一種智能變壓路燈節(jié)能系統(tǒng)的研究論文
論文摘要：路燈照明能耗問題已經(jīng)越來越為政府及各大工礦業(yè)企業(yè)所重視，成為國家“十二五”規(guī)劃節(jié)能戰(zhàn)略中的重要內(nèi)容，本文設計了一種智能變壓路燈節(jié)電控制系統(tǒng)，通過單片機控制單元變壓器抽頭的切換以控制負載上輸出電壓，達到節(jié)電控制要求，通過此方案可以做到節(jié)電30%左右，為了提高系統(tǒng)的使用，設計了過壓或欠壓故障報警等模塊。
論文關鍵詞：路燈照明,節(jié)能控制系統(tǒng),智能變壓
1.引言
國家統(tǒng)計局最新發(fā)布2010年全國相關統(tǒng)計報告顯示：2010年全年我國工業(yè)照明耗電量高達1748.2億度，相當于三峽水利發(fā)電工程年發(fā)電量840億度的2.08倍多。
在市政開支極度緊張的今天，國內(nèi)絕大部分的城市和地區(qū)幾乎都采用了日本等國家在七十年代就已經(jīng)拋棄的路燈隔一盞關燈的省錢方法，不僅導致了路面照度分布不均，給治安及交通安全埋下了隱患，而且不能避免后半夜電網(wǎng)電壓的升高對路燈壽命的減損，因此不能稱作真正意義的節(jié)能，目前發(fā)達國家正在討論的是“恰到好處的照度水平”。
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造成末端電壓過低，供電部門均采用較高電壓進行傳輸，因此路燈承受電壓多高于燈具的額定電壓。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。
本文設計了一種智能變壓路燈節(jié)電控制系統(tǒng)，詳細闡述了該系統(tǒng)的硬件和軟件設計，通過實際驗證，該路燈節(jié)電控制系統(tǒng)可以做到節(jié)電30%左右，考慮到路燈供電系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定，還設計了過壓或欠壓故障報警等模塊。
2.路燈節(jié)電控制系統(tǒng)硬件組成
智能變壓路燈節(jié)電控制系統(tǒng)的硬件部分如圖1，其變壓器一次側分三個抽頭，一次側輸入AC220V，二次側輸出分別為42.3V、25.9V、18.3V。一共分三級降壓，分別由接觸器KM、KM和KM控制，可通過單片機控制特定的接觸器達到控制輸出電壓的目的。
其中，QF為空氣開關，起過載和短路保護作用，K為旁路開關，K為節(jié)電開關，KM、KM和KM為接觸器主觸頭；采用接觸器或固態(tài)繼電器來控制變壓器原邊抽頭調(diào)節(jié)負載電壓，能夠保證調(diào)壓時不停電：PT和PT分別為一次電壓檢測和負載電壓檢測傳感器，CT為一次電流檢測傳感器，根據(jù)輸入電壓檢測結果調(diào)節(jié)電壓輸出，液晶顯示電壓、電流和功率狀態(tài)。面板上裝有節(jié)電和旁路的選擇開關，以及狀態(tài)指示燈，指示故障、旁路和節(jié)電等狀態(tài)。裝置設計有溫度檢測裝置，當溫度達到一定時，啟動風扇，溫度再高，則Kl閉合，路燈裝置旁路工作。
圖1智能變壓路燈節(jié)電控制系統(tǒng)電路圖
單片機選用AT89S52，其內(nèi)含256個字節(jié)的RAM、32條I/O線、3個16位定時器/計數(shù)器，且自帶8K的電擦除EEPROM用以保存控制程序，用ADC0809作為模數(shù)轉換器，實現(xiàn)對電流電壓由
模擬量向數(shù)字量的轉換，時鐘是單片機的ALE經(jīng)D觸發(fā)器控制口，由P2.7WR／RD和或非門組成的標準控制電路，結果輸出采用延時方式延時大約為180us。單片機的P0口與ADC0809的.輸出端口連接，讀取A/D轉換后的結果。
AT89系列單片機是美國ATMEL半導體公司在二十世紀八十年代將Flash與80C51核相結合開發(fā)出來的，該系列單片機和MCS-51在內(nèi)部功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。由于AT89系列單片機繼承了MCS-51的原有功能，內(nèi)部含有大容量的Flash存儲器，又增加了新的功能，如看門狗定時器WDT、ISP（可在線編程）及SPI串行接口技術等，AT89S52是在AT89C51、AT89C52基礎上改進的。
AT89S52的工作電源為4.0～5.5V，單一+5V電源供電，最高工作頻率為33MHz。AT89S52單片機在路燈線路中采集進來的高電壓/電流，經(jīng)過二次霍爾傳感器降為較低的電壓/電流信號，將其都轉化為電壓信號0～5v，之后經(jīng)過帶通濾波器和二級低通濾波器，讓工頻50赫茲左右的信號通過并濾除10次以上的諧波和高頻干擾，然后對信號進行放大，將信號變?yōu)锳T89S52所能處理的5V之內(nèi)，這些由外圍電路實現(xiàn)。
3.系統(tǒng)的軟件設計
