第一篇：路燈節(jié)能控制器報(bào)告

單片機(jī)系統(tǒng)分析與調(diào)試

課程設(shè)計(jì)報(bào)告

課程名稱：路燈節(jié)能控制

作者姓名：周果、王開基、申磊、劉湘

班級(jí)學(xué)好：機(jī)電1031班06、07、31

指導(dǎo)老師：黃有全

時(shí)間：2011年12月31日

路燈節(jié)能控制設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)題目極其分析：

設(shè)計(jì)要求：

1、天黑后自動(dòng)開啟路燈

2、到設(shè)定時(shí)間后自動(dòng)熄滅

3、自動(dòng)熄滅后且天黑，如果有人路過，燈自動(dòng)開啟，且5分鐘后自動(dòng)熄滅

設(shè)計(jì)應(yīng)用背景：能源問題己經(jīng)成為全球最為關(guān)注的問題之一，能源危機(jī)已經(jīng)成為全人類所面臨的主要危機(jī)，特別是我國的電力能源近年來顯得十分吃緊，電力緊張阻礙著我們的日常生產(chǎn)、生活，甚至嚴(yán)重影響到我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與社會(huì)文明的進(jìn)步。在城市亮化、美化大潮的趨勢(shì)下，城市景觀照明耗電也吞噬著我們的電力資源。而發(fā)電企業(yè)投資和建設(shè)需要一個(gè)較長(zhǎng)的周期，快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要更多更充足的電力供應(yīng)和消耗，電力的供求之間矛盾重重。電力供應(yīng)缺口很難在短期內(nèi)得以緩解，發(fā)展與節(jié)約并重，已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的必然選擇。此時(shí)，燈光照明行業(yè)節(jié)電也成為了我們的必然選擇

設(shè)計(jì)應(yīng)用意義：路 燈 是 城 市 照 明 工 程 的 主 要 組 成 部 分，在 夜 晚，路 燈 的 照 明 起 到非 常 重 要 的 作 用。但 是 路 燈 在 起 著 重 要 作 用 的 同 時(shí)，也 在 消 耗 著 大 量的 能 源。目 前 一 般 的 傳 統(tǒng) 路 燈，主 要 是 高 壓 鈉 燈，一 盞 路 燈 的 功 率 約為 100W－ 400W，一 些 大 型 路 燈 功 率 可 以 達(dá) 到 1000W 以 上。我 們以 一 盞 路 燈 200W 來 計(jì) 算，一 個(gè) 晚 上 照 明 12 個(gè) 小 時(shí) 從 晚 上 7 點(diǎn) 到第 二 天 早 上 7 點(diǎn)），那 么 一 盞 路 燈 就 要 消 耗 200×12/1000 ＝ 2.4度 電 能。假 設(shè) 路 燈 之 間 的 間 距 是 20 米，一 條 長(zhǎng) 2 公 里 的 街 道 就 有（所2×2000/20 ＝ 200 盞 路 燈 道 路 兩 邊 各 有 一 盞 路 燈，以 要 乘 2），那 么 這 條 街 道 一 晚 上 消 耗 的 電 能 就 有 200×2.4 ＝ 480 度，1 年 消耗 的 電 能 是 480×365＝ 17.52 萬 度。在一個(gè)城市中，除了主干道外，還有很多次干道和小的路段，這 特些街道在夜晚的人流量和車流量都比較小。別是一些郊區(qū)和比較偏僻 的 路 段，在 半 夜 1 點(diǎn) 鐘 以 后，人 流 量 和 車 流 量 一 般 非 常 少。但 是 即使 沒 有 人 或 車 經(jīng) 過，這 些 路 燈 也 是 長(zhǎng) 期 點(diǎn) 亮 的，這 時(shí) 電 能 就 被 白 白 浪費(fèi) 掉 了。很 多 路 段 真 正 有 效 的 照 明 時(shí) 間 只 占 到 整 個(gè) 照 明 時(shí) 間 的 20－ 30，也 就 是 說 大 部 分 電 能 被 浪 費(fèi) 掉 了。如 果 有 效 照 明 時(shí) 間 是 30，那 么 一 條 街 道 浪 費(fèi) 的 電 能 就 有17.52×0.7＝ 12 萬 度。一 個(gè) 中 等 規(guī) 模 的 城 市 這 樣 的 街 道 可 能 就 有100 個(gè) 以 上，一 個(gè) 大 城 市 往 往 有 數(shù) 百 個(gè) 這 樣 的 街 道，那 么 就 是 說 一 個(gè) 考城市每年在路燈上浪費(fèi)的電能就有數(shù)百到數(shù)千萬度以上。慮到全國有 數(shù) 百 個(gè) 大 型 城 市，中 小 規(guī) 模 的 城 市 更 多，總 的 浪 費(fèi) 電 能 是 非 常 巨 大的。據(jù) 統(tǒng) 計(jì)，杭 州 市 一 年 用 于 城 市 照 明 的 費(fèi) 用 就 高 達(dá) 3 億 元 以 上。如 比果我們采取一定的節(jié)能措施，如說在沒有人和車經(jīng)過時(shí)自動(dòng)關(guān)閉路燈，就 可 以 收 到 明 顯 的 節(jié) 能 效 果。在 能 源 日 益 緊 張 的 今 天，特 別 是 很多城市存在電力不足的矛盾，這無疑是非常有意義的。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)基理：路燈節(jié)能控制器是通過運(yùn)用

MCS—51單片機(jī)設(shè)計(jì)的，通過配套的功率變換組件，可在路燈的啟停和運(yùn)行中，有效的調(diào)節(jié)路燈的端電壓，控制路燈的照明亮度，從而改變了路燈在不同時(shí)段的耗電量，改善了功率因素，到了節(jié)約電能的目的。

設(shè)計(jì)思路：設(shè)計(jì)采用PWM 脈寬調(diào)制技術(shù)和恒流源電路對(duì)路燈的驅(qū)動(dòng)和亮度調(diào)節(jié)。通過單片機(jī)和傳感器及其檢測(cè)電路完成路燈工作狀態(tài)的控制。顯示部分利用液晶顯示模塊，菜單式操作，顯示時(shí)間、故障路燈地址、支路開關(guān)燈時(shí)間、每只燈的開關(guān)時(shí)間等功能。

設(shè)計(jì)原理：將整個(gè)電路分成三個(gè)部分，環(huán)境控制電路、時(shí)鐘電路、交通狀況傳感器檢查電路

環(huán)境控制電路：利用光敏電阻的阻值與光照度呈反比例關(guān)系，采樣其兩端的電壓信號(hào)，利用采樣的電壓信號(hào)通過施密特觸發(fā)器輸出的TTL 電平來控制LED 燈的開關(guān)。電路可靠，有效地避免由于短時(shí)間光照劇烈變化引起的誤動(dòng)作，操作者可以通過電位器方便的進(jìn)行調(diào)試

時(shí)鐘控制電路： 使用時(shí)鐘專用芯片DS1302 進(jìn)行時(shí)鐘控制，通過外加很少的電路就可以實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)鐘信號(hào)。外圍電路簡(jiǎn)單可靠，時(shí)間精度高，采用串口通信可以節(jié)省I /O 口的資源，通過外接鋰電池后可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間信息儲(chǔ)存。交通狀況傳感器：采用聲控傳感器來判斷是否有人路過該位置，并送入單片機(jī)判斷執(zhí)行相應(yīng)的程序。

設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖：

路燈節(jié)能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能：支路控制器有時(shí)鐘功能，能設(shè)定、顯示開關(guān)燈時(shí)間，控制整條支路按時(shí)開燈和關(guān)燈;能根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開燈和關(guān)燈，能根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài);并能分別獨(dú)立控制單只路燈的開燈和關(guān)燈時(shí)間;當(dāng)圖1 模擬路燈節(jié)能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖路燈出現(xiàn)故障時(shí)（燈不亮），支路控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并顯示有故障路燈的地址編號(hào)。單元控制器具有調(diào)光功能，路燈驅(qū)動(dòng)電源輸出功率能在規(guī)定時(shí)間按設(shè)定要求自動(dòng)減小，該功率應(yīng)能在20% ～100% 范圍內(nèi)設(shè)定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差≤2%

