智能路燈節(jié)電器技術(shù)論文淺析隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和交通條件的改善，道路照明質(zhì)量不斷提高，而能耗也隨之大幅度提高，特別是近年來能源價(jià)格大幅度提升，使城市照明的電力消耗越來越高；而經(jīng)多方測試發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)城市路燈在夜間22：00以后，供電電壓因用電負(fù)荷減少而升高15%左右，此時(shí)用電設(shè)備在高于設(shè)備額定電壓狀態(tài)下運(yùn)行，將會導(dǎo)致設(shè)備過度發(fā)熱，既縮短了燈源壽命，又增加了維護(hù)費(fèi)用。為了有效改善這種狀況，經(jīng)過理論分析和反復(fù)實(shí)踐并多次電路改進(jìn)，研制出了一種用單片機(jī)作為控制核心的智能型路燈節(jié)電裝置（以下簡稱路燈節(jié)電器），經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，其運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)電效果顯著。一、節(jié)電器主要功能自動(dòng)穩(wěn)壓功能：根據(jù)設(shè)定輸出電壓值自動(dòng)跟蹤調(diào)壓，使節(jié)電效率達(dá)到最佳。顯示功能：采用觸摸屏顯示，操作簡易外形美觀。定時(shí)起停功能：可實(shí)現(xiàn)：按經(jīng)緯度控制開關(guān)燈；按固定時(shí)間表控制開關(guān)燈；按特定日期段的時(shí)間表控制開關(guān)燈；經(jīng)緯度設(shè)定是根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度來判斷日出日落時(shí)間，以便節(jié)電器準(zhǔn)確的節(jié)電?？刂乒δ埽?路輸出，每路均可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立開關(guān)燈控制，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)半夜燈等功能。遠(yuǎn)程監(jiān)控：可通過有線、無線（GPRS）方式進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。保護(hù)功能：可設(shè)置電壓、電流極限值，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)過壓和過載及超溫保護(hù)。旁路功能:：可根據(jù)設(shè)定的電流變化率自動(dòng)實(shí)現(xiàn)旁路全壓啟動(dòng)。二、節(jié)電器的原理及主回路結(jié)構(gòu)1．節(jié)電原理節(jié)電器調(diào)壓有多種方式，如調(diào)相方式、磁飽和穩(wěn)壓方式、可控硅斬波方式等，調(diào)相方式存在波形畸變，對其他設(shè)備有干擾，不能滿足要求；磁飽和方式在大功率時(shí)因其體積龐大也不能滿足要求；可控硅斬波方式諧波大，實(shí)現(xiàn)正弦輸出困難；自耦降壓方式實(shí)現(xiàn)簡單，可靠性也高，故本設(shè)計(jì)采用自耦降壓方式。根據(jù)自耦降壓的原理，通過自耦變壓器的機(jī)芯，根據(jù)不同的電壓輸出要求，引出不同的接線抽頭，將電網(wǎng)降為幾檔，從而實(shí)現(xiàn)降壓節(jié)能。合適的照明亮度是節(jié)電過程要十分重視的，節(jié)電的基本原則是保證不降低工作場所的視覺要求，保證照度標(biāo)準(zhǔn)和照明質(zhì)量的前提下，盡量減少照明系統(tǒng)中的能量損失，達(dá)到最有效的節(jié)能。根據(jù)有關(guān)研究和實(shí)驗(yàn)，亮度與電壓的關(guān)系，電壓降低在一定范圍內(nèi)，照度質(zhì)量和效果沒有顯著的變化，肉眼無法覺察到變化。2．節(jié)電器結(jié)構(gòu)與控制接觸器有：KM0為旁路接觸器、KM1和KM2為節(jié)電主回路接觸器，KMR為過渡電阻控制接觸器，KM7為封零接觸器，KM3、KM4、KM5、KM6為降壓接觸器。