路灯节能控制器报告[样例5]

第一篇：路灯节能控制器报告

单片机系统分析与调试

课程设计报告

课程名称：路灯节能控制

作者姓名：周果、王开基、申磊、刘湘

班级学好：机电1031班06、07、31

指导老师：黄有全

时间：2011年12月31日

路灯节能控制设计

一、设计题目极其分析：

设计要求：

1、天黑后自动开启路灯

2、到设定时间后自动熄灭

3、自动熄灭后且天黑，如果有人路过，灯自动开启，且5分钟后自动熄灭

设计应用背景：能源问题己经成为全球最为关注的问题之一，能源危机已经成为全人类所面临的主要危机，特别是我国的电力能源近年来显得十分吃紧，电力紧张阻碍着我们的日常生产、生活，甚至严重影响到我国经济的发展与社会文明的进步。在城市亮化、美化大潮的趋势下，城市景观照明耗电也吞噬着我们的电力资源。而发电企业投资和建设需要一个较长的周期，快速的经济发展需要更多更充足的电力供应和消耗，电力的供求之间矛盾重重。电力供应缺口很难在短期内得以缓解，发展与节约并重，已经成为经济建设的必然选择。此时，灯光照明行业节电也成为了我们的必然选择

设计应用意义：路 灯 是 城 市 照 明 工 程 的 主 要 组 成 部 分，在 夜 晚，路 灯 的 照 明 起 到非 常 重 要 的 作 用。但 是 路 灯 在 起 着 重 要 作 用 的 同 时，也 在 消 耗 着 大 量的 能 源。目 前 一 般 的 传 统 路 灯，主 要 是 高 压 钠 灯，一 盏 路 灯 的 功 率 约为 100W－ 400W，一 些 大 型 路 灯 功 率 可 以 达 到 1000W 以 上。我 们以 一 盏 路 灯 200W 来 计 算，一 个 晚 上 照 明 12 个 小 时 从 晚 上 7 点 到第 二 天 早 上 7 点），那 么 一 盏 路 灯 就 要 消 耗 200×12/1000 ＝ 2.4度 电 能。假 设 路 灯 之 间 的 间 距 是 20 米，一 条 长 2 公 里 的 街 道 就 有（所2×2000/20 ＝ 200 盏 路 灯 道 路 两 边 各 有 一 盏 路 灯，以 要 乘 2），那 么 这 条 街 道 一 晚 上 消 耗 的 电 能 就 有 200×2.4 ＝ 480 度，1 年 消耗 的 电 能 是 480×365＝ 17.52 万 度。在一个城市中，除了主干道外，还有很多次干道和小的路段，这 特些街道在夜晚的人流量和车流量都比较小。别是一些郊区和比较偏僻 的 路 段，在 半 夜 1 点 钟 以 后，人 流 量 和 车 流 量 一 般 非 常 少。但 是 即使 没 有 人 或 车 经 过，这 些 路 灯 也 是 长 期 点 亮 的，这 时 电 能 就 被 白 白 浪费 掉 了。很 多 路 段 真 正 有 效 的 照 明 时 间 只 占 到 整 个 照 明 时 间 的 20－ 30，也 就 是 说 大 部 分 电 能 被 浪 费 掉 了。如 果 有 效 照 明 时 间 是 30，那 么 一 条 街 道 浪 费 的 电 能 就 有17.52×0.7＝ 12 万 度。一 个 中 等 规 模 的 城 市 这 样 的 街 道 可 能 就 有100 个 以 上，一 个 大 城 市 往 往 有 数 百 个 这 样 的 街 道，那 么 就 是 说 一 个 考城市每年在路灯上浪费的电能就有数百到数千万度以上。虑到全国有 数 百 个 大 型 城 市，中 小 规 模 的 城 市 更 多，总 的 浪 费 电 能 是 非 常 巨 大的。据 统 计，杭 州 市 一 年 用 于 城 市 照 明 的 费 用 就 高 达 3 亿 元 以 上。如 比果我们采取一定的节能措施，如说在没有人和车经过时自动关闭路灯，就 可 以 收 到 明 显 的 节 能 效 果。在 能 源 日 益 紧 张 的 今 天，特 别 是 很多城市存在电力不足的矛盾，这无疑是非常有意义的。

二、系统设计

设计基理：路灯节能控制器是通过运用

MCS—51单片机设计的，通过配套的功率变换组件，可在路灯的启停和运行中，有效的调节路灯的端电压，控制路灯的照明亮度，从而改变了路灯在不同时段的耗电量，改善了功率因素，到了节约电能的目的。

设计思路：设计采用PWM 脉宽调制技术和恒流源电路对路灯的驱动和亮度调节。通过单片机和传感器及其检测电路完成路灯工作状态的控制。显示部分利用液晶显示模块，菜单式操作，显示时间、故障路灯地址、支路开关灯时间、每只灯的开关时间等功能。

设计原理：将整个电路分成三个部分，环境控制电路、时钟电路、交通状况传感器检查电路

环境控制电路：利用光敏电阻的阻值与光照度呈反比例关系，采样其两端的电压信号，利用采样的电压信号通过施密特触发器输出的TTL 电平来控制LED 灯的开关。电路可靠，有效地避免由于短时间光照剧烈变化引起的误动作，操作者可以通过电位器方便的进行调试

时钟控制电路： 使用时钟专用芯片DS1302 进行时钟控制，通过外加很少的电路就可以实现高精度的时钟信号。外围电路简单可靠，时间精度高，采用串口通信可以节省I /O 口的资源，通过外接锂电池后可以实现时间信息储存。交通状况传感器：采用声控传感器来判断是否有人路过该位置，并送入单片机判断执行相应的程序。

设计结构图：

路灯节能控制系统实现的功能：支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，控制整条支路按时开灯和关灯;能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯，能根据交通情况自动调节亮灯状态;并能分别独立控制单只路灯的开灯和关灯时间;当图1 模拟路灯节能控制系统结构图路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。单元控制器具有调光功能，路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20% ～100% 范围内设定并调节，调节误差≤2%

三、单元设计 1环境光控电路： 环境控制电路是对环境光亮度的检测，将检测信号送单片机P15，从而实现自动开灯关灯。下图为环境控制电路图。明暗检测采用光敏电阻RG1 和R12（RP2）分压，提取电压信号，送到由555 定时器组成的施密特触发器。当环境暗到一定程度（通过RP2 可以方便的调节），RG1 阻值上升，施密特触发器翻转，将电平信号送单片机处理。C8 为抗干扰设计，如天暗时，闪电的干扰，C8 使555 的2 脚电压不会突变，防止误动作。D2 为指示灯，方便调试。时钟电路