三、單元設(shè)計(jì) 1環(huán)境光控電路： 環(huán)境控制電路是對(duì)環(huán)境光亮度的檢測(cè)，將檢測(cè)信號(hào)送單片機(jī)P15，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開燈關(guān)燈。下圖為環(huán)境控制電路圖。明暗檢測(cè)采用光敏電阻RG1 和R12（RP2）分壓，提取電壓信號(hào)，送到由555 定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器。當(dāng)環(huán)境暗到一定程度（通過RP2 可以方便的調(diào)節(jié)），RG1 阻值上升，施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，將電平信號(hào)送單片機(jī)處理。C8 為抗干擾設(shè)計(jì)，如天暗時(shí)，閃電的干擾，C8 使555 的2 腳電壓不會(huì)突變，防止誤動(dòng)作。D2 為指示燈，方便調(diào)試。時(shí)鐘電路

DS1302 是一款高精度時(shí)鐘集成電路，它可以進(jìn)行年、月、日、星期、時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)，功能強(qiáng)大。電路圖如下

3顯示控制模塊

顯示控制模塊如圖7 所示。控制見軟件設(shè)計(jì)。

四、程序框圖軟件設(shè)置 1路燈控制流程圖：

五、測(cè)試數(shù)據(jù)及性能分析

1時(shí)鐘測(cè)試：設(shè)定當(dāng)前時(shí)間內(nèi)開關(guān)燈，觀測(cè)得到顯示正常。始終模塊成功。2環(huán)境明暗變化測(cè)試：將光控模塊移動(dòng)作品至暗處，觀察燈光是否自動(dòng)亮起。

3聲控測(cè)試：將整個(gè)作品移到黑暗處，發(fā)出聲音，觀察燈光是否亮起。

六、總結(jié)心得

通過制作路燈節(jié)能控制器，我們小組對(duì)單片機(jī)MCS—51有了更多的了解，學(xué)到了很多課本上學(xué)不到的東西，書本看上去容易做的東西，在實(shí)踐做卻遇到了很多的難題，我們組里成員相互合作補(bǔ)長(zhǎng)取短，通力合作共同攻破難題，讓我感覺到了團(tuán)隊(duì)合作的力量。我們一起去買元器件，一起研究電路圖，分析問題，檢查故障，書寫程序，享受著其中的樂趣，為自己感到驕傲……

七、謝辭

感謝老師在制作中的幫忙，同學(xué)們?cè)谥谱髦袨槲覀兎治鰡栴}。

第二篇：路燈控制器設(shè)計(jì)報(bào)告

路燈控制器的設(shè)計(jì)

一.設(shè)計(jì)任務(wù)和要求

設(shè)計(jì)要求：

1、自制電路供電的穩(wěn)壓電源；

2、LED采用恒流供電。

3、該控制器具有環(huán)境亮度檢測(cè)和控制功能，當(dāng)處于暗（亮）環(huán)境下能夠自動(dòng)開（關(guān)）燈，為了演示方便，在現(xiàn)場(chǎng)演示時(shí)，當(dāng)調(diào)光臺(tái)燈（模擬自然光）較暗（較亮）時(shí)相當(dāng)于暗環(huán)境（亮環(huán)境），此時(shí)另一個(gè)白光LED（模擬路燈）將被點(diǎn)亮（熄滅），以此實(shí)現(xiàn)光控功能。

二.方案說明

安裝在公共場(chǎng)所或道路兩旁的路燈，通常是隨環(huán)境的亮和暗而自動(dòng)的關(guān)斷和開啟或者自身亮度，同時(shí)可以對(duì)消耗的電功率進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)時(shí)用1W白光LED（3.3V@300mA）代替路燈，用調(diào)光臺(tái)燈替代環(huán)境光線變化。

三.原理電路設(shè)計(jì)

1.單元電路設(shè)計(jì).本光控路燈包括

(1)光敏采樣部分,當(dāng)光敏三極管處于不同光照強(qiáng)度下,它的阻值變化很大.將光敏三極管串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娮?接入電路中,輸出量作為開關(guān)值.無光照強(qiáng)度或光照強(qiáng)度很小時(shí),采樣值接近VCC.當(dāng)光照強(qiáng)度增加到一定程度時(shí),采樣值為一個(gè)較小值,并且隨著光照繼續(xù)增強(qiáng),采樣值也隨著減小.(2)電位器調(diào)節(jié)電壓部分.當(dāng)光照達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí),通過調(diào)節(jié)電位器改變它的電壓,使之與光敏采樣部分的采樣值相等即可.(3)集成運(yùn)放器部分.需要用到集成運(yùn)放器的開環(huán)性能和閉環(huán)性能.當(dāng)集成運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)時(shí).它是一個(gè)電壓比較器,對(duì)同相輸入端和反相輸入端的電壓進(jìn)行比較.若同相輸入端的電壓高于反相輸入端的電壓,則輸出高電平;若同相輸入端的電壓低于反相輸入端的電壓,則輸出零(單電源)或低電平(雙電源).(4)三極管放大部分.使用三極管對(duì)集成運(yùn)放器的微弱輸出電流進(jìn)行放大,從而使led燈能正常發(fā)光.2.元件選擇

(1).光敏器件選擇

光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時(shí)也受光輻射的控制。通?；鶚O不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。光敏三極管又稱光電三極管，它是一種光電轉(zhuǎn)換器件，其基本原理是光照到P-N結(jié)上時(shí)，吸收光能并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。?dāng)光敏三極管加上反向電壓時(shí)，管子中的反向電流隨著光照強(qiáng)度的改變而改變，光照強(qiáng)度越大，反向電流越大，大多數(shù)都工作在這種狀態(tài)。當(dāng)具有光敏特性的PN 結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了相當(dāng)于β倍的信號(hào)電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。

本次設(shè)計(jì)選擇的是3DU33型號(hào)光敏三極管.在1000lx，V=10v條件下，電流典型值為10 mA.故可推測(cè)在1000lx,V=5A條件下，電路大約為5mA。且在有光條件下，電流最小值為2 mA.電路圖如下

(2)電位器選擇

本次設(shè)計(jì)電位器選擇通用型3296系列103A電位器，阻值為10k.圖如下

（3）集成運(yùn)算放大器選擇。本次選擇LM358運(yùn)算放大器。

LM358里面包括有兩個(gè)高增益、獨(dú)立的、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)放，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應(yīng)用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)放的地方使用 電路如下

（4）三極管選擇。

本次選用S8050 NPN型三極管。三極管8050是非常常見的NPN型晶體三極管，在各種放大電路中經(jīng)?？吹剿瑧?yīng)用范圍很廣，主要用于功率放大、開關(guān)。參數(shù)： 耗散功率0.625W（貼片：0.3W）

集電極電流0.5A 集電極--基極電壓40V 集電極--發(fā)射極擊穿電壓25V 集電極-發(fā)射極飽和電壓 0.6V 特征頻率fT 最小150MHZ 典型值產(chǎn)家的目錄沒給出 引腳排列為EBC或ECB 838電子

按三極管后綴號(hào)分為 B C D檔 貼片為 L H檔

放大倍數(shù)B85-160 C120-200 D160-300 L100-200 H200-350

3.整體電路

實(shí)驗(yàn)原理

光敏采樣值輸出到前1/2 LM358同相輸入端，電位器調(diào)節(jié)部分電壓輸出到前1/2 LM358反相輸入端。當(dāng)同相輸入端電壓值高于反相輸入端電壓值時(shí)，U1A輸出高電平，反之輸出零。U1B是引入負(fù)反饋閉環(huán)的運(yùn)算放大器，可以由理想集成運(yùn)算放大器虛短，虛端方法來分析電路。當(dāng)U1A輸出為零時(shí)，反相輸入端電平也為零，U1B輸出為0，led燈滅。當(dāng)U1A輸出高電平時(shí)，由虛短可判斷反相輸入端電壓也為等值高電平。三極管工作在放大區(qū)，放大電流，led燈亮。

