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智能节能路灯控制系统的硬件设计.docx
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智能节能路灯控制系统的硬件设计.docx智能节能路灯控制系统的硬件设计.docx智能节能路灯控制系统的硬件设计.docx智能节能路灯控制系统的硬件设计.docx智能节能路灯控制系统的硬件设计.docx智能节能路灯控制系统的硬件设计.docx智能节能路灯控制系统的硬件设计.docx
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文档从互联网中收集,已重新修正排版,
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智能节能路灯控制系统的硬件设计
摘要
由于当今社会能源问题已经日益突出,能源的紧张已经严重制约了我国的
经济发展,而在我国的整体用电中,照明用电又占有很大的比例,城市路灯是
现代城市建设中重要的组成部分,照明耗电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,
照明行业节电成为了我们的必然选择。
本文研究的智能路灯节能控制系统是基于单片机的智能控制系统,通过配
套的功率变换组件,可在路灯的启动停止和运行中,有效的调节路灯的端电
压,控制路灯的照明和亮度,从而改变了路灯再不同时端的耗电量,改善了功
率因素,达到了节约电能的目的。
本文结合国内外最新研究成果,比较集中常用的路灯节能控制方法。讨论
了给予可变电抗技术的功率单元的结构和系统构建。详细描述了路灯智能控制
系统的硬件结构、电路设计,最后对系统进行了仿真和调试,并对实验结构进
行了分析。
关键词
照明节电;单片机;智能控制
I
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Intelligent
street
light
energy
conservation
control
system's
hardware
design
Abstract
Because
now
social
energy
question
already
day
by
day
prominent,
the
energy
intense seriously had already restricted our country's economic development, but uses
electricity
in
our
country's
whole,
lighting
electricity
also
holds
the
very
great
proportion,
the
urban
street
light
is
in
the
modern
urban
construction
the
important
constituent,
the
illumination
consumes
the
electricity
to
swallow
our
electric
power
resources. But generates electricity the investment in enterprise and the construction
needs
for
one
long
cycle,
the
fast
economic
development
need
are
more
sufficient
electric
power
supply
and
the
consumption,
between
the
electric
power
supply
and
demand contradictory layer on layer. The electric power supply gap is very difficult to
be able to alleviate in
a
short time, the illumination profession electricity saving has
become our choice inevitably.
This article studies the intelligent street light energy conservation control system
is
based
on
monolithic
integrated
circuit's
intelligent
control
system,
through
the
necessary
power
transformation
module,
in
street
light's
start
stops
and
moves,
the
effective adjustment street light's terminal voltage, controls street light's illumination
and
brightness,
when
changed
the
street
light
is
again
different
the
end
power
consumption, improved the power factor, achieved saved the electrical energy goal.
This
article unifies the domestic and foreign newest research results, compared
with
centralized
commonly
used
street
light
energy
conservation
control
method.
Discussed
has
given
variable
reactance
technology
the
power
unit
structure
and
the
system
construction.
Described
the
street
light
intelligent
control
system's
hardware
architecture, the circuit design in detail, finally has carried on the simulation and the
debugging to the system, and has carried on the analysis to the experiment structure.
Keywords illumination
electricity
saving;
Monolithic
integrated
circuit;
intelligent
control
II
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目录
摘要
……
...............................................................................................................I
Abstract ............................................................................................................... II