DS1302 是一款高精度时钟集成电路，它可以进行年、月、日、星期、时、分、秒计时，功能强大。电路图如下

3显示控制模块

显示控制模块如图7 所示。控制见软件设计。

四、程序框图软件设置 1路灯控制流程图：

五、测试数据及性能分析

1时钟测试：设定当前时间内开关灯，观测得到显示正常。始终模块成功。2环境明暗变化测试：将光控模块移动作品至暗处，观察灯光是否自动亮起。

3声控测试：将整个作品移到黑暗处，发出声音，观察灯光是否亮起。

六、总结心得

通过制作路灯节能控制器，我们小组对单片机MCS—51有了更多的了解，学到了很多课本上学不到的东西，书本看上去容易做的东西，在实践做却遇到了很多的难题，我们组里成员相互合作补长取短，通力合作共同攻破难题，让我感觉到了团队合作的力量。我们一起去买元器件，一起研究电路图，分析问题，检查故障，书写程序，享受着其中的乐趣，为自己感到骄傲……

七、谢辞

感谢老师在制作中的帮忙，同学们在制作中为我们分析问题。

第二篇：路灯控制器设计报告

路灯控制器的设计

一.设计任务和要求

设计要求：

1、自制电路供电的稳压电源；

2、LED采用恒流供电。

3、该控制器具有环境亮度检测和控制功能，当处于暗（亮）环境下能够自动开（关）灯，为了演示方便，在现场演示时，当调光台灯（模拟自然光）较暗（较亮）时相当于暗环境（亮环境），此时另一个白光LED（模拟路灯）将被点亮（熄灭），以此实现光控功能。

二.方案说明

安装在公共场所或道路两旁的路灯，通常是随环境的亮和暗而自动的关断和开启或者自身亮度，同时可以对消耗的电功率进行测量。实验时用1W白光LED（3.3V@300mA）代替路灯，用调光台灯替代环境光线变化。

三.原理电路设计

1.单元电路设计.本光控路灯包括

(1)光敏采样部分,当光敏三极管处于不同光照强度下,它的阻值变化很大.将光敏三极管串联一个适当的电阻,接入电路中,输出量作为开关值.无光照强度或光照强度很小时,采样值接近VCC.当光照强度增加到一定程度时,采样值为一个较小值,并且随着光照继续增强,采样值也随着减小.(2)电位器调节电压部分.当光照达到一定强度时,通过调节电位器改变它的电压,使之与光敏采样部分的采样值相等即可.(3)集成运放器部分.需要用到集成运放器的开环性能和闭环性能.当集成运放处于开环状态时.它是一个电压比较器,对同相输入端和反相输入端的电压进行比较.若同相输入端的电压高于反相输入端的电压,则输出高电平;若同相输入端的电压低于反相输入端的电压,则输出零(单电源)或低电平(双电源).(4)三极管放大部分.使用三极管对集成运放器的微弱输出电流进行放大,从而使led灯能正常发光.2.元件选择

(1).光敏器件选择

光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。光敏三极管又称光电三极管，它是一种光电转换器件，其基本原理是光照到P-N结上时，吸收光能并转变为电能。当光敏三极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。当具有光敏特性的PN 结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的信号电流。不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度。

本次设计选择的是3DU33型号光敏三极管.在1000lx，V=10v条件下，电流典型值为10 mA.故可推测在1000lx,V=5A条件下，电路大约为5mA。且在有光条件下，电流最小值为2 mA.电路图如下

(2)电位器选择

本次设计电位器选择通用型3296系列103A电位器，阻值为10k.图如下

（3）集成运算放大器选择。本次选择LM358运算放大器。

LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用 电路如下

（4）三极管选择。

本次选用S8050 NPN型三极管。三极管8050是非常常见的NPN型晶体三极管，在各种放大电路中经常看到它，应用范围很广，主要用于功率放大、开关。参数： 耗散功率0.625W（贴片：0.3W）

集电极电流0.5A 集电极--基极电压40V 集电极--发射极击穿电压25V 集电极-发射极饱和电压 0.6V 特征频率fT 最小150MHZ 典型值产家的目录没给出 引脚排列为EBC或ECB 838电子

按三极管后缀号分为 B C D档 贴片为 L H档

放大倍数B85-160 C120-200 D160-300 L100-200 H200-350

3.整体电路

实验原理

光敏采样值输出到前1/2 LM358同相输入端，电位器调节部分电压输出到前1/2 LM358反相输入端。当同相输入端电压值高于反相输入端电压值时，U1A输出高电平，反之输出零。U1B是引入负反馈闭环的运算放大器，可以由理想集成运算放大器虚短，虚端方法来分析电路。当U1A输出为零时，反相输入端电平也为零，U1B输出为0，led灯灭。当U1A输出高电平时，由虚短可判断反相输入端电压也为等值高电平。三极管工作在放大区，放大电流，led灯亮。

四.性能测试与分析

理论数据分析：在有一定光照条件下，光敏三极管的电流为2-5 mA.经计算考量，选取与光敏三极管串联的电阻为800欧。为使调节范围足够大，满足设计要求，选取R3=R6=1k,电位器R4=10k.在同相输入端大于反相输入端的电压值时，集成运算放大器最大输出几mA的电流，理论流过led灯最大电流为300mA。在光照足够强时，同相输入端电压值小于反相输入端，电压比较器输出零，此时三极管be间电压小于开启电压，三极管处于截止状态，流过led灯的电流为零。

仿真数据：无光照条件下，U1A同相输入端输入值即光敏部分采样值为4.993V，反相输入端电压值为2.363V，U1A输出4.023V，输出电流几乎为零。三极管基极电流为0.036A，流过led灯的电流值为0.400A（protues仿真没有S8050三极管和光敏三极管，故分别用TIP41和光敏电阻代替，与理论数据分析有差距）实测数据: 无光时,U1A同相输入端电压为4.91V,反相输入端电压为3.74V,U1A输出端电压为4.01V,电流几乎为零.此时测得led灯两端电压约为3.20V.逐渐增大光照强度,发现某一时刻led灯开始明显变暗,并且随着光强缓慢增加,led灯继续变暗,直至只有微弱灯光.此时测得led灯两端电压为2.43V.整个过程中,U1A同相输入端电压始终小于反相输入端电压值,U1A输出电压为零.U2A同相及反相输入端电压都为零,输出端有0.64V电压.误差分析: 处于临界光照时,运算放大器同相及反相输入端电压差值很小,容易波动.运算放大器均是采用直接耦合的方式，直接耦合式放大电路的各级的Q点是相互影响的，由于各级的放大作用，第一级的微弱变化，会使输出级产生很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入级的Q点发生微弱变化 象：温度），输出将随时间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。产生零漂的原因是：晶体三极管的参数受温度的影响。解决零漂最有效的措施是：采用差动电路

