基于單片機(jī)控制路燈節(jié)電系統(tǒng)的研究

王 楠

（遼寧建筑職業(yè)學(xué)院，遼寧 遼陽(yáng) 111000）

基于單片機(jī)控制路燈節(jié)電系統(tǒng)的研究

王 楠

（遼寧建筑職業(yè)學(xué)院，遼寧 遼陽(yáng) 111000）

在當(dāng)前節(jié)能環(huán)保理念的倡導(dǎo)下，使用單片機(jī)控制路燈照明系統(tǒng)，具有良好的節(jié)能作用。同時(shí)單片機(jī)可改變電壓器插頭、降低負(fù)載電壓，減少電能的耗費(fèi)，延長(zhǎng)路燈的使用壽命。本文從單片機(jī)的節(jié)電原理出發(fā)，分析了單片機(jī)控制的節(jié)能路燈系統(tǒng)變壓器的設(shè)計(jì)、電流與電壓的采樣電路設(shè)計(jì)以及控制和軟件設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上探討了單片機(jī)智能控制系統(tǒng)的硬件機(jī)構(gòu)和軟件流程。

單片機(jī)；路燈節(jié)能系統(tǒng)；控制研究

在城市建設(shè)中，路燈照明設(shè)備作為一種公共設(shè)施是不可缺少的。但由于夜間電網(wǎng)的電壓一般較高，超過(guò)照明的實(shí)際需求，路燈的壽命也會(huì)因此減少。因此，在經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明的前提下，可采用單片機(jī)為核心的路燈節(jié)電系統(tǒng)。這種主要利用變壓器抽頭調(diào)壓，成本較低且具有較高的可靠性。與斬波降壓和變壓器降壓相比，這種降壓方式在工程上具有更大的推廣價(jià)值。

1 單片機(jī)控制的路燈節(jié)能系統(tǒng)節(jié)電原理

1.1 節(jié)能原理分析

采用單片機(jī)控制的路燈節(jié)能系統(tǒng)，其節(jié)能原理為在變壓器的原邊接入電網(wǎng)，在副邊串聯(lián)電網(wǎng)和中間負(fù)載。在變壓器的同名端接入電網(wǎng)時(shí)，電網(wǎng)的電壓將會(huì)大于負(fù)載上的電壓。而在改變了變壓器原邊抽頭的連接時(shí)，副邊的電壓會(huì)產(chǎn)生改變，而負(fù)載上的電壓也隨之而發(fā)生變化，合理控制了變壓器抽頭的變比。這使得在電網(wǎng)的電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)可以合理控制負(fù)載上的電壓比例，能夠在保證照明的前提下，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

1.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用的是雙CPU結(jié)構(gòu)，并通過(guò)爽口的RAM實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)主要選用的是AT89C52型號(hào)的CMOS八位單片機(jī)，其具有高照明、低能耗的特點(diǎn)。并采用ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以使電流、電壓的模擬量向數(shù)字量轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)的時(shí)鐘是由單片機(jī)的ALE信號(hào)提供，通過(guò)中斷的方式用AD實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。同時(shí)，在系統(tǒng)的硬件上作了改進(jìn)，擴(kuò)展了CAN總線，可實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的組建。

2 系統(tǒng)變壓器的設(shè)計(jì)

在由單片機(jī)為核心的路燈控制系統(tǒng)中，變壓器是一個(gè)極其關(guān)鍵的部分，其容量的抽頭的設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能的目的。變壓器的電容量通常是由負(fù)載額定電流和副邊最大輸出電壓決定。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到電網(wǎng)電壓的升高趨勢(shì)。若電網(wǎng)的電壓升高至負(fù)載額定電壓的K倍，則變壓器的電容量需升高至K2倍。但負(fù)載電壓會(huì)降低，其電流會(huì)減小。因此，在超過(guò)額定電壓時(shí)，變壓器的電容量可不需升高至K2倍。