第
1
章
绪论
……………………………………………………………………1
1.1
课题概述
…………………………………………………………………1
1.2
课题的国内外研究现状
…………………………………………………2
1.2.1
国外研究现状
……………………………………………………….2
1.3
论文的主要研究内容
……………………………………………………3
第
2
章
智能路灯节能控制系统方案设计
…………………………………….4
2.1
智能路灯节能控制系统的构思
…………………………………………4
2.1.1
传统节能方法
……………………………………………………….4
2.1.2
具有智能控制的节能方法
………………………………………….4
2.2
智能路灯节能控制系统方案设计
………………………………………5
2.3
智能路灯节能控制系统结构设计
………………………………………7
2.4
本章小结
………………………………………………………………....7
第
3
章
检测与采集设备设计
…………………………………………………10
3.1
硬件结构设计
…………………………………………………………...10
3.2
光学信号的采集与检测设计
…………………………………………...11
3.2.1
光源检测原理
………………………………………………………11
3.2.2
检测装置所需器件及选型
…………………………………………11
3.3
声学信号的采集与检测设计
…………………………………………...13
3.3.1
声学检测原理
………………………………………………………13
3.4
功率变换单元与触发控制系统设计
……………………………………16
3.5
本章小结
………………………………………………………………...19
第
4
章
智能控制器硬件设计
…………………………………………………21
4.1
智能控制器硬件设计
……………………………………………………21
4.1.1 80C51
单片机的基本结构
………………………………………….21
4.1.2
80C51
的应用模式
…………………………………………………22
4.1.3 80C51
的内部结构
………………………………………………….22
4.1.4
80C51
的并行口结构和操作
………………………………………23
4.1.5
并行口的负载能力
…………………………………………………24
III
4.2
模/数转换器的设计
…………………………………………………….24
4.2.1
逐次逼近式
ADC
的转换原理
……………………………………..24
4.2.2
双积分式
ADC
的转换原理
………………………………………..25
4.2.3 A/D
转换器的主要技术指标
………………………………………..25
4.2.4 ADC0809
芯片及其与单片机的接口
………………………………25
4.3
数/模转换器的设计
…………………………………………………….27
4.3.1 D/A
转换器的原理
………………………………………………….28
4.3.2 D/A
转换器的主要性能指标
……………………………………….28
4.3.3 DAC0832
芯片及其与单片机接口
…………………………………28
4.4
开关量接口
……………………………………………………………...30
4.4.1
开关量输入接口
……………………………………………………30
4.4.2
开关量输出接口
……………………………………………………30
4.5
显示器及其接口
………………………………………………………...31
4.6
本章小结
………………………………………………………………...32
第
5
章
系统可靠性的提高
……………………………………………………33
5.1
电源干扰及其抑制
……………………………………………………...33
5.1.1
交流电源的干扰及其抑制方法
……………………………………33
5.1.2
直流电源抗干扰措施
………………………………………………33
5.2
地线干扰及其抑制
……………………………………………………...33
5.3
其他提高系统可靠性的方法
…………………………………………...34
5.4
本章小结
………………………………………………………………...34
第
6
章
系统的建摸与仿真
……………………………………………………35
6.1
可变电抗变换器建模与仿真
…………………………………………...35
6.2
智能路灯节能控制系统的等效模型仿真
……………………………...36
6.3
本章小结
………………………………………………………………...39
结论
……………………………………………………………………………..40
致谢
……………………………………………………………………………..42
参考文献
………………………………………………………………………..43
附录
……………………………………………………………………………..45
IV
第
1
章
绪论
1.1
课题概述
1.1.1
课题研究的背景
随着社会的发展,能源问题已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。
而在我国的整体用电中,照明用电又占有很大的比例。城市路灯是现代城
市建设中重要的组成部分,它服务于交通安全和人们的生产、生活,美化了城
市容貌,为创建良好的投资环境起着举足轻重的作用。随着我国经济的发展,
照明路灯的数量越来越多,其用电量占城市的总用电量的比例也在不断增加。
据统计显示,我国在路灯照明方面每年消耗超过 1000
亿元的电费,其发展速
度十分惊人。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!
另一方面,在后半夜因行人稀少,而应降低路灯的照度,以避免光源污
染,影响居民的晚间休息。但是,由于后半夜是用电低谷期,电力系统电压升
高,路灯反而比白天更亮了。这不仅造成能源浪费,还大大影响了设备和灯具
的使用寿命。目前,路灯照明广泛使用高压钠灯,其设计寿命在
12000
小时以
上,在正常情况下至少可用
3
年,但是由于超压使用,现在路灯灯泡的实际寿
命只有
1
年左右,有的甚至只有几个月,造成维护和材料的浪费极大。较高的
电压不仅不能让负载设备更有效的工作,而且会引起发热和过早损坏,还会产
生不必要的电费开支。基于以上原因,很有必要适当降低用电设备的电压。
此外,在电力供电输送过程中,为了避免送电过程中供电线路的损耗,要
以较高的电压传送以确保用电设备达到额定电压。因此,路灯系统实际的承受
电压通常会高于本身的额定电压。在电网电压高于设备额定电压时,电源向设
备供应的电能完全消耗在设备上。设备所需要的能量只是电源供应的电能的一
部分,另一部分则以发热等形式消耗掉了,这部分不仅造成浪费,也减损了设
备的使用寿命。一般情况下,电网电压高于设备额定电压,如果不装路灯节电
器,则电源向设备供应的电能完全消耗在设备上。设备真正发挥作用的能量只
有有效电能,另一部分无效电能则以发热等形式消耗掉,依发热等形式消耗的
能量减损设备寿命,同时浪费用户金钱
[1][2]
。
1
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