六.实验心得

本次课程实验设计是我们三人组齐心协力,默契的团队配合.从初期方案的确定,到实验室共同焊板子,还有后来共同解决遇到的电路问题,每个人都很积极地去解决困难.通过此次设计，能够一步了解了光敏三极管的原理和特性，把我们所学到的知识应用到了实践，结合模拟电路和数字电路知识，经一步巩固和掌握前面所学的知识，收获很大。

七.参考文献

[1] 华成英，童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006：74-116.[2] 谢自美 电子线路设计[M];华中科技大学出版社;[3] 百度文库,道客巴巴资料以及电子爱好者论坛等

第三篇：光伏路灯控制器（范文模版）

本科生毕业论文（设计）

2014 年 5 月 21日 曲阜师范大学教务处制

题

目

光伏路灯控制器

姓

名

王俊鹏

学号

2010416015

院

系

电气信息与自动化学院

专

业

电气工程及其自动化

指导教师

黄金明

职称

副教授

目 录

摘要.....................................................................1 关键词...................................................................1 Abstract.................................................................1 Key words................................................................1 1 绪论..................................................................1 1.1 光伏路灯控制器的研究背景与意义..................................1 1.2 光伏路灯控制器系统的研究现状....................................2 1.3 本文研究的主要内容和结构........................................2 2 光伏发电系统理论基础..................................................2 2.1 光伏发电系统....................................................2 2.1.1 太阳能电池的物理基础......................................2 2.1.2 光伏电池的基本特性........................................3 2.2 贮能装置........................................................3 2.2.1 铅酸蓄电池的工作原理......................................3 3 光伏发电系统的控制方法................................................4 3.1 蓄电池充电控制方法..............................................4 4 控制系统设计..........................................................4 4.1 光伏发电系统主电路设计..........................................4 4.2 光伏发电LED路灯控制器硬件设计..................................5 4.2.1 STC12C5A60S2最小系统......................................6 4.2.2 信号采集电路设计..........................................6 4.2.3 PWM信号放大电路设计.......................................7 4.2.4 控制部分辅助电源设计......................................8 4.3 LED驱动设计.....................................................8 4.4 系统软件设计....................................................9 4.4.1 主程序设计................................................9 4.4.2 充放电程序设计...........................................10 4.4.3 光伏发电接入口软件设计...................................10 4.4.4 LED照明管理程序设计......................................11 5 总结与展望...........................................................12 致谢....................................................................12 参考文献................................................................12 附录一..................................................................12

光伏路灯控制器

电气工程及其自动化专业学生 王俊鹏

指导老师 黄金明

摘要：本文设计了一种以STC12C5A60S2单片机为主控芯片的光伏路灯控制器。设计中使用了单片机自带的A/D转换器进行电压、电流数据的采集；使用了两路PWM来控制MOSFET的导通，实现了太阳能电池板输出和蓄电池充电的控制；采用对I/O引脚高低电平的控制，来控制光耦器，从而控制蓄电池放电；采用了恒流来驱动LED照明；利用的分段式充电策略，优化了蓄电池充电，延长了蓄电池使用寿命；同时，利用太阳能电池板自身作为光控元件，提高了灵敏度。关键词：单片机

LED路灯 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 绪论

1.1 光伏路灯控制器的研究背景与意义

21世纪能源研究的热点问题是新能源技术。太阳能作为一种巨大的可再生能源，每天有着相当于数万亿桶石油燃烧的辐射能量到达地球表面[1]。丰富、广阔的太阳能资源被开发和利用，将会减少对不可再生能源的使用，减少对煤炭、石油等化石能源使用带来的污染，保护了生态环境，有利于生态环境走可持续发展的道路。可以说未来的能源结构基础离不开太阳能。太阳能将会成为主要的能源之一，它的应用前景也必将非常广泛。因此，对太阳能的开发和利用是利国利民的大事，有着重大意义。

路灯是日常生活中必不可少的公共设施，随着经济的发展，居民生活水平和质量的提高，路灯能耗增长的问题也随之而来。研究路灯低能耗问题也将成为一个重要的课题。LED照明技术的日渐成熟推动了照明行业的发展，LED作为照明设备的光源也被越来越多的选用。相比于日光灯，白炽灯等光源，LED具有工作电压低，能耗非常低，光效高，使用寿命长等优点[2]。因此，LED照明也会被广泛得推广和应用。

本文在研究光伏发电技术和LED照明技术的基础上[3]，设计一种光伏路灯控制器。

其中，太阳能发电系统为路灯供电，LED作为照明光源，将二者结合既节约了能源，又降低了能耗。这一设计用于校园、小区生活路灯中，很有现实意义。1.2 光伏路灯控制器系统的研究现状

目前，光伏充电控制器可分为以下几种类型：并联型光伏控制器、串联型光伏控制器、脉宽调制型光伏控制器、智能型光伏控制器、最大功率跟踪控制器[4]。其中，最大功率跟踪控制器，能判断系统在运行时的输出功率是否达到最大值，而且，还能随时调整太阳能电池始终运行在最大功率点处，控制性能高。控制器控制负载采用的方式有光控、光控加时控、PWM调节负载、实时时钟四季变换等。控制器的芯片有DSP、ARM、单片机等。相比而言，单片机芯片成本低，学校和小区路灯环境对光伏系统要求相对低，从经济简单的角度，选用单片机控制，采用光控比较实用。

获取最大功率的控制方法主要有恒定电压法、短路电流比例系数、扰动控制法、电导增量法等。虽然扰动控制法和电导增量法精度相对高，但是，考虑到在小型光伏系统中功率不是太大，恒定电压法简单、易于实现。1.3 本文研究的主要内容和结构

基于光伏发电理论和LED照明技术，本文设计一种光伏路灯控制器系统。硬件方面，[5-7]以单片机STC12C5A60S2作为主控芯片，硬件电路设计包括电压、电流的信号采集电路，PWM信号的放大电路，控制系统的控制电源设计电路，LED恒流驱动电路。在控制方法方面，对太阳能电池采用恒定电压法的最大功率追踪；对蓄电池采用分段式充电的方法；对负载采用太阳能电池输出电压作为控制信号的光控方式；对蓄电池过放电采用I/O引脚控制光耦合器实现继电器动作，切除负载。

论文的结构: 第一章介绍设计研究的背景和意义，对光伏路灯控制器的研究现状作了叙述，对论文的组织结构作介绍。

第二章介绍光伏发电的理论基础，对太阳能光伏发电的工作原理以及铅酸蓄电池的工作的基本原理分别进行了介绍。

第三章介绍研究设计中蓄电池充电的控制方法。第四章是设计的核心，对光伏路灯控制的硬件和软件进行设计，硬件电路包括电压、电流信号的采集，PWM信号放大，控制芯片电源等部分。

