智能路灯节电器的研制与应用--论文.doc

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1、智能路灯节电器的研制与应用摘要：介绍了一种基于ATmega64单片机为核心设计的路灯节电器。本文分析了节电器自耦降压的工作原理、主回路控制电路工作方式。然后详细的介绍了实现节电器控制的硬件设计和软件编程设计，对节电工作的优先级进行了论述。通过实验测试，节电效果明显。同时，该节电器具有原理简单、控制方便、具有较高的性价比等优点。关键词：路灯节电器；单片机；节能1．引言随着各地经济和交通的的快速发展，道路照明质量不断提高，照明路灯设施规模越来越大，数量也越来越多，这对改善各地区的投资环境,促进经济快速发展，方便群众生活、美化城市起了很大作用，但是伴随而来的是能耗的大幅度提高，特

2、别是近年来能源价格大幅度提升，使城市照明的电力耗费成为各地政府部门的一大经济负担；此外，经多方测试发现绝大多数城市路灯在夜间22：00以后，供电电压因用电负荷减少而升高15%左右，此时用电设备在高于设备额定电压状态下运行，将会导致设备过度发热，既缩短了灯源寿命，又增加了维护费用。另据有关统计，目前城市照明用电量接近发电量的15%，且照明耗能一直呈上升趋势，随着我国能源短缺，供电紧张。同时，许多地方存在用电效率低下、浪费严重之问题。所以，很有必要采用一种方便又经济的节电器来解决以上问题。经过理论分析和反复实践并多次电路改进，研制出了一种用单片机作为控制核心的智能型路灯节电装置

3、（以下简称路灯节电器），经过实际应用其运行稳定、节电效果显著的特点得到了使用者的肯定。2．节电器主要功能：1）自动稳压功能：根据设定输出电压值自动跟踪调压，使节电效率达到最佳。2）显示功能：采用触摸屏显示，操作简易外形美观。3）定时起停功能：可实现：按经纬度控制开关灯；按固定时间表控制开关灯；按特定日期段的时间表控制开关灯；经纬度设定是根据当地的经纬度来判断日出日落时间，以便节电器准确的节电。4）控制功能：6路输出，每路均可实现独立开关灯控制，可自动实现半夜灯等功能。5）远程监控：可通过有线、无线（GPRS）方式进行远程监控。6）保护功能：可设置电压、电流极限值，自动实现过

4、压和过载及超温保护。7）旁路功能:：可根据设定的电流变化率自动实现旁路全压启动。8）补偿功能：七级自动补偿，可根据设定值自动投切电容器组，保持最佳功率因数。9）扩展功能：系统设计多路开关量输入，开关量输出和模拟量输入。3．节电器的原理及主回路结构3．1节电原理图1变压器原理图节电器调压有多种方式，如调相方式、磁饱和稳压方式、可控硅斩波方式等，调相方式存在波形畸变，对其他设备有干扰，不能满足要求；磁饱和方式在大功率时因其体积庞大也不能满足要求；可控硅斩波方式谐波大，实现正弦输出困难；自耦降压方式实现简单，可靠性也高，故本设计采用自耦降压方式。根据自耦降压的原理，通过自耦变压器

5、的机芯，根据不同的电压输出要求，引出不同的接线抽头，将电网降为几档，从而实现降压节能。该方式的变压器原理图如图1，根据理论计算和实验测试，降压节能不但是一种切实可行的方法，而且可以延长灯的寿命，具有双重意义上的节能。合适的照明亮度是节电过程要十分重视的，节电的基本原则是保证不降低工作场所的视觉要求，保证照度标准和照明质量的前提下，尽量减少照明系统中的能量损失，达到最有效的节能。根据有关研究和实验，亮度与电压的关系，电压降低在一定范围内，照度质量和效果没有显著的变化，肉眼无法觉察到变化。图2电压与照度、灯具寿命的关系曲线图2是电压与照度、寿命的关系，由图可见，灯具电压超过额定

6、电压10%时，灯具寿命降低一倍，灯具电压为额定90%时，灯具寿命提高一倍，亮度降低7%，此时与过压10%相比寿命适长4倍，而且亮度值与额定状态相比仅衰减7%，人眼对光线的感觉成对数关系，即光线亮度增加10倍时，人能够感觉到亮度增加1倍，而当光线亮度减少7%时，人眼很难觉察到，因此，灯具电压为额定值90%时为最优照明电压。路灯节电器是一种智能化设备，它应用其独特的控制方式，采用最先进微型计算机，对照明系统电压自动进行处理，使照明系统始终工作于最佳状态，3．2节电器结构与控制图3结构示意图电源操作模块液晶显示调压、稳压节电模块控制模块数据采集微处理模块输出模块功率因数补偿模块数

7、据传输图4主回路控制系统图节电器结构示意框图如图3，其主回路电路如图3，接触器有：KM0为旁路接触器、KM1和KM2为节电主回路接触器，KMR为过渡电阻控制接触器，KM7为封零接触器，KM3、KM4、KM5、KM6为降压接触器。启动时，继电器KM0先闭合，KM1和KM2吸合，先全压启动，（因为感性负载充电，启动电压大，否则灯不亮）；一定时间后进入节电状态，根据设置值逐步进行调压稳压，其换档时有严格的动作顺序，如从KM7切换至KM6动作顺序如下：KMR闭合—KM7断开—KM1闭合—KMR断开，为了解决档位切换时出现灯