四.性能測(cè)試與分析

理論數(shù)據(jù)分析：在有一定光照條件下，光敏三極管的電流為2-5 mA.經(jīng)計(jì)算考量，選取與光敏三極管串聯(lián)的電阻為800歐。為使調(diào)節(jié)范圍足夠大，滿足設(shè)計(jì)要求，選取R3=R6=1k,電位器R4=10k.在同相輸入端大于反相輸入端的電壓值時(shí)，集成運(yùn)算放大器最大輸出幾mA的電流，理論流過led燈最大電流為300mA。在光照足夠強(qiáng)時(shí)，同相輸入端電壓值小于反相輸入端，電壓比較器輸出零，此時(shí)三極管be間電壓小于開啟電壓，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，流過led燈的電流為零。

仿真數(shù)據(jù)：無光照條件下，U1A同相輸入端輸入值即光敏部分采樣值為4.993V，反相輸入端電壓值為2.363V，U1A輸出4.023V，輸出電流幾乎為零。三極管基極電流為0.036A，流過led燈的電流值為0.400A（protues仿真沒有S8050三極管和光敏三極管，故分別用TIP41和光敏電阻代替，與理論數(shù)據(jù)分析有差距）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù): 無光時(shí),U1A同相輸入端電壓為4.91V,反相輸入端電壓為3.74V,U1A輸出端電壓為4.01V,電流幾乎為零.此時(shí)測(cè)得led燈兩端電壓約為3.20V.逐漸增大光照強(qiáng)度,發(fā)現(xiàn)某一時(shí)刻led燈開始明顯變暗,并且隨著光強(qiáng)緩慢增加,led燈繼續(xù)變暗,直至只有微弱燈光.此時(shí)測(cè)得led燈兩端電壓為2.43V.整個(gè)過程中,U1A同相輸入端電壓始終小于反相輸入端電壓值,U1A輸出電壓為零.U2A同相及反相輸入端電壓都為零,輸出端有0.64V電壓.誤差分析: 處于臨界光照時(shí),運(yùn)算放大器同相及反相輸入端電壓差值很小,容易波動(dòng).運(yùn)算放大器均是采用直接耦合的方式，直接耦合式放大電路的各級(jí)的Q點(diǎn)是相互影響的，由于各級(jí)的放大作用，第一級(jí)的微弱變化，會(huì)使輸出級(jí)產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)輸入短路時(shí)（由于一些原因使輸入級(jí)的Q點(diǎn)發(fā)生微弱變化 象：溫度），輸出將隨時(shí)間緩慢變化，這樣就形成了零點(diǎn)漂移。產(chǎn)生零漂的原因是：晶體三極管的參數(shù)受溫度的影響。解決零漂最有效的措施是：采用差動(dòng)電路

六.實(shí)驗(yàn)心得

本次課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是我們?nèi)私M齊心協(xié)力,默契的團(tuán)隊(duì)配合.從初期方案的確定,到實(shí)驗(yàn)室共同焊板子,還有后來共同解決遇到的電路問題,每個(gè)人都很積極地去解決困難.通過此次設(shè)計(jì)，能夠一步了解了光敏三極管的原理和特性，把我們所學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到了實(shí)踐，結(jié)合模擬電路和數(shù)字電路知識(shí)，經(jīng)一步鞏固和掌握前面所學(xué)的知識(shí)，收獲很大。

七.參考文獻(xiàn)

[1] 華成英，童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006：74-116.[2] 謝自美 電子線路設(shè)計(jì)[M];華中科技大學(xué)出版社;[3] 百度文庫,道客巴巴資料以及電子愛好者論壇等

第三篇：光伏路燈控制器（范文模版）

本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）

2014 年 5 月 21日 曲阜師范大學(xué)教務(wù)處制

題

目

光伏路燈控制器

姓

名

王俊鵬

學(xué)號(hào)

2010416015

院

系

電氣信息與自動(dòng)化學(xué)院

專

業(yè)

電氣工程及其自動(dòng)化

指導(dǎo)教師

黃金明

職稱

副教授

目 錄

摘要.....................................................................1 關(guān)鍵詞...................................................................1 Abstract.................................................................1 Key words................................................................1 1 緒論..................................................................1 1.1 光伏路燈控制器的研究背景與意義..................................1 1.2 光伏路燈控制器系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀....................................2 1.3 本文研究的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)........................................2 2 光伏發(fā)電系統(tǒng)理論基礎(chǔ)..................................................2 2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)....................................................2 2.1.1 太陽能電池的物理基礎(chǔ)......................................2 2.1.2 光伏電池的基本特性........................................3 2.2 貯能裝置........................................................3 2.2.1 鉛酸蓄電池的工作原理......................................3 3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制方法................................................4 3.1 蓄電池充電控制方法..............................................4 4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)..........................................................4 4.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)..........................................4 4.2 光伏發(fā)電LED路燈控制器硬件設(shè)計(jì)..................................5 4.2.1 STC12C5A60S2最小系統(tǒng)......................................6 4.2.2 信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)..........................................6 4.2.3 PWM信號(hào)放大電路設(shè)計(jì).......................................7 4.2.4 控制部分輔助電源設(shè)計(jì)......................................8 4.3 LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì).....................................................8 4.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)....................................................9 4.4.1 主程序設(shè)計(jì)................................................9 4.4.2 充放電程序設(shè)計(jì)...........................................10 4.4.3 光伏發(fā)電接入口軟件設(shè)計(jì)...................................10 4.4.4 LED照明管理程序設(shè)計(jì)......................................11 5 總結(jié)與展望...........................................................12 致謝....................................................................12 參考文獻(xiàn)................................................................12 附錄一..................................................................12

光伏路燈控制器

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生 王俊鵬

指導(dǎo)老師 黃金明

摘要：本文設(shè)計(jì)了一種以STC12C5A60S2單片機(jī)為主控芯片的光伏路燈控制器。設(shè)計(jì)中使用了單片機(jī)自帶的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電壓、電流數(shù)據(jù)的采集；使用了兩路PWM來控制MOSFET的導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)了太陽能電池板輸出和蓄電池充電的控制；采用對(duì)I/O引腳高低電平的控制，來控制光耦器，從而控制蓄電池放電；采用了恒流來驅(qū)動(dòng)LED照明；利用的分段式充電策略，優(yōu)化了蓄電池充電，延長(zhǎng)了蓄電池使用壽命；同時(shí)，利用太陽能電池板自身作為光控元件，提高了靈敏度。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)

LED路燈 控制器

Solar street lamps controller Student majoring in Electrical Engineering and Automation

Wang Junpeng

Tutor

Huang Jinming Abstract : This passage designs a solar LED street light controller based on STC12C5A60S2.In the design , A/D converters of MCU are used to collect voltage and current;two PWM waves are used to control the conduction of MOSFET , achieving the output of solar panels control and battery charging control;optical coupler is controlled by controlling high and low level of I/O pin so as to control the battery discharge;constant current is used to drive LED lighting;the method of segmented charge is used to control battery charging , optimizing the battery charging , prolonging the service life of the battery;meanwhile , the solar panels are used for light-dependent control element to improve the sensitivity.Key words : MCU;LED street lamp;Controller 1 緒論

1.1 光伏路燈控制器的研究背景與意義

21世紀(jì)能源研究的熱點(diǎn)問題是新能源技術(shù)。太陽能作為一種巨大的可再生能源，每天有著相當(dāng)于數(shù)萬億桶石油燃燒的輻射能量到達(dá)地球表面[1]。豐富、廣闊的太陽能資源被開發(fā)和利用，將會(huì)減少對(duì)不可再生能源的使用，減少對(duì)煤炭、石油等化石能源使用帶來的污染，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，有利于生態(tài)環(huán)境走可持續(xù)發(fā)展的道路?？梢哉f未來的能源結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)離不開太陽能。太陽能將會(huì)成為主要的能源之一，它的應(yīng)用前景也必將非常廣泛。因此，對(duì)太陽能的開發(fā)和利用是利國利民的大事，有著重大意義。

路燈是日常生活中必不可少的公共設(shè)施，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民生活水平和質(zhì)量的提高，路燈能耗增長(zhǎng)的問題也隨之而來。研究路燈低能耗問題也將成為一個(gè)重要的課題。LED照明技術(shù)的日漸成熟推動(dòng)了照明行業(yè)的發(fā)展，LED作為照明設(shè)備的光源也被越來越多的選用。相比于日光燈，白熾燈等光源，LED具有工作電壓低，能耗非常低，光效高，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[2]。因此，LED照明也會(huì)被廣泛得推廣和應(yīng)用。