第五章对本文设计进行总结和展望。光伏发电系统理论基础

2.1 光伏发电系统

光伏发电系统是用来将吸收的太阳光光能转换成电能。它主要由太阳能电池方阵、充放电控制器、蓄电池、负载等设备组成。光伏发电系统的结构框图用图2-1来描述。

太阳能电池方阵控制器蓄电池LED照明

图2-1 光伏发电系统结构框图

其中，太阳能电池方阵选用156多晶100W一块（开路电压为21V左右），蓄电池选用12V60Ah的铅酸蓄电池两组，LED照明灯具选用12V30W的一盏。2.1.1 太阳能电池的物理基础

光伏电池的物理基础是光伏效应[4]。光伏效应是指光照在不均匀半导体或半导体和

金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转换为电子、光能量转换为电能量的过程；其次，是形成电压的过程。有了电压就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流回路。其原理图可以用图2-2来描述。

图 2-2 光伏效应原理图

2.1.2 光伏电池的基本特性

太阳能电池其实就是一个大面积的平面二极管[4]，其工作的等效电路可以用图2-3中的模型来描述。图中把光照下的PN结看做一个理想二极管和恒流源并联，恒流源的电流即为光生电流IL，RL为外负载，通过PN结电流ID用二极管表示。

图2-3 太阳能电池等效原理图

太阳能电池组件的性能参数主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率。其中，光电转换效率是衡量电池质量和技术水平的重要参数[4]。2.2 贮能装置

由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以，一般需要配置储能装置（蓄电池系统）才能工作。而光伏发电产生的电能最适合的贮能方式是将电能转换为化学能，需要时将化学能转换为电能。

目前，主要的贮能装置有如下几种:铅一酸（Pb-acid）、镍一隔（Ni-Cd)、镍一金属氢化物(Ni-MH)、锂一离子（Li-ion）、锂一聚合物（Li-poly）和锌一空气、超级电容器、高能镍碳超级电容[4]。

当前由于铅酸蓄电池具有技术成熟，价格低廉，性价比较高等优点，因此得到了广泛的应用。本文在设计光伏路灯控制系统时，采用的储能装置就是铅酸蓄电池。设计中采用12V60Ah的铅酸蓄电池两组并联，在保证充足的容量的同时，双路便于某一蓄电池出现故障时线路的正常运行。2.2.1 铅酸蓄电池的工作原理

在蓄电池充、放电时，正极、负极活性物质和电解液同时参与化学反应。铅酸蓄电池充放电化学反应的原理方程式如下：

正极：（2.1）PbO2HSO43H2ePbSO42H2O

负极：PbHSO42ePbSO

（2.2）4H3

总反应：PbO22HSO4Pb2PbSO42H2O（2.3）

以上反应是可逆的，这种可逆反应使蓄电池实现了贮存电能和释放电能的功能。光伏发电系统的控制方法

3.1 蓄电池充电控制方法

恒压、恒流、分段是蓄电池常见的充电控制方式[4]。恒压，即对电池采用恒定的电压充电，它的特点是：在充电刚开始的时候有很大的电流，一段时间之后，电流开始慢慢下降，当电池电压升高后充电电流变得很小，在初始阶段，大电流很可能会损坏蓄电池；恒流，即在充电时一直控制充电电流大小不变；分段，即对整个充电过程采取分段式控制。当蓄电池电压较低时，蓄电池接收电流的能力较强，可以采用较大电流进行充电，电池电压升高时，其接收电流的能力下降，此时应该降低充电电流。

本文在设计时采用光伏发电系统给蓄电池进行分段式充电。充电环节包括:限电流充电、恒电压充电、涓流三部分。

限电流充电：由于产生的光能的不稳定性，实现恒流的控制较难，因此在设计的时设定一个最大充电电流Imax。

恒电压充电：当充电充到一定程度，蓄电池对电流的接收能力逐渐减弱，此时需控制蓄电池充电电压保持在一个恒定值即可。

涓流:经过恒电压充电后，蓄电池已基本充满，可设定最大过冲电压，进行涓流充电，保持电压较恒定。控制系统设计

4.1 光伏发电系统主电路设计

T1F1光伏接口G1C1D2T2C2D3L1G2D4C3C4D5F2D112VR1继电器D6蓄电池R4光耦合R55VI/OR6光耦合+–继电器5VI/OR2R312V

图4-1 光伏发电系统主电路设计

太阳能电池板转化的电能先通过MOSFET管T1，然后通过防反肖特基二极管D2，接着经过DC/DC直流变换电路给蓄电池充电。T1管控制光伏接口，使其输出功率接近最大；为防止蓄电池对太阳能电池板反冲采用了防反肖特基二极管D2，DC/DC电路的核心是buck电路[7]，系统的重点是对buck电路的控制。

蓄电池放电主要是用于控制部分和LED照明部分的供电。为防止蓄电池过度放电而损坏蓄电池，控制LED路灯放电回路上的继电器的通断，设计时使用STC12C5A60S2的一个I/O引脚来控制光耦合器的通断。

整个主电路由单片机芯片STC12C5A60S2来进行控制，系统的工作流程如下: 当蓄电池电压处于正常工作范围内，蓄电池正常对控制器部分和LED路灯供电。当蓄电池的电压处于欠压状态时，用于控制的单片机I/O端口由高电平变为低电平，光耦合器导通，继电器动作切断LED照明部分，当蓄电池电压恢复正常值，继电器再次动作负载回路接通。当蓄电池电压过高处于过压状态时，控制开关管T2断开，光伏电池板停止对蓄电池充电。

下面对buck电路进行详细分析，如图4-2所示：

T1D2T2C2C1D3L1D4C3C4D1G1G2

图4-

2buck电路

上图的buck电路分为两部分。第一部分是用恒电压法实现最大功率的追踪。单片机输出的PWM信号经过放大后，控制着MOSFET管T1的通断，使太阳能电池板的输出电压可调；第二部分是用于蓄电池充电控制。当MOSFET管T2导通时，二极管D4截止，蓄电池开始充电，同时电感储能；当MOXFET管T2断开时，二极管D4导通，此时电感释放储能，给蓄电池充电，此时的电压已变得比较平直，电压的纹波在经过滤波电容C3、C4滤波之后，也将再一次减小，最后的输出的电压就很稳定了。其中，第一部分和第二部分类似，也是通过改变PWM的占空比来调节的。4.2 光伏发电LED路灯控制器硬件设计