其次，對(duì)于變壓器抽頭的設(shè)計(jì)，一般而言，系統(tǒng)中有3至4個(gè)抽頭比較合理。如果變壓器原邊上的抽頭過(guò)多，則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，負(fù)載電壓變化過(guò)大。如果過(guò)少，則難以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行控制。在實(shí)際的運(yùn)行中，按照3檔設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在原邊和副邊上的抽頭之比可為14∶1.9∶1.6∶1，并可在電網(wǎng)電壓為220V和240V時(shí)切換抽頭。這樣，在電網(wǎng)的電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，其負(fù)載上的電壓可以受到良好的控制，充分滿足照明的需求，并實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。

3 電壓和電流的采樣電路設(shè)計(jì)

由于電網(wǎng)的電壓會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)的情況，為了實(shí)現(xiàn)充分照明和保證節(jié)能，需要對(duì)系統(tǒng)中的電壓和電流進(jìn)行充分地控制，準(zhǔn)確測(cè)量其數(shù)值。在電流的測(cè)量上可使用電流互感器作為測(cè)量的工具。其可真實(shí)反映電路中的電流，將主電路和用于測(cè)量電流的電路相分離，切實(shí)提高安全性，避免電流測(cè)量受到干擾。在電壓的測(cè)量上，則主要采用的是霍爾電壓傳感器，其具有高精度、動(dòng)態(tài)性好、工作頻帶寬的特點(diǎn)，可充分保證電壓測(cè)算的可靠性。由于傳輸器的輸出信號(hào)主要是交流電量，但在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，主要測(cè)量的是電流和電壓的有效值，如果采用傳統(tǒng)的方法，則會(huì)在很大程度上影響測(cè)量的有效性。因此，為了確保交流量的有效性，可采用AD公司研發(fā)的測(cè)量有效集成電路AD736。其具有很高的可靠性，對(duì)任何復(fù)雜的波形都可計(jì)算出其有效值，有利實(shí)現(xiàn)于系統(tǒng)電流和電壓的測(cè)量及控制。

4 路燈控制與軟件設(shè)計(jì)

在控制策略上，如果空氣開(kāi)關(guān)關(guān)閉，需要選擇旁路工作，指示燈會(huì)顯示出旁路正在工作。若選擇節(jié)能，則微機(jī)工作，并按照預(yù)先設(shè)置的控制策略進(jìn)行節(jié)電控制。在控制策略下，若輸入的電壓超過(guò)系統(tǒng)規(guī)定的最大或最小電壓，則系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行斷電處理，并實(shí)行故障報(bào)警。若電壓輸入在規(guī)定的范圍內(nèi)，根據(jù)節(jié)電控制策略，可通過(guò)變壓器抽頭的更換調(diào)節(jié)負(fù)載電壓，實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。

在節(jié)能控制策略下編制的軟件，采用的是模塊化設(shè)計(jì)，除了主程序以外，圍繞主程序還設(shè)置了許多子程序，系統(tǒng)的許多功能主要是過(guò)這些子程序?qū)崿F(xiàn)。在運(yùn)行的過(guò)程中，通過(guò)系統(tǒng)的主程序調(diào)動(dòng)子程序工作，包括三部分工作流程，分別是系統(tǒng)初始化、延時(shí)狀態(tài)以及系統(tǒng)的穩(wěn)定和節(jié)能狀態(tài)。這樣設(shè)計(jì)可極大地簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)束語(yǔ)

單片機(jī)控制的變壓器抽頭降壓路燈節(jié)能系統(tǒng)，具有成本低廉、操作簡(jiǎn)單、控制智能化的優(yōu)勢(shì)，既可保證照明，又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的要求，與其他節(jié)能降壓系統(tǒng)相比，有著更為廣泛的應(yīng)用前景。該系統(tǒng)采用的技術(shù)較為成熟，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性較強(qiáng)，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力和抗干擾能力也很高。未來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，該系統(tǒng)必將成為我國(guó)城市路燈照明節(jié)能系統(tǒng)上的新突破，并能得到更大范圍的推廣使用。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.048