本文在研究光伏發(fā)電技術(shù)和LED照明技術(shù)的基礎(chǔ)上[3]，設(shè)計(jì)一種光伏路燈控制器。

其中，太陽能發(fā)電系統(tǒng)為路燈供電，LED作為照明光源，將二者結(jié)合既節(jié)約了能源，又降低了能耗。這一設(shè)計(jì)用于校園、小區(qū)生活路燈中，很有現(xiàn)實(shí)意義。1.2 光伏路燈控制器系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

目前，光伏充電控制器可分為以下幾種類型：并聯(lián)型光伏控制器、串聯(lián)型光伏控制器、脈寬調(diào)制型光伏控制器、智能型光伏控制器、最大功率跟蹤控制器[4]。其中，最大功率跟蹤控制器，能判斷系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的輸出功率是否達(dá)到最大值，而且，還能隨時(shí)調(diào)整太陽能電池始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，控制性能高?？刂破骺刂曝?fù)載采用的方式有光控、光控加時(shí)控、PWM調(diào)節(jié)負(fù)載、實(shí)時(shí)時(shí)鐘四季變換等?？刂破鞯男酒蠨SP、ARM、單片機(jī)等。相比而言，單片機(jī)芯片成本低，學(xué)校和小區(qū)路燈環(huán)境對(duì)光伏系統(tǒng)要求相對(duì)低，從經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單的角度，選用單片機(jī)控制，采用光控比較實(shí)用。

獲取最大功率的控制方法主要有恒定電壓法、短路電流比例系數(shù)、擾動(dòng)控制法、電導(dǎo)增量法等。雖然擾動(dòng)控制法和電導(dǎo)增量法精度相對(duì)高，但是，考慮到在小型光伏系統(tǒng)中功率不是太大，恒定電壓法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。1.3 本文研究的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)

基于光伏發(fā)電理論和LED照明技術(shù)，本文設(shè)計(jì)一種光伏路燈控制器系統(tǒng)。硬件方面，[5-7]以單片機(jī)STC12C5A60S2作為主控芯片，硬件電路設(shè)計(jì)包括電壓、電流的信號(hào)采集電路，PWM信號(hào)的放大電路，控制系統(tǒng)的控制電源設(shè)計(jì)電路，LED恒流驅(qū)動(dòng)電路。在控制方法方面，對(duì)太陽能電池采用恒定電壓法的最大功率追蹤；對(duì)蓄電池采用分段式充電的方法；對(duì)負(fù)載采用太陽能電池輸出電壓作為控制信號(hào)的光控方式；對(duì)蓄電池過放電采用I/O引腳控制光耦合器實(shí)現(xiàn)繼電器動(dòng)作，切除負(fù)載。

論文的結(jié)構(gòu): 第一章介紹設(shè)計(jì)研究的背景和意義，對(duì)光伏路燈控制器的研究現(xiàn)狀作了敘述，對(duì)論文的組織結(jié)構(gòu)作介紹。

第二章介紹光伏發(fā)電的理論基礎(chǔ)，對(duì)太陽能光伏發(fā)電的工作原理以及鉛酸蓄電池的工作的基本原理分別進(jìn)行了介紹。

第三章介紹研究設(shè)計(jì)中蓄電池充電的控制方法。第四章是設(shè)計(jì)的核心，對(duì)光伏路燈控制的硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，硬件電路包括電壓、電流信號(hào)的采集，PWM信號(hào)放大，控制芯片電源等部分。

第五章對(duì)本文設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)和展望。光伏發(fā)電系統(tǒng)理論基礎(chǔ)

2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)是用來將吸收的太陽光光能轉(zhuǎn)換成電能。它主要由太陽能電池方陣、充放電控制器、蓄電池、負(fù)載等設(shè)備組成。光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖用圖2-1來描述。

太陽能電池方陣控制器蓄電池LED照明

圖2-1 光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

其中，太陽能電池方陣選用156多晶100W一塊（開路電壓為21V左右），蓄電池選用12V60Ah的鉛酸蓄電池兩組，LED照明燈具選用12V30W的一盞。2.1.1 太陽能電池的物理基礎(chǔ)

光伏電池的物理基礎(chǔ)是光伏效應(yīng)[4]。光伏效應(yīng)是指光照在不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體和

金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)換為電子、光能量轉(zhuǎn)換為電能量的過程；其次，是形成電壓的過程。有了電壓就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會(huì)形成電流回路。其原理圖可以用圖2-2來描述。

圖 2-2 光伏效應(yīng)原理圖

2.1.2 光伏電池的基本特性

太陽能電池其實(shí)就是一個(gè)大面積的平面二極管[4]，其工作的等效電路可以用圖2-3中的模型來描述。圖中把光照下的PN結(jié)看做一個(gè)理想二極管和恒流源并聯(lián)，恒流源的電流即為光生電流IL，RL為外負(fù)載，通過PN結(jié)電流ID用二極管表示。

圖2-3 太陽能電池等效原理圖

太陽能電池組件的性能參數(shù)主要有：短路電流、開路電壓、峰值電流、峰值電壓、峰值功率、填充因子和轉(zhuǎn)換效率。其中，光電轉(zhuǎn)換效率是衡量電池質(zhì)量和技術(shù)水平的重要參數(shù)[4]。2.2 貯能裝置

由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，所以，一般需要配置儲(chǔ)能裝置（蓄電池系統(tǒng)）才能工作。而光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能最適合的貯能方式是將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，需要時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。

目前，主要的貯能裝置有如下幾種:鉛一酸（Pb-acid）、鎳一隔（Ni-Cd)、鎳一金屬氫化物(Ni-MH)、鋰一離子（Li-ion）、鋰一聚合物（Li-poly）和鋅一空氣、超級(jí)電容器、高能鎳碳超級(jí)電容[4]。

當(dāng)前由于鉛酸蓄電池具有技術(shù)成熟，價(jià)格低廉，性價(jià)比較高等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。本文在設(shè)計(jì)光伏路燈控制系統(tǒng)時(shí)，采用的儲(chǔ)能裝置就是鉛酸蓄電池。設(shè)計(jì)中采用12V60Ah的鉛酸蓄電池兩組并聯(lián)，在保證充足的容量的同時(shí)，雙路便于某一蓄電池出現(xiàn)故障時(shí)線路的正常運(yùn)行。2.2.1 鉛酸蓄電池的工作原理

在蓄電池充、放電時(shí)，正極、負(fù)極活性物質(zhì)和電解液同時(shí)參與化學(xué)反應(yīng)。鉛酸蓄電池充放電化學(xué)反應(yīng)的原理方程式如下：

正極：（2.1）PbO2?HSO4?3H??2e?PbSO4?2H2O

?負(fù)極：Pb?HSO4??2e?PbSO

（2.2）4?H?3

總反應(yīng)：PbO2?2HSO4?Pb?2PbSO4?2H2O（2.3）

以上反應(yīng)是可逆的，這種可逆反應(yīng)使蓄電池實(shí)現(xiàn)了貯存電能和釋放電能的功能。光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制方法

3.1 蓄電池充電控制方法

恒壓、恒流、分段是蓄電池常見的充電控制方式[4]。恒壓，即對(duì)電池采用恒定的電壓充電，它的特點(diǎn)是：在充電剛開始的時(shí)候有很大的電流，一段時(shí)間之后，電流開始慢慢下降，當(dāng)電池電壓升高后充電電流變得很小，在初始階段，大電流很可能會(huì)損壞蓄電池；恒流，即在充電時(shí)一直控制充電電流大小不變；分段，即對(duì)整個(gè)充電過程采取分段式控制。當(dāng)蓄電池電壓較低時(shí)，蓄電池接收電流的能力較強(qiáng)，可以采用較大電流進(jìn)行充電，電池電壓升高時(shí)，其接收電流的能力下降，此時(shí)應(yīng)該降低充電電流。

本文在設(shè)計(jì)時(shí)采用光伏發(fā)電系統(tǒng)給蓄電池進(jìn)行分段式充電。充電環(huán)節(jié)包括:限電流充電、恒電壓充電、涓流三部分。

限電流充電：由于產(chǎn)生的光能的不穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)恒流的控制較難，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)設(shè)定一個(gè)最大充電電流Imax。