為了實現(xiàn)各元器件之間能夠合理傳輸信息，并對信息進行處理，還需要對硬件電路進行軟件設計。當空氣開關QF合上，經(jīng)緯定時開關啟動閉合，路燈節(jié)電裝置開始檢測電壓。
如果輸入電壓U大于260V或小于180V，裝置斷電保護，報警過壓或欠壓故障，否則裝置立即合上接觸器K，系統(tǒng)置于旁路狀態(tài)。15分鐘后，繼續(xù)檢測電壓，如果電壓在大于180V，而小于200V，則繼續(xù)旁路工作；如果電壓處于200V～260V正常范圍，合上接觸器K，然后斷開K；根據(jù)節(jié)電控制策略，通過單片機控制單元變壓器抽頭的切換以控制負載上輸出電壓，達到節(jié)電控制要求；如果電壓處于200V～220V，則合上控制變壓器抽頭的接觸器KM；如果電壓處于220V～240V，則打開KM，然后合上接觸器KM；如果電壓處于240V～260V，則打開KM或KM，然后臺上接觸器KM。
如果CT輸出電流大于100％，則發(fā)出過載報警提示，同時啟動風扇對變壓器進行冷卻。電流仍在空氣開關OF的整定值范圍內(nèi)，裝置仍可供電，一般過載不超過120％。
變壓器溫度檢測，如果溫度超過規(guī)定值，則直接合上K，打開K，旁路工作。路燈節(jié)電控制流程如圖2所示。
圖2路燈節(jié)電控制流程
4.系統(tǒng)調(diào)試
1.硬件調(diào)試
硬件調(diào)試主要是對單片機控制回路及外圍電路進行調(diào)試，單片機控制回路的調(diào)試主要涉及AT89S52芯片的測試、JMl2864液晶顯示功能測試、外圍電路的調(diào)試、固態(tài)繼電器及接觸器控制回路的檢測。內(nèi)容較多，調(diào)試方法是在電路輸入端加上標準電壓，然后通過萬用表觀測電路中特定點處的電壓值是否正確。
2.軟件調(diào)試
本次軟件設計采用了專門用于開發(fā)單片機和微處理器系統(tǒng)軟件及應用軟件的高級語言Keil—C語言軟件。調(diào)試主要涉及對用Keil—C語言編寫的源程序，所進行的編譯工作編譯，通過軟件調(diào)試成功。
3.現(xiàn)場調(diào)試
硬件調(diào)試和軟件調(diào)試成功之后，可按要求將己與控制系統(tǒng)相連的外圍電路與路燈組連接起來，進行現(xiàn)場調(diào)試�，F(xiàn)場調(diào)試主要是檢測控制器能否對路燈實際運行和節(jié)電狀態(tài)進行有效控制。調(diào)試實驗表明：該節(jié)電系統(tǒng)的平均節(jié)電效率為30％左右。該系統(tǒng)不僅具有節(jié)電、延長燈泡壽命的功能，而且能使路燈在電壓波動較大范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。
智能變壓路燈節(jié)電控制系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后滿足下列主要技術指標要求：
(1)輸入電壓范圍：單相220V土15％三相380V土15％；
(2)輸出電壓：單相190～220V，三相330～380V；
(3)電源頻率：50～60Hz；
(4)開關時間：由經(jīng)緯度時控器所設定開關時間控制；
(5)節(jié)電率：16～35％；
(6)保護功能：過壓、欠壓、過載、短路；
(7)散熱方式：自然風冷或強迫風冷；
(8)自動旁路功能當在異常情況發(fā)生時，會自動設置為旁路，以保護系統(tǒng)與變壓器，防止停電事故，可保證路燈正常運行。
5.結束語
該系統(tǒng)采用了單片機控制，所以具有高的性能價格比和柔性，即可以根據(jù)實際情況變更和擴展提高了靈活性和適應性，有利于應用推廣。路燈控制系統(tǒng)投入使用后，工作壽命達到15年以上，將持續(xù)提供30%以上的節(jié)電效率，為節(jié)能事業(yè)填上濃墨重彩的一筆。
參考文獻
1 于軍,邢永中.模擬路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的設計[J].照明工程學報,2010.4
2 林方鍵.基于ZigBee網(wǎng)絡的路燈節(jié)能控制系統(tǒng)[D].控制工程,2009.5
3 蔡可健.道路照明節(jié)能控制系統(tǒng)設計[J].電力電子技術,2006.3
4 吳玲.發(fā)展中國照明[M].上海漢語大辭典出版社,2005.9
5 照明科學與技術學科發(fā)展報告(2010-2011)[C],中國科學技術出版社,2011.5
6 Hiranvarodom. Street Lamp Control System Based on Power Carrier Wave[C], Intelligent Information Technology Application Workshops,2008.1
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