本设计的核心部分是光伏路灯控制器，主控芯片选用型号为STC12C5A60S2的单片机。整个控制器主要包括了：单片机的最小系统，电压、电流信号采集电路，PWM信号放大电路，控制部分的电源等。其中，电压、电流信号采集电路分别采集光伏电池电压、蓄电池电压、蓄电池充电的电流。控制部分的电源主要是将蓄电池的电能转换成相应等级的电压，以给控制器内芯片的电提供电压。控制器结构框图如图4-3所示：

太阳能发电G1DC/DC电路G2PWM信号放大电路辅助电源系统STC12C5A60S2LED照明蓄电池充电电流监测蓄电池光伏电池电压监测光伏电池电流监测蓄电池电压监测

图4-3 控制器框图

4.2.1 STC12C5A60S2最小系统

STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合，是一款高性价比的单片机。

STC12C5A60S2最小系统由电源、复位、振荡电路和外围扩展组成。最小系统结构图4-4如下：

5VVCCC1C2C3C4GND27μFC5C627μF复位开关R1C711.0592MHZXTAL1XTAL2RSTSTC12C5A60S2

图4-4 STC12C5A60S2最小系统结构图

最小系统中最重要的是电源的设计，在本设计芯片采用5V供电，为确保电源稳定，需要加入一个5V稳压芯片，在4.2.4控制部分辅助电源设计章节会详细介绍。4.2.2 信号采集电路设计

信号采集时采用STC单片机自带的高速10位A/D转换器。采样设计电路分为两部分：电压采集和电流采集。1)电压信号采集原理:

5VD1R1输入电压双二极管-+电压跟随器R2R3D2ADCINx

图4-5 电压采集信号原理图

首先，输入电压信号经过电压跟随器进行缓冲，然后，输出电压通过电阻R2、R3进行分压。由于A/D端口可承受的电压范围为0-5V，本文采用了双二极管来保护A/D端口。如果输入电压高于5V，二极管D1就会导通，输入到A/D端口的电压强制为5V；如果输入的电压低于OV，二极管D2就会导通，输入到A/D端口电压强制为0V。经过保护后的信号，最后送给单片机处理。

2)电流信号采集原理：

被测电流 IR1-+电压跟随器5VD1双二极管R2R3D2ADCINxRm霍尔电流传感器

图4-6 电流信号采集原理图

由于单片机内部读取的采集信号都是电压信号，我们采集的电流也要首先转换成电压信号。因此，图4-6霍尔电流传感器转换的输出电需要流过取样电阻Rm转换成为电压信号。转换成电压信号后，电流采集电路与电压采集电路类似。4.2.3 PWM信号放大电路设计

主电路中用到四个MOSFET管，它们分别控制着光伏电的接入、主电路中的一个DC/DC变换器、两个光耦器的通断。前两个用STC12C5A60S2提供的两路PWM信号，后两个用I/O引脚控制。

由于STC单片机的I/O直接输出的PWM信号只有5V,而驱动MOSFET管的电压需要12V。因此，输出的PWM信号需要经过放大电路，才能实现驱动MOSFET。信号放大电路图4-7如下:

12V5VNCAnodeCathodeNCTLP250VccVoVoGNDR2R1D1

图4-7 PWM信号放大电路图

单片机的PWM引脚发出的高电平的电压信号，去驱动光耦合器TLP250，输出最终电压为12V的PWM信号。TLP250的内部结构图4-8所示。

VccAnodeCathodeTr1Tr2VoVoGND

图4-8 TLP250内部结构图

当阳极为高电平时，Tr1导通Tr2截止，TLP250输出高电平12V；当阳极为低电平时，Tr1截止Tr2导通，TLP250输出低电平0V。从而实现了将STC单片机电压信号转换成为能驱动MOSFET的信号。4.2.4 控制部分辅助电源设计

控制部分的辅助电源是用来为整个控制系统提供电源的。蓄电池提供的电压在12V左右。控制系统中用到的STC单片机需要5V供电，MOSFET通断电压为12V。所以，选择一个可以稳定提供5V和12V电源的装置是关键。

LM7805能够实现5V要求，图4-9是电路设计图。

12V0.33μ1LM7805325V0.33μ

图4-9 LM7805电路设计图

12V电源可由以MC34063芯片为核心的升压模块提供，可以将供给单片机的5V电源升高到12V。图4-10是电路设计图。

R15VVCCCOMPGNDMC34063TCAPIPKIDCISWCISWEC1R2L1D112VR4R3C2C3

图4-10 MC34063升压电路设计图

4.3 LED驱动设计

LED照明通常采用恒流驱动的方式，因为这样可以减少电压波动对驱动电流的影响。本文在设计时，采用了恒流驱动[8-10]芯片PAM2842。该芯片具有较宽的输入电压值可以从5.5V到40V，电压最大输出值可达到40V，功率最大输出可以达到30W;具有三种工作方式，降压方式(Buck)、升压方式(Boost)、升降压方式(Buck/Boost--Sepic)。

设计过程如图4-11，将电阻R1接入RT引脚来设置PAM2842的工作频率，计算方1012式为:Fsw（4.1）

24(RRT12K)由于设计中接入的R1阻值为130K，所以芯片的工作频率为300KHz。

图4-11 LED驱动电路设计图

通过STC单片机的I/O端口控制EN引脚的电压来控制芯片的工作状态。PAM2842能够输出稳定的电流，输入端电压变化基本不会影响到输出电流，使LED工作的状态相对稳定，达到恒流驱动的目的。4.4 系统软件设计

软件系统的功能:检测太阳能电池板电压、蓄电池电压、蓄电池充电电流，控制PWM的输出，控制I/O引脚的高低电平。设计中的编程语言采用C语言，软件编译环境为KEIL V7.07，程序烧写软件STC-ISP.EXE，同时采用protel软件进行仿真调试。4.4.1 主程序设计

首先介绍系统的主程序，然后对主程序的模块进行介绍。光伏路灯控制器系统的主程序主要包括系统的初始化、最大功率跟踪管理、充放电管理以及LED照明自动控制。详细流程如图4-12：

开始系统初始化模块最大功率跟踪管理充放电管理LED照明控制

图4-12 主程序框图

初始化模块，主要对系统I/O引脚功能设置，对后面将要用到的PWM输出、A/D采集端口也需要进行初始化；最大功率跟踪模块，是对光伏输入电压的控制；充放电管理模块，是控制光伏发电系统对蓄电池的充电；LED照明管理系统通过采集的太阳能电池板的电压来控制。

4.4.2 充放电程序设计

充放电程序管理检测蓄电池电压N状态判断V蓄V欠压切断负载限流充电限流充电蓄电池恒压充电V恒流

图4-13 充放电程序框图

如图4-13所示，当蓄电池处于欠压状况时应切断LED照明回路，采用限电流充电的工作方式；当蓄电池电压介于欠压值和恒流充电电压值之间时，直接采用限电流方式充电；当蓄电池电压介于恒流电压值和恒压电压值之间时，采用恒定电压充电的方式；当蓄电池电压介于恒压值和过压值之间时，采用涓流的充电方式；一旦高于过压值则退出充电。