恒電壓充電：當(dāng)充電充到一定程度，蓄電池對(duì)電流的接收能力逐漸減弱，此時(shí)需控制蓄電池充電電壓保持在一個(gè)恒定值即可。

涓流:經(jīng)過恒電壓充電后，蓄電池已基本充滿，可設(shè)定最大過沖電壓，進(jìn)行涓流充電，保持電壓較恒定?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)

T1F1光伏接口G1C1D2T2C2D3L1G2D4C3C4D5F2D112VR1繼電器D6蓄電池R4光耦合R55VI/OR6光耦合+–繼電器5VI/OR2R312V

圖4-1 光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)

太陽能電池板轉(zhuǎn)化的電能先通過MOSFET管T1，然后通過防反肖特基二極管D2，接著經(jīng)過DC/DC直流變換電路給蓄電池充電。T1管控制光伏接口，使其輸出功率接近最大；為防止蓄電池對(duì)太陽能電池板反沖采用了防反肖特基二極管D2，DC/DC電路的核心是buck電路[7]，系統(tǒng)的重點(diǎn)是對(duì)buck電路的控制。

蓄電池放電主要是用于控制部分和LED照明部分的供電。為防止蓄電池過度放電而損壞蓄電池，控制LED路燈放電回路上的繼電器的通斷，設(shè)計(jì)時(shí)使用STC12C5A60S2的一個(gè)I/O引腳來控制光耦合器的通斷。

整個(gè)主電路由單片機(jī)芯片STC12C5A60S2來進(jìn)行控制，系統(tǒng)的工作流程如下: 當(dāng)蓄電池電壓處于正常工作范圍內(nèi)，蓄電池正常對(duì)控制器部分和LED路燈供電。當(dāng)蓄電池的電壓處于欠壓狀態(tài)時(shí)，用于控制的單片機(jī)I/O端口由高電平變?yōu)榈碗娖?，光耦合器?dǎo)通，繼電器動(dòng)作切斷LED照明部分，當(dāng)蓄電池電壓恢復(fù)正常值，繼電器再次動(dòng)作負(fù)載回路接通。當(dāng)蓄電池電壓過高處于過壓狀態(tài)時(shí)，控制開關(guān)管T2斷開，光伏電池板停止對(duì)蓄電池充電。

下面對(duì)buck電路進(jìn)行詳細(xì)分析，如圖4-2所示：

T1D2T2C2C1D3L1D4C3C4D1G1G2

圖4-

2buck電路

上圖的buck電路分為兩部分。第一部分是用恒電壓法實(shí)現(xiàn)最大功率的追蹤。單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)經(jīng)過放大后，控制著MOSFET管T1的通斷，使太陽能電池板的輸出電壓可調(diào)；第二部分是用于蓄電池充電控制。當(dāng)MOSFET管T2導(dǎo)通時(shí)，二極管D4截止，蓄電池開始充電，同時(shí)電感儲(chǔ)能；當(dāng)MOXFET管T2斷開時(shí)，二極管D4導(dǎo)通，此時(shí)電感釋放儲(chǔ)能，給蓄電池充電，此時(shí)的電壓已變得比較平直，電壓的紋波在經(jīng)過濾波電容C3、C4濾波之后，也將再一次減小，最后的輸出的電壓就很穩(wěn)定了。其中，第一部分和第二部分類似，也是通過改變PWM的占空比來調(diào)節(jié)的。4.2 光伏發(fā)電LED路燈控制器硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的核心部分是光伏路燈控制器，主控芯片選用型號(hào)為STC12C5A60S2的單片機(jī)。整個(gè)控制器主要包括了：?jiǎn)纹瑱C(jī)的最小系統(tǒng)，電壓、電流信號(hào)采集電路，PWM信號(hào)放大電路，控制部分的電源等。其中，電壓、電流信號(hào)采集電路分別采集光伏電池電壓、蓄電池電壓、蓄電池充電的電流。控制部分的電源主要是將蓄電池的電能轉(zhuǎn)換成相應(yīng)等級(jí)的電壓，以給控制器內(nèi)芯片的電提供電壓。控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖4-3所示：

太陽能發(fā)電G1DC/DC電路G2PWM信號(hào)放大電路輔助電源系統(tǒng)STC12C5A60S2LED照明蓄電池充電電流監(jiān)測(cè)蓄電池光伏電池電壓監(jiān)測(cè)光伏電池電流監(jiān)測(cè)蓄電池電壓監(jiān)測(cè)

圖4-3 控制器框圖

4.2.1 STC12C5A60S2最小系統(tǒng)

STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合，是一款高性價(jià)比的單片機(jī)。

STC12C5A60S2最小系統(tǒng)由電源、復(fù)位、振蕩電路和外圍擴(kuò)展組成。最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4-4如下：

5VVCCC1C2C3C4GND27μFC5C627μF復(fù)位開關(guān)R1C711.0592MHZXTAL1XTAL2RSTSTC12C5A60S2

圖4-4 STC12C5A60S2最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

最小系統(tǒng)中最重要的是電源的設(shè)計(jì)，在本設(shè)計(jì)芯片采用5V供電，為確保電源穩(wěn)定，需要加入一個(gè)5V穩(wěn)壓芯片，在4.2.4控制部分輔助電源設(shè)計(jì)章節(jié)會(huì)詳細(xì)介紹。4.2.2 信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)

信號(hào)采集時(shí)采用STC單片機(jī)自帶的高速10位A/D轉(zhuǎn)換器。采樣設(shè)計(jì)電路分為兩部分：電壓采集和電流采集。1)電壓信號(hào)采集原理:

5VD1R1輸入電壓雙二極管-+電壓跟隨器R2R3D2ADCINx

圖4-5 電壓采集信號(hào)原理圖

首先，輸入電壓信號(hào)經(jīng)過電壓跟隨器進(jìn)行緩沖，然后，輸出電壓通過電阻R2、R3進(jìn)行分壓。由于A/D端口可承受的電壓范圍為0-5V，本文采用了雙二極管來保護(hù)A/D端口。如果輸入電壓高于5V，二極管D1就會(huì)導(dǎo)通，輸入到A/D端口的電壓強(qiáng)制為5V；如果輸入的電壓低于OV，二極管D2就會(huì)導(dǎo)通，輸入到A/D端口電壓強(qiáng)制為0V。經(jīng)過保護(hù)后的信號(hào)，最后送給單片機(jī)處理。

2)電流信號(hào)采集原理：

被測(cè)電流 IR1-+電壓跟隨器5VD1雙二極管R2R3D2ADCINxRm霍爾電流傳感器

圖4-6 電流信號(hào)采集原理圖

由于單片機(jī)內(nèi)部讀取的采集信號(hào)都是電壓信號(hào)，我們采集的電流也要首先轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。因此，圖4-6霍爾電流傳感器轉(zhuǎn)換的輸出電需要流過取樣電阻Rm轉(zhuǎn)換成為電壓信號(hào)。轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后，電流采集電路與電壓采集電路類似。4.2.3 PWM信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)

主電路中用到四個(gè)MOSFET管，它們分別控制著光伏電的接入、主電路中的一個(gè)DC/DC變換器、兩個(gè)光耦器的通斷。前兩個(gè)用STC12C5A60S2提供的兩路PWM信號(hào)，后兩個(gè)用I/O引腳控制。

由于STC單片機(jī)的I/O直接輸出的PWM信號(hào)只有5V,而驅(qū)動(dòng)MOSFET管的電壓需要12V。因此，輸出的PWM信號(hào)需要經(jīng)過放大電路，才能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)MOSFET。信號(hào)放大電路圖4-7如下:

12V5VNCAnodeCathodeNCTLP250VccVoVoGNDR2R1D1

圖4-7 PWM信號(hào)放大電路圖

單片機(jī)的PWM引腳發(fā)出的高電平的電壓信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)光耦合器TLP250，輸出最終電壓為12V的PWM信號(hào)。TLP250的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4-8所示。

