学位论文-—节能路灯控制系统.doc

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1、第28页共28页引言在现代城市的管理中，城市照明管理是资金、科技含量较高、难度较大的一项工作，它需要投入大量的人力和物力。而节能系统和自动化监控系统的启用为城市照明建设和管理构筑起一个新的平台。在很大程度上为我市的城市照明管理工作发挥着重大的作用，也具有其深远的社会效应和经济意义。照明工程师社区@:s*N7d;Z+BU8n`投入节能装置以后，不仅可以节省用电量，还能延长灯具及电器配件的使用寿命、减少维修费用、工人的强度和提高管理水平。这样，在创造了良好社会效益的同时也具有明显的经济效益。这套系统是根据公式，其中，则，由以上公式可知灯泡的功耗与电压的平

2、方成正比，电压参数的偏高，势必增大灯具的能量损耗，增大了用电量。由于电压每升高1%，则用电量便会成倍增加，这样，一年的用电量就比额定范围内增加18%-30%。这既造成能源的浪费，也使灯泡及电器配件的使用寿命大大缩短，从而增加维修工作量和路灯运行成本，也增加了电量的损耗。由于路灯管理维修项目费用成本主要是电费和维修费，我市电网供出的电压普遍偏高，而且还随用电负荷的不同而波动，大部分电压在晚上10点以前较稳定，约为220V-230V，而10点以后普遍升高10%V以上，约为230V-250V，特别是12点以后，有些地方甚至达到265V以上，电压参数的偏高，势必增

3、大电能的损耗，也增大了用电量，从而增加了经济成本。本文给出一种基于自动控制的路灯控制系统，主要完成了对传感器（光敏电阻）测量、单片机数据分析、可控硅控制和各控制单元功能模块电路的设计和验证，并着重进行了对可控硅的控制设计。在此控制系统中不仅可以实现自动控制路灯开关，同时也可以手动实现路灯光强。1系统设计1.1任务要求（1）掌握节能路灯控制原理；（2）光敏电阻传感器的工作原理；（3）单片机数据采集系统的设计；（4）可控硅控制导通角原理；（5）按照要求控制路灯开关；（6）测试环境光强的变化，用于自动控制路灯亮灭；（7）根据环境光强的不同范围控制路灯的亮度，可以

4、分几个范围；（8）设定手动开关路灯；（9）设定光强大于一定值手动开关无效。1.2总体设计图1-1列出了节能路灯控制系统的构成，它主要由6个部分组成：单片机控制模块、可控硅控制模块、稳压电源模块、光敏电阻传感器模块、路灯与键盘、光耦隔离模块。首先利用稳压电源模块将220V、50HZ市电转换为系统工作的直流5V电压。光敏电阻第28页共28页传感器上的数据通过信号转换后，被采集到单片机自带ADC模块中，单片机通过数据对可控硅导通角进行控制。同时可以根据用户实际需要通过按键手动进行路灯光强改变。为防止系统跑偏，单片机与外界控制时需要光电耦合器进行光电隔离。单片机控

5、制可控硅工作根据其编写的控制程序。单片机控制系统可控硅路灯按键光敏电阻稳压电源220V市电光电耦合器图1-1系统硬件构成框图1方案论证1.1路灯控制方案2.1.1路灯控制器的选择方案1：继电器控制法：该方法采用继电器作为单片机与外界路灯的控制元件，单片机通过数据采集后通过程序控制继电器导通与否继而控制路灯。方案2：可控硅控制法：可控硅是P1、N1、P2、N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成。当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有

6、基流Ib2流过，经BG2放大，其集电极电流Ic2=β2Ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以Ib1=Ic2。此时，电流Ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使Ib2不断增大，如此正向反馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。2.1.2路灯控制方案比较由于继电器只是相当于一个开关，不能调节电流，可控硅能控制其导通角，调节电流大小。从节能方面来说可控硅更加节能，可控硅的响应速度很快达到微秒级，接触器的速度是一百多毫秒，接触器是当有电压时就吸合。第28页共28页可控硅是当电压升高到一定

7、时才通断，可以连续调节用做无级调节方面比较多。基于以上比较本系统采用可控硅，改变其导通角来控制电流继而控制路灯。1.1可控硅控制器2.1.1可控硅控制器的外形结构以及工作原理不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1、N1、P2、N2结构。见图2-1。它有三个PN结（J1、J2、J3），从J1结构的P1层引出阳极A，从N2层引出阴级K，从P2层引出控制极G，所以它是一种四层三端的半导体器件图2-1可控硅的结构意图可控硅是P1、N1、P2、N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成

8、，其等效图解如图2-2所示图2-2可控硅工作原理等效图　　当阳极A