部分程序代码：

if(Uget

{guangou=0;pwmU(0X65);};//继电器动作，负载切除 if(Uget>Uqy && UgetUhl && UgetUhy && Uget

if(Uget>Ugy){pwmU(0XFF);};//退出充电

if(Uget>Uqy)guangou=1;//负载重新接通

4.4.3 光伏发电接入口软件设计

光伏电接口采用PWM控制是为了采用恒电压控制法实现最大功率输出，当环境温度比较稳定时，最大功率时的电压变化不大，检测环境温度，调整PWM输出。程序框图如图4-14。

光伏发电接口管理程序检测当前温度与设定值进行比较输出对应占空比

图4-14 光伏发电接口程序框图

部分程序代码：

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照明管理程序设计

传统的光控多采用光敏电阻和集成电路的结合进行控制，由于太阳能电池板本身就具有良好的感光性能，且优于光敏电阻本身，所以，本文采用太阳能电池自身的输出信号作为控制信号来实现光控。程序框图如下4-15：

LED照明程序管理检测接口电压检测接口状态大于给定基准值N接入负载Y切断负载输出

图4-15 LED照明管理程序

部分程序代码：

if(U3

本课题设计了一种基于STC12C5A60S2的光伏路灯控制器。该控制器的功能是实现最大功率的追踪，实现蓄电池分段充电以及LED路灯运行的自动控制。设计中主要解决了以下五方面问题：

一、设计硬件电压、电流采集电路，采集信号送入STC单片机A/D端口；

二、设计信号发大电路，利用单片机自身输出的PWM信号去驱动MOSFET管实现对DC/DC变换器的控制，达到实现最大功率追踪和蓄电池充电控制的目的；

三、以LM7805和MC34063芯片为核心，设计了光伏路灯控制器控制部分的辅助电源；

四、以PAM2842芯片设计LED驱动电路；

五、根据系统功能要求设计了控制器的软件部分。

本设计还处于理论研究层面，对于实践的应用还存在不足。下一步我会在实际应用中，进行一下几方面研究：

一、在光伏发电的最大功率追踪方面寻找更经济实用的方法；

二、除了研究太阳能作为能源，也可以将其和风能结合，形成风光互补的路灯控制器。

三、在光控的基础上加上时钟控制，使控制更加精准。致谢

值此毕业论文设计完成之际，首先要向我的指导老师黄金明副教授表示感谢，感谢黄老师在整个毕业设计的过程中给予的耐心、细致的指导。从一开始论文题目的选定，老师就从整体思路上给予指导，在查阅文献和搜集资料上提供了不少建议，使我对论文设计的思路有了明确的方向，在论文设计中遇到的问题老师给予耐心的解答，在后期论文修改中老师也提了不少可行的建议。同时，感谢实习单位的宋工，谢谢他在硬件设计上给予的指导。最后，感谢其他在论文设计过程帮助我的人。参考文献：

[1]郭连贵.太阳能光伏学[M]北京:化学工业出版社,2010:15-105.[2]王晏,甘贵林.太阳能路灯在城市中的应用探讨[J].青海科技,2008(04):10-12.[3]段现星,郑安平.光伏太阳能LED路灯照明系统设计[J].机电一体化,2011,17(7):77-79.[4]黄汉云.太阳能光伏发电应用原理[M].2版.北京:化学工业出版社,2012(13):25-200.[5]蔡振江.单片机原理及应用[M].电子工业出版社,2011:89-105.[6]郭天祥.51单片机C语言教程[M].电子工业出版社,2009:78-96.[7]王兆安,刘进军.电力电子技术[M].5版.北京:机械工业出版社,2009(13):43-46.[8]王俏俏.新型照明灯具及其驱动电路研究[D].济南:山东大学,2009.8-10.[9]杨恒.LED照明驱动电路设计与实例精选[M].北京:中国电力出版社,2008.68-75.[10]王存旭,迟新利,王刚.白光LED在太阳能照明中的应用田[J].沈阳工程学院学报(自然科学版),2008,4(4): 343-345.

第四篇：县路灯节能情况报告

新安县路灯节能情况报告

深圳市兆世科技有限公司是具备相当规模的研发、生产、销售电机节能产品、市政照明用灯光节能产品、工业照明用灯光节能产品、民用及办公用灯光节能产品、中央空调节能产品、SVG快速动态无级无功补偿装置等产品的专业生产厂家。所有的产品均具有自主的知识产权和软件著作权。产品广泛应用于自动化、工业、电力、建材、纺织、印染、塑料、食品、制药、恒压供水、市政照明、夜景工程、宾馆、写字楼、商场等领域，深受用户欢迎，在国内的电力电子、传动行业和灯光节能行业拥有很重要的地位。

我们通过对贵单位的谨慎考察，本着实事求是的原则，经过认真论证，认为贵单位在路灯照明上具备较大的节能空间，如果贵单位采用我公司的节能产品并做节能改造，可以实现综合节能40%左右的效果，这样将有效降低贵单位的电费支出，从而实现节能降耗的目标。具体节能方案如下：

一、节能措施及目标

贵单位在路灯照明上采用的是高压钠灯，由于关系到人民生活、工作的需要，照明灯的功率较大且使用的时间较长，尤其是冬季使用时间更长。计算下来每天要消耗大量的电能，因而完全有必要进行节电改造。可以采用我公司在国内所拥有的独家技术且自主生产的pH-ST灯光专用节电器节能。

pH-ST灯光节电器与其它同类节电器不同，既不用变压器降压，也不用可控硅降压，而采用国内最先进的节电技术实现灯光节能。它把大型在线式UpS原理、节能灯节电原理、变频技术、无功补偿技术、滤谐波技术等相结合并用于群体灯光节能，经过国家电光源质量监督检验中心、国家科学技术部、深圳市科学技术局等部门的检测和鉴定，该产品填补国内空白，处国内领先水平。使用pH-ST灯光节电器可以实现以下几个功能：

1.实现节能40%左右；

2.延长灯具和灯光寿命2倍左右；

3.有效延缓电路和控制器的老化。

pH-ST灯光节电器既不用变压器，也不用可控硅，而是将变频技术和大型在线式UpS原理应用到灯光节能系统中。它采用模块化矩阵电源，一个模块就是一个完整的供电系统。220V交流电源经过交流滤波后，由单相桥式整流桥整流成直流，经电容滤波后再由单相全桥逆变为0～220V电压可调，50Hz的交流电源，再经滤波，平波环节后给灯源供电。原理框图如下：