VccAnodeCathodeTr1Tr2VoVoGND

圖4-8 TLP250內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)陽極為高電平時(shí)，Tr1導(dǎo)通Tr2截止，TLP250輸出高電平12V；當(dāng)陽極為低電平時(shí)，Tr1截止Tr2導(dǎo)通，TLP250輸出低電平0V。從而實(shí)現(xiàn)了將STC單片機(jī)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成為能驅(qū)動(dòng)MOSFET的信號(hào)。4.2.4 控制部分輔助電源設(shè)計(jì)

控制部分的輔助電源是用來為整個(gè)控制系統(tǒng)提供電源的。蓄電池提供的電壓在12V左右?？刂葡到y(tǒng)中用到的STC單片機(jī)需要5V供電，MOSFET通斷電壓為12V。所以，選擇一個(gè)可以穩(wěn)定提供5V和12V電源的裝置是關(guān)鍵。

LM7805能夠?qū)崿F(xiàn)5V要求，圖4-9是電路設(shè)計(jì)圖。

12V0.33μ1LM7805325V0.33μ

圖4-9 LM7805電路設(shè)計(jì)圖

12V電源可由以MC34063芯片為核心的升壓模塊提供，可以將供給單片機(jī)的5V電源升高到12V。圖4-10是電路設(shè)計(jì)圖。

R15VVCCCOMPGNDMC34063TCAPIPKIDCISWCISWEC1R2L1D112VR4R3C2C3

圖4-10 MC34063升壓電路設(shè)計(jì)圖

4.3 LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

LED照明通常采用恒流驅(qū)動(dòng)的方式，因?yàn)檫@樣可以減少電壓波動(dòng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電流的影響。本文在設(shè)計(jì)時(shí)，采用了恒流驅(qū)動(dòng)[8-10]芯片PAM2842。該芯片具有較寬的輸入電壓值可以從5.5V到40V，電壓最大輸出值可達(dá)到40V，功率最大輸出可以達(dá)到30W;具有三種工作方式，降壓方式(Buck)、升壓方式(Boost)、升降壓方式(Buck/Boost--Sepic)。

設(shè)計(jì)過程如圖4-11，將電阻R1接入RT引腳來設(shè)置PAM2842的工作頻率，計(jì)算方1012式為:Fsw?（4.1）

24?(RRT?12K)由于設(shè)計(jì)中接入的R1阻值為130K，所以芯片的工作頻率為300KHz。

圖4-11 LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖

通過STC單片機(jī)的I/O端口控制EN引腳的電壓來控制芯片的工作狀態(tài)。PAM2842能夠輸出穩(wěn)定的電流，輸入端電壓變化基本不會(huì)影響到輸出電流，使LED工作的狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，達(dá)到恒流驅(qū)動(dòng)的目的。4.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)的功能:檢測(cè)太陽能電池板電壓、蓄電池電壓、蓄電池充電電流，控制PWM的輸出，控制I/O引腳的高低電平。設(shè)計(jì)中的編程語言采用C語言，軟件編譯環(huán)境為KEIL V7.07，程序燒寫軟件STC-ISP.EXE，同時(shí)采用protel軟件進(jìn)行仿真調(diào)試。4.4.1 主程序設(shè)計(jì)

首先介紹系統(tǒng)的主程序，然后對(duì)主程序的模塊進(jìn)行介紹。光伏路燈控制器系統(tǒng)的主程序主要包括系統(tǒng)的初始化、最大功率跟蹤管理、充放電管理以及LED照明自動(dòng)控制。詳細(xì)流程如圖4-12：

開始系統(tǒng)初始化模塊最大功率跟蹤管理充放電管理LED照明控制

圖4-12 主程序框圖

初始化模塊，主要對(duì)系統(tǒng)I/O引腳功能設(shè)置，對(duì)后面將要用到的PWM輸出、A/D采集端口也需要進(jìn)行初始化；最大功率跟蹤模塊，是對(duì)光伏輸入電壓的控制；充放電管理模塊，是控制光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)蓄電池的充電；LED照明管理系統(tǒng)通過采集的太陽能電池板的電壓來控制。

4.4.2 充放電程序設(shè)計(jì)

充放電程序管理檢測(cè)蓄電池電壓N狀態(tài)判斷V蓄V欠壓切斷負(fù)載限流充電限流充電蓄電池恒壓充電V恒流

圖4-13 充放電程序框圖

如圖4-13所示，當(dāng)蓄電池處于欠壓狀況時(shí)應(yīng)切斷LED照明回路，采用限電流充電的工作方式；當(dāng)蓄電池電壓介于欠壓值和恒流充電電壓值之間時(shí)，直接采用限電流方式充電；當(dāng)蓄電池電壓介于恒流電壓值和恒壓電壓值之間時(shí)，采用恒定電壓充電的方式；當(dāng)蓄電池電壓介于恒壓值和過壓值之間時(shí)，采用涓流的充電方式；一旦高于過壓值則退出充電。

部分程序代碼：

if(Uget

{guangou=0;pwmU(0X65);};//繼電器動(dòng)作，負(fù)載切除 if(Uget>Uqy && UgetUhl && UgetUhy && Uget

if(Uget>Ugy){pwmU(0XFF);};//退出充電

if(Uget>Uqy)guangou=1;//負(fù)載重新接通

4.4.3 光伏發(fā)電接入口軟件設(shè)計(jì)

光伏電接口采用PWM控制是為了采用恒電壓控制法實(shí)現(xiàn)最大功率輸出，當(dāng)環(huán)境溫度比較穩(wěn)定時(shí)，最大功率時(shí)的電壓變化不大，檢測(cè)環(huán)境溫度，調(diào)整PWM輸出。程序框圖如圖4-14。

光伏發(fā)電接口管理程序檢測(cè)當(dāng)前溫度與設(shè)定值進(jìn)行比較輸出對(duì)應(yīng)占空比

圖4-14 光伏發(fā)電接口程序框圖

部分程序代碼：

if(temp<15&& temp>10)pwmU(0X33);if(temp<20 && temp>15)pwmU(0X55);if(temp<25 && temp>20)pwmU(0X65);4.4.4 LED照明管理程序設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的光控多采用光敏電阻和集成電路的結(jié)合進(jìn)行控制，由于太陽能電池板本身就具有良好的感光性能，且優(yōu)于光敏電阻本身，所以，本文采用太陽能電池自身的輸出信號(hào)作為控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)光控。程序框圖如下4-15：

LED照明程序管理檢測(cè)接口電壓檢測(cè)接口狀態(tài)大于給定基準(zhǔn)值N接入負(fù)載Y切斷負(fù)載輸出

圖4-15 LED照明管理程序

部分程序代碼：

if(U3

本課題設(shè)計(jì)了一種基于STC12C5A60S2的光伏路燈控制器。該控制器的功能是實(shí)現(xiàn)最大功率的追蹤，實(shí)現(xiàn)蓄電池分段充電以及LED路燈運(yùn)行的自動(dòng)控制。設(shè)計(jì)中主要解決了以下五方面問題：

一、設(shè)計(jì)硬件電壓、電流采集電路，采集信號(hào)送入STC單片機(jī)A/D端口；

二、設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)大電路，利用單片機(jī)自身輸出的PWM信號(hào)去驅(qū)動(dòng)MOSFET管實(shí)現(xiàn)對(duì)DC/DC變換器的控制，達(dá)到實(shí)現(xiàn)最大功率追蹤和蓄電池充電控制的目的；

三、以LM7805和MC34063芯片為核心，設(shè)計(jì)了光伏路燈控制器控制部分的輔助電源；

四、以PAM2842芯片設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電路；

五、根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)了控制器的軟件部分。

本設(shè)計(jì)還處于理論研究層面，對(duì)于實(shí)踐的應(yīng)用還存在不足。下一步我會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中，進(jìn)行一下幾方面研究：

一、在光伏發(fā)電的最大功率追蹤方面尋找更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法；

二、除了研究太陽能作為能源，也可以將其和風(fēng)能結(jié)合，形成風(fēng)光互補(bǔ)的路燈控制器。

三、在光控的基礎(chǔ)上加上時(shí)鐘控制，使控制更加精準(zhǔn)。致謝

值此畢業(yè)論文設(shè)計(jì)完成之際，首先要向我的指導(dǎo)老師黃金明副教授表示感謝，感謝黃老師在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中給予的耐心、細(xì)致的指導(dǎo)。從一開始論文題目的選定，老師就從整體思路上給予指導(dǎo)，在查閱文獻(xiàn)和搜集資料上提供了不少建議，使我對(duì)論文設(shè)計(jì)的思路有了明確的方向，在論文設(shè)計(jì)中遇到的問題老師給予耐心的解答，在后期論文修改中老師也提了不少可行的建議。同時(shí)，感謝實(shí)習(xí)單位的宋工，謝謝他在硬件設(shè)計(jì)上給予的指導(dǎo)。最后，感謝其他在論文設(shè)計(jì)過程幫助我的人。參考文獻(xiàn)：

