī)輸出控制接觸器的線圈的斷合,而其觸點(diǎn)的輸出分別控制自耦變壓器的三個(gè)觸頭,對(duì)應(yīng)著四個(gè)檔位,每個(gè)檔位對(duì)應(yīng)著相應(yīng)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(shí)刻檢測(cè)路燈的電量,以電量芯片ATT7028檢測(cè)出電流或者電壓過(guò)高或者過(guò)低,將得到的信息傳給AT89C51單片機(jī),單片機(jī)同時(shí)與鐵電存儲(chǔ)器的信息相比較,如果發(fā)現(xiàn)電流或者電壓過(guò)高或者過(guò)低,單片機(jī)馬上做出調(diào)整,適當(dāng)?shù)亟档突蛘呱唠妷?,以?shí)現(xiàn)對(duì)路燈過(guò)載、過(guò)壓等各種功能進(jìn)行控制,用電力載波通信技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)情況傳送至監(jiān)控室。原理框圖如圖1所示。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/163763.htm

1.2 電量檢測(cè)電路的
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(hào)轉(zhuǎn)換為ADC電路可采集處理的模擬信號(hào),通過(guò)電量芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送到單片機(jī)中,檢測(cè)電壓和電流是否超載,依據(jù)此來(lái)控制電路負(fù)載的電壓。中采用三相電能專用計(jì)量芯片ATT7028A,適用于三相三線和三相四線應(yīng)用,能夠測(cè)量各相以及合相的有功功率、有功能量,同時(shí)還能測(cè)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(fù)功率多功能電能表的需求。同時(shí)將電量信號(hào)存入到鐵電存儲(chǔ)器AT24C24里,該存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)不易丟失,以便有功電能歷史記錄的查詢。ATT7028A提供一個(gè)SPI接口,方便與外部單片機(jī)之間進(jìn)行計(jì)量參數(shù)以及校表參數(shù)的傳遞。設(shè)計(jì)中應(yīng)用ATT7028A測(cè)量電流和電壓有效值,采用軟件校表,通過(guò)SPI接口與外部單片機(jī)之間進(jìn)行計(jì)量參數(shù)的傳遞,以此來(lái)檢測(cè)路燈電壓電流的有效值。另外對(duì)檢測(cè)到的過(guò)載、過(guò)壓等故障進(jìn)行報(bào)警。
1.3 路燈控制電路
路燈控制電路由譯碼電路、開(kāi)關(guān)電路與變壓器控制電路組成。為了使路燈分時(shí)控制取得優(yōu)良的節(jié)能效果,除了要根據(jù)時(shí)間段來(lái)開(kāi)啟不同檔位電壓外,還需要實(shí)際考慮到電網(wǎng)電壓在不同時(shí)段的電壓波動(dòng)情況。故將單片機(jī)檢測(cè)到的電量信號(hào)與處理的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302信號(hào)作為74LS155二-四譯碼器譯碼地址輸入端,譯碼器的四個(gè)端輸出經(jīng)三極管放大后分別驅(qū)動(dòng)四個(gè)接觸器的線圈,而其四個(gè)觸點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)自藕變壓器的三個(gè)觸頭,亦即路燈四種檔:全壓(220 V)、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(dá)到既兼顧路燈亮度又達(dá)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。

1.4 電力載波通信
為了實(shí)現(xiàn)控制室能夠方便及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)路燈運(yùn)行情況,采用電力線載波通信技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)路燈檢測(cè)運(yùn)行的狀況傳送至控制室。以LM1893集成芯片實(shí)現(xiàn)電力載波通信,LM1893是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的FSK制式的調(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(jī)相兼容。LM1893調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)輸入端DATAIN與AT89C51單片機(jī)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TX/RX發(fā)送接收控制端由單片機(jī)的P1.O端控制,高電平為發(fā)送狀態(tài),低電平為接收狀態(tài)。路燈接收到外部數(shù)據(jù)信息后,先要對(duì)所收數(shù)據(jù)的報(bào)文頭和地址進(jìn)行判斷。當(dāng)報(bào)文頭正確,地址為本機(jī)地址時(shí),它才執(zhí)行相應(yīng)的燈控命令,執(zhí)行完后進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。


2 軟件設(shè)計(jì)
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(dá)到路燈定時(shí)工作的要求;檢測(cè)實(shí)時(shí)電網(wǎng)電壓以控制是否要改變檔位以達(dá)到電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的;最后則是配合主控室完成多機(jī)通信。整個(gè)路燈節(jié)能控制系統(tǒng)被分為了分時(shí)分段模塊(主要通過(guò)時(shí)鐘芯片DS1302和鐵電存儲(chǔ)芯片AT24C02配合完成)、電壓監(jiān)控調(diào)檔模塊(由電工參數(shù)測(cè)量芯片ATT7028加以軟件判斷來(lái)實(shí)現(xiàn))、遠(yuǎn)程通信模塊(由LM1893完成)以及實(shí)時(shí)顯示模塊組成。

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