单个电源模块原理框图

pH-L灯光节电器就由多个电源模块组成矩阵电源，由西门子pLC控制构成一个冗余供电系统。pLC根据外界负载的大小和电网电压的高低来减少或增加电源模块的个数，同时把负载功率按比例分配给各模块，始终保持它是一个恒功率系统，保证实现最大限度的节能。若在使用过程中某个模块发生故障，pLC将自动切除该模块，然后将负载功率重新分配给其余模块，若其余模块已经超出其额定功率，pLC将切除所有模块，并将转换到市电（即非节电）方式，既保护设备，又保证了系统的正常供电。

pH-ST灯光节电器与同类产品的特性比较

型号变压器型可控硅控制型pH-ST灯光节电器

1．节电方式变压器降压可控硅移相降压pLC恒功率控制

2．节电率低10～30%低10～30%高30～50%

3．亮度损失大很大小

4．功率因素较高低高

5．稳定性好差好

6．可靠性高低高

7．故障率低高低

8．谐波无高无

9．自身损耗大大小

10．应用场合灯多的地方一个到多个一个到多个

11．推广价值一般低高

pH-ST灯光节电器主要技术参数

额定电压AC220V±10%；AC380V±10%

工作频率50Hz/60Hz

综合节电率30%～50%（视电源运行环境而定）

输出电压调节范围相电压在150V～220V范围内依程序自动调节，具体调节值根据光源类型不同而定。

调节方式每项可以独立调节，也可以联调

相间不平衡度容许100%

波形畸变无

单项效率＞98%

绝缘要求电源、控制回路、外壳之间耐压2.5KV

相对湿度0～95%无结露

工作温度－20℃～45℃

环境要求通风良好

使用寿命15年以上

二、新安县北京路全段节能情况分析

1．北京路有照明路灯108盏，均为高压钠灯,最大电流300A左右，最大电压226V,有功功率为28KW,经过认真分析，考虑到今后的增容、扩建等因素故,该路段需配备功率为30KW的灯光节电器。

2．投资分析及投资回报

其一、该路段没有安装pH-ST灯光节电器之前，每月用电7000度（路灯管理所提供），使用pH-ST灯光节电器以后每月用电可下降到4200度，每月节省7000-4200=2800度

节电率=（2800÷7000）%=40%

一年节约12×2800=33600度

按每度电0.661元计算,一年节约：33600×0.661=2.221万元

按使用寿命15年计算可节省：15×2.221=33.32万元

其二、使用节电器后可以使灯具的使用寿命延长两倍左右，按路灯的使用寿命、行业平均更换率等计算该路段每年可节省灯具更换费用约5000/年元左右。

按使用寿命15年计算可节省：15×0.5万元=7.5万元

其三、该路段的投资约为7.5万元，安装节电器以后可以在两年多的时间里通过节省的电费收回投资，而7000度/月的用电量是夏季的用电，是一年当中用电量最少的季节，如果到了冬季用电量将会提高30%左右，届时节省的电费将会更多，那么投资回收期将会相应缩短。

三、测试情况说明

未安装节电器的情况下，北京路路灯照明用电426.6天/度，安装节电器以后，北京路路灯照明用243天/度，安装节电器以后北京路路灯照明用电减少183.6天/度，与节电器前的数据相比，节电率达到43%。

新安县是重点的旅游城市，为了提高自己的形象，新安更是加强了“亮化工程”的建设。随着“亮化工程”的不断发展，电费开支越来越大，财政支出越来越多，不但如此，还给本身电力紧张的局面加重了负担。虽然采用了半夜灯的办法，即在上半夜灯全部亮，下半夜亮一半，在一定程度上减少了电费开支。但是这种办法却有一些弊端，如对行人和车辆造成不安全感、影响城市形象等，因此，真正既能减少电费开支，又能缓解电力紧张局面的办法，只能从节电技术和节电设备上想办法。所以，推广路灯节能技术意义非常重大。从小的方面说，降低电费，减少财政支出，本县直接受益，从大的方面讲，对新安县，对国家和整个社会，节约能源都将是一项利国利民的伟大工程。

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第五篇：智能路灯节能控制器的设计与实现

智能路灯节能控制器的设计与实现

时间：2009-07-03 09:58:37 来源：现代电子技术 作者：胡开明 李跃忠 卢伟华

0 引 言

随着我国经济高速发展，人民生活水平日益提高，能源和资源变得日益紧张，电力短缺已成为制约国民经济发展的突出矛盾。目前我国照明消耗的电能约占电力生产总量的10％～20％，而城市公共照明则在照明耗电中占30％，并且近几年随着让城市亮起来的口号的提出，全国路灯的数量仍在迅猛地增长。公共路灯节能的口号便由此而提出。通常的节能途径有两个：一个是采用节能光源；二是采用合理的控制线路。本文在使用节能光源的情况下采用合理的控制线路来实现路灯节能。在供电系统中，为避免送电过程中的线路损耗和用电高峰时造成末端电压过低，供电部门均采用较高电压进行传输。因此路灯承受电压多高于灯具的额定电压。然而据调查我国小型城市晚上21：00后，大中城市00：00以后道路上几乎空无一人。从而造成了“人少车稀灯更亮”的不合理情况。为了避免这种情况，大多数城市和地区均采用了发达国家早已淘汰了的隔盏关灯的原始路灯控制方法。这种方法不仅导致路面照度分布不均，而且会减少路灯使用寿命。本文采用“全年分三季，一季分时段”的分时控制思想实现节能的目的。在不同的时段投入不同的供电电压运行，在保证路灯正常照明的前提下，兼顾到了用电低谷期节能的效果。同时利用电力载波技术实现对路灯运行状况的实时监控。系统硬件电路的设计 1．1 智能路灯控制系统

该智能路灯节能系统主要由电量检测电路、实时时钟、自耦变压器电路、显示电路及载波通信等电路组成。将一年大致分为三个季节段来对路灯进行控制，使其在不同的季节有不同的开关灯时间。而从开灯到关灯根据当地交通又可大致分为三个阶段(高峰、正常、低谷)来对路灯进行控制。从实时时钟芯片中将当前的路灯工作状况进行相应的归类，由单片机输出控制接触器的线圈的断合，而其触点的输出分别控制自耦变压器的三个触头，对应着四个档位，每个档位对应着相应的路灯电压。由于电力传输中有谐波干扰造成电力不稳，要时刻检测路灯的电量，以电量芯片ATT7028检测出电流或者电压过高或者过低，将得到的信息传给AT89C51单片机，单片机同时与铁电存储器的信息相比较，如果发现电流或者电压过高或者过低，单片机马上做出调整，适当地降低或者升高电压，以实现对路灯过载、过压等各种功能进行控制，用电力载波通信技术将现场情况传送至监控室。原理框图如图1所示。