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第四篇：縣路燈節(jié)能情況報(bào)告

新安縣路燈節(jié)能情況報(bào)告

深圳市兆世科技有限公司是具備相當(dāng)規(guī)模的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售電機(jī)節(jié)能產(chǎn)品、市政照明用燈光節(jié)能產(chǎn)品、工業(yè)照明用燈光節(jié)能產(chǎn)品、民用及辦公用燈光節(jié)能產(chǎn)品、中央空調(diào)節(jié)能產(chǎn)品、SVG快速動(dòng)態(tài)無級(jí)無功補(bǔ)償裝置等產(chǎn)品的專業(yè)生產(chǎn)廠家。所有的產(chǎn)品均具有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和軟件著作權(quán)。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化、工業(yè)、電力、建材、紡織、印染、塑料、食品、制藥、恒壓供水、市政照明、夜景工程、賓館、寫字樓、商場(chǎng)等領(lǐng)域，深受用戶歡迎，在國內(nèi)的電力電子、傳動(dòng)行業(yè)和燈光節(jié)能行業(yè)擁有很重要的地位。

我們通過對(duì)貴單位的謹(jǐn)慎考察，本著實(shí)事求是的原則，經(jīng)過認(rèn)真論證，認(rèn)為貴單位在路燈照明上具備較大的節(jié)能空間，如果貴單位采用我公司的節(jié)能產(chǎn)品并做節(jié)能改造，可以實(shí)現(xiàn)綜合節(jié)能40%左右的效果，這樣將有效降低貴單位的電費(fèi)支出，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。具體節(jié)能方案如下：

一、節(jié)能措施及目標(biāo)

貴單位在路燈照明上采用的是高壓鈉燈，由于關(guān)系到人民生活、工作的需要，照明燈的功率較大且使用的時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是冬季使用時(shí)間更長(zhǎng)。計(jì)算下來每天要消耗大量的電能，因而完全有必要進(jìn)行節(jié)電改造?？梢圆捎梦夜驹趪鴥?nèi)所擁有的獨(dú)家技術(shù)且自主生產(chǎn)的pH-ST燈光專用節(jié)電器節(jié)能。

pH-ST燈光節(jié)電器與其它同類節(jié)電器不同，既不用變壓器降壓，也不用可控硅降壓，而采用國內(nèi)最先進(jìn)的節(jié)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈光節(jié)能。它把大型在線式UpS原理、節(jié)能燈節(jié)電原理、變頻技術(shù)、無功補(bǔ)償技術(shù)、濾諧波技術(shù)等相結(jié)合并用于群體燈光節(jié)能，經(jīng)過國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、國家科學(xué)技術(shù)部、深圳市科學(xué)技術(shù)局等部門的檢測(cè)和鑒定，該產(chǎn)品填補(bǔ)國內(nèi)空白，處國內(nèi)領(lǐng)先水平。使用pH-ST燈光節(jié)電器可以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

1.實(shí)現(xiàn)節(jié)能40%左右；

2.延長(zhǎng)燈具和燈光壽命2倍左右；

3.有效延緩電路和控制器的老化。

pH-ST燈光節(jié)電器既不用變壓器，也不用可控硅，而是將變頻技術(shù)和大型在線式UpS原理應(yīng)用到燈光節(jié)能系統(tǒng)中。它采用模塊化矩陣電源，一個(gè)模塊就是一個(gè)完整的供電系統(tǒng)。220V交流電源經(jīng)過交流濾波后，由單相橋式整流橋整流成直流，經(jīng)電容濾波后再由單相全橋逆變?yōu)?～220V電壓可調(diào)，50Hz的交流電源，再經(jīng)濾波，平波環(huán)節(jié)后給燈源供電。原理框圖如下：

單個(gè)電源模塊原理框圖

pH-L燈光節(jié)電器就由多個(gè)電源模塊組成矩陣電源，由西門子pLC控制構(gòu)成一個(gè)冗余供電系統(tǒng)。pLC根據(jù)外界負(fù)載的大小和電網(wǎng)電壓的高低來減少或增加電源模塊的個(gè)數(shù)，同時(shí)把負(fù)載功率按比例分配給各模塊，始終保持它是一個(gè)恒功率系統(tǒng)，保證實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能。若在使用過程中某個(gè)模塊發(fā)生故障，pLC將自動(dòng)切除該模塊，然后將負(fù)載功率重新分配給其余模塊，若其余模塊已經(jīng)超出其額定功率，pLC將切除所有模塊，并將轉(zhuǎn)換到市電（即非節(jié)電）方式，既保護(hù)設(shè)備，又保證了系統(tǒng)的正常供電。

pH-ST燈光節(jié)電器與同類產(chǎn)品的特性比較

型號(hào)變壓器型可控硅控制型pH-ST燈光節(jié)電器

1．節(jié)電方式變壓器降壓可控硅移相降壓pLC恒功率控制

2．節(jié)電率低10～30%低10～30%高30～50%

3．亮度損失大很大小

4．功率因素較高低高

5．穩(wěn)定性好差好

6．可靠性高低高

7．故障率低高低

8．諧波無高無

9．自身損耗大大小

10．應(yīng)用場(chǎng)合燈多的地方一個(gè)到多個(gè)一個(gè)到多個(gè)

11．推廣價(jià)值一般低高

pH-ST燈光節(jié)電器主要技術(shù)參數(shù)

額定電壓AC220V±10%；AC380V±10%

工作頻率50Hz/60Hz

綜合節(jié)電率30%～50%（視電源運(yùn)行環(huán)境而定）

輸出電壓調(diào)節(jié)范圍相電壓在150V～220V范圍內(nèi)依程序自動(dòng)調(diào)節(jié)，具體調(diào)節(jié)值根據(jù)光源類型不同而定。

調(diào)節(jié)方式每項(xiàng)可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，也可以聯(lián)調(diào)

相間不平衡度容許100%

波形畸變無

單項(xiàng)效率＞98%

絕緣要求電源、控制回路、外殼之間耐壓2.5KV

相對(duì)濕度0～95%無結(jié)露

工作溫度－20℃～45℃

環(huán)境要求通風(fēng)良好

使用壽命15年以上

二、新安縣北京路全段節(jié)能情況分析

1．北京路有照明路燈108盞，均為高壓鈉燈,最大電流300A左右，最大電壓226V,有功功率為28KW,經(jīng)過認(rèn)真分析，考慮到今后的增容、擴(kuò)建等因素故,該路段需配備功率為30KW的燈光節(jié)電器。

2．投資分析及投資回報(bào)

其一、該路段沒有安裝pH-ST燈光節(jié)電器之前，每月用電7000度（路燈管理所提供），使用pH-ST燈光節(jié)電器以后每月用電可下降到4200度，每月節(jié)省7000-4200=2800度

節(jié)電率=（2800÷7000）%=40%

一年節(jié)約12×2800=33600度

按每度電0.661元計(jì)算,一年節(jié)約：33600×0.661=2.221萬元

按使用壽命15年計(jì)算可節(jié)省：15×2.221=33.32萬元

其二、使用節(jié)電器后可以使燈具的使用壽命延長(zhǎng)兩倍左右，按路燈的使用壽命、行業(yè)平均更換率等計(jì)算該路段每年可節(jié)省燈具更換費(fèi)用約5000/年元左右。

按使用壽命15年計(jì)算可節(jié)省：15×0.5萬元=7.5萬元

其三、該路段的投資約為7.5萬元，安裝節(jié)電器以后可以在兩年多的時(shí)間里通過節(jié)省的電費(fèi)收回投資，而7000度/月的用電量是夏季的用電，是一年當(dāng)中用電量最少的季節(jié)，如果到了冬季用電量將會(huì)提高30%左右，屆時(shí)節(jié)省的電費(fèi)將會(huì)更多，那么投資回收期將會(huì)相應(yīng)縮短。