啟動(dòng)時(shí)，繼電器KM0先閉合，KM1和KM2吸合，先全壓啟動(dòng)，（因?yàn)楦行载?fù)載充電，啟動(dòng)電壓大，否則燈不亮）；一定時(shí)間后進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)，根據(jù)設(shè)置值逐步進(jìn)行調(diào)壓穩(wěn)壓，其換檔時(shí)有嚴(yán)格的動(dòng)作順序，如從KM7切換至KM6動(dòng)作順序如下：KMR閉合—KM7斷開—KM1閉合—KMR斷開，為了解決檔位切換時(shí)出現(xiàn)燈閃現(xiàn)象，每次調(diào)壓切換時(shí)先接通過度電阻，因此在一次檔位轉(zhuǎn)換過程中有三個(gè)繼電器動(dòng)作。根據(jù)一定的節(jié)電要求，這些接觸器的動(dòng)作都由單片機(jī)來控制，實(shí)現(xiàn)簡單、便于操作。三、控制電路的硬件設(shè)計(jì)1.單片機(jī)采用ATMEL公司生產(chǎn)的價(jià)格便宜、資源豐富、功能強(qiáng)大的AVR單片機(jī)Atmega64來控制電路。該單片機(jī)具有64K的FLASH、2K的EEPROM，擦寫次數(shù)可達(dá)10萬次，可以用來存儲狀態(tài)信息、4個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可用來設(shè)置溢出中斷、53個(gè)I/O引腳，具有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，可以直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示器而省去驅(qū)動(dòng)電路、面向字節(jié)的TWI串行接口，可以外掛其它設(shè)備節(jié)省I/O口、2個(gè)可編程串行USART接口支持全雙工通用同步/異步串行通信、8通道10位A/D通道等。2.繼電器驅(qū)動(dòng)電路由單片機(jī)引腳PE0來控制繼電器J1通斷，當(dāng)PE0發(fā)出高電平時(shí)，二極管Q1導(dǎo)通，繼電器J1線圈也隨之通電，使長開觸點(diǎn)K1閉合，從而控制中間繼電器來控制主回路繼電器的開合，此時(shí)發(fā)光二極管DS1發(fā)光以顯示繼電器J1動(dòng)作，二極管起續(xù)流作用。3.電壓電流采樣電路為了判斷控制節(jié)電檔位及節(jié)電與否，必須對電壓電流進(jìn)行采樣，通過電流互感器采出電壓，共模電感提高對共模干擾的影響，電容C1、C2進(jìn)行濾波，再通過電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為直流型信號，最后通過放大器隔離為單片機(jī)提供采樣信號。4.其它電路時(shí)鐘電路采用時(shí)鐘芯片，通過單片機(jī)的I2C總線來通訊，同時(shí)為了斷電造成芯片停止計(jì)時(shí)，需另加一個(gè)電池；數(shù)字量輸入電路通過光耦隔離把信號送給單片機(jī)；顯示電路采用串行方式，接上數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線、復(fù)位線、片選線等信號線，來控制液晶顯示；鍵盤可由單片機(jī)直接卻驅(qū)動(dòng)。四、控制電路的軟件設(shè)計(jì)軟件編程采用模塊化設(shè)計(jì)，以主程序?yàn)楹诵?，子程序分為幾個(gè)模塊：鍵盤檢測模塊、液晶顯示模塊、時(shí)鐘模塊、通訊模塊等，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。程序系統(tǒng)程序流程為，先初始化單片機(jī)的I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1和T2、通訊串口UART、模數(shù)轉(zhuǎn)化A/D等外設(shè)，接下來把時(shí)鐘芯片中的時(shí)間通過I2C總線讀到芯片中，以便顯示出當(dāng)?shù)貢r(shí)間；同時(shí)把電壓、電流通過互感器采到AD口經(jīng)AD轉(zhuǎn)換程序顯示，液晶顯示程序是程序的主要模塊，是控制器的人機(jī)接口界面，具有兩級菜單，可以設(shè)置各種不同的功能，如經(jīng)