1．2 电量检测电路的设计

电量采集模块主要完成路灯电流和电压的数据采集。将采集到的信号转换为ADC电路可采集处理的模拟信号，通过电量芯片转换为数字信号送到单片机中，检测电压和电流是否超载，依据此来控制电路负载的电压。设计中采用三相电能专用计量芯片ATT7028A，适用于三相三线和三相四线应用，能够测量各相以及合相的有功功率、有功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，充分满足三相复功率多功能电能表的需求。同时将电量信号存入到铁电存储器AT24C24里，该存储器数据不易丢失，以便有功电能历史记录的查询。ATT7028A提供一个SPI接口，方便与外部单片机之间进行计量参数以及校表参数的传递。设计中应用ATT7028A测量电流和电压有效值，采用软件校表，通过SPI接口与外部单片机之间进行计量参数的传递，以此来检测路灯电压电流的有效值。另外对检测到的过载、过压等故障进行报警。1．3 路灯控制电路

路灯控制电路由译码电路、开关电路与变压器控制电路组成。为了使路灯分时控制取得优良的节能效果，除了要根据时间段来开启不同档位电压外，还需要实际考虑到电网电压在不同时段的电压波动情况。故将单片机检测到的电量信号与处理的实时时钟芯片DS1302信号作为74LS155二-四译码器译码地址输入端，译码器的四个端输出经三极管放大后分别驱动四个接触器的线圈，而其四个触点分别对应自藕变压器的三个触头，亦即路灯四种档：全压(220 V)、高峰期档(额定电压的93%)、正常期档(额定电压的88%)、低峰期档(额定电压的83％)。从而达到既兼顾路灯亮度又达到节能的效果。KM4接在母线上还能关闭路灯，原理如图2所示。

1．4 电力载波通信

为了实现控制室能够方便及时了解现场路灯运行情况，采用电力线载波通信技术将现场路灯检测运行的状况传送至控制室。以LM1893集成芯片实现电力载波通信，LM1893是美国国家半导体公司生产的FSK制式的调制解调芯片。能够实现可靠的串行数据的半双工电力线通信，具有发送和接收数据两种工作模式，能够与51单片机相兼容。LM1893调制解调数据输入端DATAIN与AT89C51单片机的串行输出口TXD相连，输出端DATAOUT与AT89C51的串行输入口RXD相连。LM1893的TX／RX发送接收控制端由单片机的P1．O端控制，高电平为发送状态，低电平为接收状态。路灯控制器接收到外部数据信息后，先要对所收数据的报文头和地址进行判断。当报文头正确，地址为本机地址时，它才执行相应的灯控命令，执行完后进入发送状态。

软件设计

软件主要完成：根据比较所得的结果控制硬件切换档位以达到路灯定时工作的要求；检测实时电网电压以控制是否要改变档位以达到电网实时监控的目的；最后则是配合主控室完成多机通信。整个智能路灯节能控制系统被分为了分时分段模块(主要通过时钟芯片DS1302和铁电存储芯片AT24C02配合完成)、电压监控调档模块(由电工参数测量芯片ATT7028加以软件判断来实现)、远程通信模块(由LM1893完成)以及实时显示模块组成。

将一年大致分为三个季节段来对路灯进行控制，每个季节段有着不同的开关灯时间。从开灯到关灯根据当地交通又可大致分为三个阶段来对路灯进行控制，分别为交通高峰期、交通正常期和交通低谷期。这三个阶段加上避免电网电压过低的全压运行档，就构成了全压、高峰、正常、低谷四个工作时间段，根据本地区的实际情况进行划分。系统通过对日历时钟芯片DS1302 读出来的当前与铁电存储器芯片AT24C02中存储的开、关灯时间进行比较，在各档开启的时刻就切换至相应档位，在关闭的时段关闭，其余时段进行监控。在交通高峰时段，保证路灯有足够的照明度。于是正常情况下，路灯应投入第1档运行。此时，当电网电压过低(低于208 V)，则路灯应全压运行；如果电网电压过高(高于236 V)，路灯可以跳过第1档，直接投入第2档运行。在交通正常阶段，要兼顾照度和节电效果，正常情况下，路灯应该投入第2档运行。在电网电压低手205 V时，返回第1档运行；在电网电压高于242 V时，则投入第3档运行。在交通低谷阶段，重点考虑节电效果。正常情况下投入第3档运行，只有当电网电压过低(低于195 V)时，路灯才会返回第2档运行。但是由于电网的波动或干扰，可能会出现电压偶尔的不正常，若一旦检测到电压超限就切换档位，很容易造成误操作，从而导致频繁的切换。设计中采用了以下方法来避免档位的频繁切换：当路灯运行于1～2档时刻之间，需使电压维持在208～236 V之间，这里采用COUNT，COUNT_H，COUNT_L三个计数器来监测电压。COUNT从0开始，每分钟加1，加到5，即5 min后清零。COUNT_H从0开始，每min比较当前电压与电压上限值的大小，若超过上限则将COUNT_H加1，在每次COUNT清零之前，若COUNT H值等于5，则认为连续5 min电压超出上限运行，相应地将路灯运行档位切换至低一档运行；若COUNT_H值小于5，则认为是电网的波动，不进行切换。电压下限监测同理。每5 min将三个计数器同时清零。

从SPI总线上获取ATT7028检测的电工参数的计量结果，再对检测值进行校表，即可对校表寄存器赋值来进行软件校表。

显示模块主要是在控制室内显示当前时间及检测到的路灯的运行情况。

主程序与各个子模块之间采用定时中断联系，每隔1 min中断一次，在每次中断时均要完成四大任务，即读出实时时间发送至主控室，决定是否换档，根据电网波动实际情况控制决定是否改变档位，以及将原边电网电压根据实际情况发送至监控室。软件流程图如图3所示。节能效果分析

以1 kw路灯为例，设当路灯电压为205 V时，单位时间耗电量为0．87 kWh；当路灯电压为193 V时，耗电为O.77 kWh；在满足行人车辆运行需要的情况下，适当降低路灯的端电压，可节能20％左右。在深夜行人稀少时，可将路灯的端电压降至170～180 V，路灯1 h内耗电O.55 kWh左右，除去其他损耗，可节约电能近40 %。结 语

该智能路灯节能装置采用分时换挡方法，在保证照明的情况下兼顾到了用电低谷期节能效果。实验表明该智能路灯节能控制系统可明显地提高路灯的用电效率，延长路灯使用寿命。在节约能源、电力资源合理利用的今天，该装置有着十分广阔的社会和商业前景。