三、測(cè)試情況說明

未安裝節(jié)電器的情況下，北京路路燈照明用電426.6天/度，安裝節(jié)電器以后，北京路路燈照明用243天/度，安裝節(jié)電器以后北京路路燈照明用電減少183.6天/度，與節(jié)電器前的數(shù)據(jù)相比，節(jié)電率達(dá)到43%。

新安縣是重點(diǎn)的旅游城市，為了提高自己的形象，新安更是加強(qiáng)了“亮化工程”的建設(shè)。隨著“亮化工程”的不斷發(fā)展，電費(fèi)開支越來越大，財(cái)政支出越來越多，不但如此，還給本身電力緊張的局面加重了負(fù)擔(dān)。雖然采用了半夜燈的辦法，即在上半夜燈全部亮，下半夜亮一半，在一定程度上減少了電費(fèi)開支。但是這種辦法卻有一些弊端，如對(duì)行人和車輛造成不安全感、影響城市形象等，因此，真正既能減少電費(fèi)開支，又能緩解電力緊張局面的辦法，只能從節(jié)電技術(shù)和節(jié)電設(shè)備上想辦法。所以，推廣路燈節(jié)能技術(shù)意義非常重大。從小的方面說，降低電費(fèi)，減少財(cái)政支出，本縣直接受益，從大的方面講，對(duì)新安縣，對(duì)國家和整個(gè)社會(huì)，節(jié)約能源都將是一項(xiàng)利國利民的偉大工程。

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第五篇：智能路燈節(jié)能控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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

時(shí)間：2009-07-03 09:58:37 來源：現(xiàn)代電子技術(shù) 作者：胡開明 李躍忠 盧偉華

0 引 言

隨著我國經(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民經(jīng)濟(jì)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的口號(hào)的提出，全國路燈的數(shù)量仍在迅猛地增長(zhǎng)。公共路燈節(jié)能的口號(hào)便由此而提出。通常的節(jié)能途徑有兩個(gè)：一個(gè)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(shí)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(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。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)控制思想實(shí)現(xiàn)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)實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 1．1 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(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)段來對(duì)路燈進(jìn)行控制，使其在不同的季節(jié)有不同的開關(guān)燈時(shí)間。而從開燈到關(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，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)出電流或者電壓過高或者過低，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)電流或者電壓過高或者過低，單片機(jī)馬上做出調(diào)整，適當(dāng)?shù)亟档突蛘呱唠妷海詫?shí)現(xiàn)對(duì)路燈過載、過壓等各種功能進(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。

1．2 電量檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

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)此來控制電路負(fù)載的電壓。設(shè)計(jì)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，以此來檢測(cè)路燈電壓電流的有效值。另外對(duì)檢測(cè)到的過載、過壓等故障進(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)間段來開啟不同檔位電壓外，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是美國國家半導(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)。路燈控制器接收到外部數(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)。

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)智能路燈節(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。

將一年大致分為三個(gè)季節(jié)段來對(duì)路燈進(jìn)行控制，每個(gè)季節(jié)段有著不同的開關(guān)燈時(shí)間。從開燈到關(guān)燈根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ㄓ挚纱笾路譃槿齻€(gè)階段來對(duì)路燈進(jìn)行控制，分別為交通高峰期、交通正常期和交通低谷期。這三個(gè)階段加上避免電網(wǎng)電壓過低的全壓運(yùn)行檔，就構(gòu)成了全壓、高峰、正常、低谷四個(gè)工作時(shí)間段，根據(jù)本地區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行劃分。系統(tǒng)通過對(duì)日歷時(shí)鐘芯片DS1302 讀出來的當(dāng)前與鐵電存儲(chǔ)器芯片AT24C02中存儲(chǔ)的開、關(guān)燈時(shí)間進(jìn)行比較，在各檔開啟的時(shí)刻就切換至相應(yīng)檔位，在關(guān)閉的時(shí)段關(guān)閉，其余時(shí)段進(jìn)行監(jiān)控。在交通高峰時(shí)段，保證路燈有足夠的照明度。于是正常情況下，路燈應(yīng)投入第1檔運(yùn)行。此時(shí)，當(dāng)電網(wǎng)電壓過低(低于208 V)，則路燈應(yīng)全壓運(yùn)行；如果電網(wǎng)電壓過高(高于236 V)，路燈可以跳過第1檔，直接投入第2檔運(yùn)行。在交通正常階段，要兼顧照度和節(jié)電效果，正常情況下，路燈應(yīng)該投入第2檔運(yùn)行。在電網(wǎng)電壓低手205 V時(shí)，返回第1檔運(yùn)行；在電網(wǎng)電壓高于242 V時(shí)，則投入第3檔運(yùn)行。在交通低谷階段，重點(diǎn)考慮節(jié)電效果。正常情況下投入第3檔運(yùn)行，只有當(dāng)電網(wǎng)電壓過低(低于195 V)時(shí)，路燈才會(huì)返回第2檔運(yùn)行。但是由于電網(wǎng)的波動(dòng)或干擾，可能會(huì)出現(xiàn)電壓偶爾的不正常，若一旦檢測(cè)到電壓超限就切換檔位，很容易造成誤操作，從而導(dǎo)致頻繁的切換。設(shè)計(jì)中采用了以下方法來避免檔位的頻繁切換：當(dāng)路燈運(yùn)行于1～2檔時(shí)刻之間，需使電壓維持在208～236 V之間，這里采用COUNT，COUNT_H，COUNT_L三個(gè)計(jì)數(shù)器來監(jiān)測(cè)電壓。COUNT從0開始，每分鐘加1，加到5，即5 min后清零。COUNT_H從0開始，每min比較當(dāng)前電壓與電壓上限值的大小，若超過上限則將COUNT_H加1，在每次COUNT清零之前，若COUNT H值等于5，則認(rèn)為連續(xù)5 min電壓超出上限運(yùn)行，相應(yīng)地將路燈運(yùn)行檔位切換至低一檔運(yùn)行；若COUNT_H值小于5，則認(rèn)為是電網(wǎng)的波動(dòng)，不進(jìn)行切換。電壓下限監(jiān)測(cè)同理。每5 min將三個(gè)計(jì)數(shù)器同時(shí)清零。

從SPI總線上獲取ATT7028檢測(cè)的電工參數(shù)的計(jì)量結(jié)果，再對(duì)檢測(cè)值進(jìn)行校表，即可對(duì)校表寄存器賦值來進(jìn)行軟件校表。

顯示模塊主要是在控制室內(nèi)顯示當(dāng)前時(shí)間及檢測(cè)到的路燈的運(yùn)行情況。

主程序與各個(gè)子模塊之間采用定時(shí)中斷聯(lián)系，每隔1 min中斷一次，在每次中斷時(shí)均要完成四大任務(wù)，即讀出實(shí)時(shí)時(shí)間發(fā)送至主控室，決定是否換檔，根據(jù)電網(wǎng)波動(dòng)實(shí)際情況控制決定是否改變檔位，以及將原邊電網(wǎng)電壓根據(jù)實(shí)際情況發(fā)送至監(jiān)控室。軟件流程圖如圖3所示。節(jié)能效果分析

以1 kw路燈為例，設(shè)當(dāng)路燈電壓為205 V時(shí)，單位時(shí)間耗電量為0．87 kWh；當(dāng)路燈電壓為193 V時(shí)，耗電為O.77 kWh；在滿足行人車輛運(yùn)行需要的情況下，適當(dāng)降低路燈的端電壓，可節(jié)能20％左右。在深夜行人稀少時(shí)，可將路燈的端電壓降至170～180 V，路燈1 h內(nèi)耗電O.55 kWh左右，除去其他損耗，可節(jié)約電能近40 %。結(jié) 語

該智能路燈節(jié)能裝置采用分時(shí)換擋方法，在保證照明的情況下兼顧到了用電低谷期節(jié)能效果。實(shí)驗(yàn)表明該智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)可明顯地提高路燈的用電效率，延長(zhǎng)路燈使用壽命。在節(jié)約能源、電力資源合理利用的今天，該裝置有著十分廣闊的社會(huì)和商業(yè)前景。