基于單片機PIC16F877控制的路燈節(jié)能控制器設(shè)計

王曉麗

摘 要：對于城市來說，路燈照明系統(tǒng)屬于較為重要的設(shè)備。目前節(jié)能減排已經(jīng)成為我國主要國策，在城市不斷發(fā)展的過程中，路燈量也在不斷的提高，照明電能消費持續(xù)增長，城市照明耗電屬于節(jié)能技術(shù)主要領(lǐng)域備受重視。傳統(tǒng)路燈照明具有多種問題，那么本文就設(shè)計了基于單片機PIC16F877控制的路燈節(jié)能控制器。

關(guān)鍵詞：單片機；路燈；節(jié)能控制器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.129

路燈屬于我國經(jīng)濟發(fā)展及國家建設(shè)過程中所必須的用電設(shè)備，其在我國整體用電量占據(jù)的比例比較大，我國目前照明消耗電能占據(jù)電力生產(chǎn)中總量的10%-20%，城市公共照明占據(jù)照明耗電的30%。根據(jù)相應(yīng)統(tǒng)計表示，我國路燈照明每年的耗電在一千億元以上，發(fā)展速度比較快。道路照明節(jié)能問題備受照明科技領(lǐng)域研究機構(gòu)及企業(yè)重視。我國大部分城市停車場一般都是使用全夜燈方式照明，電能浪費量比較大[1]，本文基于按需供電，對照明效果進行保證。

1 路燈節(jié)能控制器的設(shè)計原理

此控制器將PIC16F877單片機作為控制核心，通過基本I/O模塊、液晶顯示模塊、日歷時鐘模塊、恒流源驅(qū)動電路、語音聲光報警等構(gòu)成。使用三對激光光敏電阻對移動物體進行監(jiān)測，使用光敏電阻對環(huán)境敏感的變化和路燈的故障情況進行檢測，利用I/O模塊使檢測的信號到單片機中傳輸并且處理。單片機能夠使檢測信號分析處理之后發(fā)送到各個模塊中。鍵盤LED現(xiàn)實模塊能夠?qū)㈤_關(guān)燈時間進行展現(xiàn)，利用恒利源電源實現(xiàn)自動開燈、定時及調(diào)光等功能，語音電路能夠有效實現(xiàn)聲光報警。另外，液晶顯示電路、日歷時鐘電路等能夠設(shè)置菜單、設(shè)置日期時鐘等功能[2]。

1.1 單片機

使用PIC16F877單片機，其具備8k*14的Flash程序存儲器及8位Flash數(shù)據(jù)存儲器，保存數(shù)據(jù)的時間在四十年以上，其指令比較少，并且執(zhí)行速度比較快，具有同步串行口和SPI主控模式，和IIC功能主控、從動模式都能夠滿足此設(shè)計需求。

1.2 電工參數(shù)測量通道

路燈控制系統(tǒng)要測量電流有效值及有功電能，為了降低軟件開發(fā)過程中的難度，并且使測量精度及系統(tǒng)可靠性得到提高，那么本文使用高精度三相電能計量芯片ATT7028。其能夠?qū)Χ喾N電工參數(shù)進行直接測量，比如各相電流有效值、電壓有效值及有功電能等，在片內(nèi)相應(yīng)寄存器中存儲測量結(jié)果，此芯片還具備SPI總線接口，便于連接外部單片機，用戶能夠利用SPI總線實現(xiàn)各電工參數(shù)測量結(jié)果的讀取[3]。

1.3 時鐘電路

路燈控制器要每分鐘對某些電工參數(shù)進行讀取并且保存，以目前時間控制路燈開關(guān)閉合和自耦變壓器檔位切換四線。所以，控制器要了解目前時間。那么本文使用串行帶報警功能時鐘芯片，其具有年月日等詳細時間信息，還能夠調(diào)整小月及閏年。

1.4 數(shù)字量輸入輸出通道

數(shù)字量輸入輸出通道能夠?qū)佑|器閉合進行控制，對接觸器狀態(tài)進行監(jiān)測。其中只有CJ2驅(qū)動電路，其他電路和其相同，并且都對應(yīng)相應(yīng)的省電/旁路模式、各個檔位及開關(guān)。比如CJ2的控制及檢測工作原理為：在RD0實現(xiàn)高電平輸出的時候，中間繼電器的觸頭就會閉合，接觸器CJ2線圈回路通電，接觸器觸頭閉合，路燈工作。

2 軟件設(shè)計

軟件的主要目的就是對比結(jié)果對硬件切換檔位進行控制，從而滿足路燈定時工作需求。檢測實時電網(wǎng)電壓控制，從而是否需要對檔位改變，滿足電網(wǎng)實時監(jiān)控需求。最后，和主控室結(jié)合實現(xiàn)多機通信。智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)劃分成為分時分段模塊、電壓監(jiān)控調(diào)檔模塊及遠程通信模塊、實時顯示模塊。

在設(shè)計過程中，劃分三個時間段控制路燈，每個時間段開關(guān)燈的時間都不同。以當?shù)亟煌ㄊ归_燈到關(guān)燈劃分成為三個階段控制路燈，分別為高峰期、正常期及低谷期，此三個階段和避免電網(wǎng)電壓過低全壓運行檔相互結(jié)合，創(chuàng)建成為全壓、高峰、正常、低估四個工作時間段，以當?shù)貙嶋H情況劃分。系統(tǒng)對比日歷時鐘芯片所讀取和存儲器芯片的開關(guān)燈時間，在開啟各個檔的時候切換檔位，在關(guān)閉時段進行關(guān)閉，其他的時段監(jiān)控[5]。

在高峰時間段中，對路燈足夠照明度進行保證?；谡Ｇ闆r中，路燈要投入到第一檔運行。這個時候的電網(wǎng)電壓較低，那么路燈就要全壓運行。假如電網(wǎng)電壓較高，那么路燈就要跳過第一檔，直接投入到第二檔中運行。在正常交通階段中，要重視照明度和節(jié)能效果，一般路燈要投入到二擋運行。在電網(wǎng)電壓在205V以下的時候，返回到第一檔。在電網(wǎng)電壓超過205V的時候，投入到第三檔運行。在交通低谷階段中，對節(jié)電效果進行全面的考慮。一般，都是投入到第三檔運行，只有在電網(wǎng)電壓較低的時候，路燈才能夠返回到第二檔進行運行。但是因為電網(wǎng)干擾或者波動，就會導致電壓偶爾不正常的情況，如果檢測電壓超限就要切換檔位，導致出現(xiàn)無操作，以此導致頻繁切換。在設(shè)計過程中使用以下方法避免檔位頻繁操作：路燈在1-2檔時間運行的時候，要求電壓能夠在208-236V之間，使用COUNT、COUNT1、COUNT2計數(shù)器對電壓進行監(jiān)測。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代路燈能耗問題備受重視，全新的技術(shù)和路燈也不斷涌現(xiàn)出來，路燈控制系統(tǒng)有了進一步的發(fā)展，逐漸朝著自動化、系統(tǒng)化及智能化的方向發(fā)展。智能路燈控制器能夠節(jié)約人工，降低工作負荷，還能夠?qū)崿F(xiàn)路燈照明系統(tǒng)的二次調(diào)節(jié)，有效保護環(huán)境。

參考文獻：

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