论文研究-路灯节能装置的设计 .pdf

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路灯节能装置的设计,曹爱华,徐建君,通过分析现阶段路灯照明的现状,存在电能利用不平衡的情况,尤其是在夜间路上行人处于一天中最少的时刻,而电网电压却最高,使得
中国科技论又在线 为驱动电路供电。其具体的驱动电路图如图所示 信号采样电路设计 对电网电压、电流信号的采集的实时性及其采样的精度在很大的程度上决定了系统的性 能。根据对 单片机的集成性能的分析,综合考虑了其转换时间、分辨率 线性误差、量程和对基准电压的要求等主要技术指标,判断其能够淸足系统改计的要求,并 ∏通过外接精密基准电源的方式来保证系统的精度。对于对电网信号采集的前端信号变换模 块,主要考虑一下几个因素:首先是采样信号的质量,既能够真实的反映电网电压、电流的 情况,又不要为系统带来十扰,这要求电烙有良好的隔离措施:其次采样信号的电压范围要 和的基准电压的量程相符合,超过或者过低于基准电压工作范围的设计都是不合理的 第三,要注意阻抗匹配问题,若阻抗不匹配,可能得到的采样值不能准确反玦电网信号的参 数,并且可能烧毁的输入端口。 图采用整流桥的电压采样电路 图 复用接口电路图 由于单片机的采样端口只能采样正电压,因而将所要采样的为交流电压经变压器降 压、整流和分压后再釆样,此时将电压限制在 之间,为了保持釆样电压的精度与稳 定度,在输入端口并联一个电容抗十扰,在串联一个电阻满足阻抗匹軋的要求。其电 路图如图所示: 接口电路 与单片机组成多机系统最简单的连接是零调制三线经济型。这是进行全双工通信所 必须的最少数目的电路。配置的是 标准串行接口,二者的电气规范不一致,因 此要完成与单片机的数据通信,必须进行电平转换,本设计选用的芯片为 将 电平转换为 电平。同时也因为 标准串行接口应用比较广泛,技术成熟, 所以我们选用 标准串行接口。其体电路如图所小 时钟芯片电路设计 半导体公司的 涓流充电时钟芯片是一个可编程串行接口时钟芯片, 还提供字节的非易失 用于数据存储,结构简单,可以通过单片机任意的口作 为和信号线,编程简单,成本较低;缺点是掉电数据丢尖。存储相应数据的话可 用超级电容或可充电电池备份系统的时间和日期。其电路如图所示。 中国科技论又在线 时钟芯片的电路图 电路设计 在下位机工作的过程中,要对系统的参数要进行实时显示。对于显示模块,采用 液晶显示器,其型号为 与比较,它的工作电流小,显示容量大,可实现汉 字及图像的显示,美观、大方、显示方使。在编程上,有独立的控制器及內部存储器, 其显示能够被内部的控制器所存,因此并不需要动态扫描,节省了系统的吋间。 键盘设计 通过链式按键设定系统参数。链式按键在软件编程上类似行列式键盘,本设计采用 个键,共用了单片机的个端口。共设置了个数字键,个方向选择键和一个确认 键,使得键盘接口设计的人性化。相对于行列式键盘节省了个端口。 电源电路设计 在系统工作场电源可以实现现场取电,将电网电压通过变压器变换,然后通过整流电 路将其变换为直沇电,再通过集成稳压器将其稳定在某个电压值为系统⊥作提供电源。采用 和电源供电。电源模块可采用线性三端稳压器 系列的静态电流在 ,在使用中要通过散热片对其进行散热,提髙 电源效率,并且石超载或短路保护,技术成熟,成本低廉。 基准电压采用 芯片,同时更加保证了的量稈及其采样精度。 系统软件设计 前述硬件电烙的各个模块是木系统对朓场电压采样的基础,微控制器的程序编写是整个 下位机系统的核心,能够协调各个模块高效准确的工作。单片机程序设计包括电网电压采集 转换子程序、显示子程序、键盘控制子程序、数字信号处理子程序、控制输出子程 厅、串行通信子程序六个主要的部分。 系统上电后,先对单片机的内部资源进行初始化,包括设置堆栈指针、中断的禁止及优 先级的决定、设置各个定时计数器的工作方式等;然后对单片机的外部设备进行初始化, 包括 时钟芯片以及串口。初始化之后系统开始工作,首先采样电网电压,并且进行计 算,棖据相应的算法控制电內电压:对键盘和显小器接口进行査询,显小各设定值,并 且进行设定;适时读取时间芯片的时闩值,并且根据不同的时间段对电网分等级调控。用中 断方式将数据从串口上传 系统抗干扰措施 系统运行在复杂的环境中,容易运行失控,使得程序进入死循环,甚至发出错误的执 行动作,造成很人的损失。系统的抗干扰能丿在很大稈度上决定了其工作的可靠性,这样就 中国科技论又在线 应在设备、系统的设计过程中把抗|扰问题放在重要的位置来考虑。在本设计中主要运用了 以下几种碩件抗干扰的措施: ()独立电源:为了使模拟电路部分和数字电路部分的隔离,设计了独立电源对数字电 路部分进行供电。因此系统数字部分采用独立的电源供电,这样不仅可以使模拟部分和数字 部分进一步隔离,也可抑制由于电网谐波增多和电压不稳所带来的尖峰、过压、浪涌等现象 对系统数字部分的影响,从而保证了检测系统正常工作。 ()接地措施:系统的模拟地、数宇地接与外壳地采用单点接地,如果采用多点接地, 多个接地点之间可能产生电位差,继而产生噪声电流,影响系统的正常工作, ()布线抗十扰:为了保证信号传输的正确性在设计,在设计的信号走线时, 按照以下原则设计了信号线:走线尽可能短而粗,拐弯时走斜线或弧线,绝对避免 拐角;数字线和模拟线分开走线,若无法避免,则两者垂直走线;大电流快速信号线尽量靠 近地线,必要时采取电容滤泼。 总结 路灯节能装置安全可靠,延长了路灯使用寿命,减少了电能消耗,产生较大的经济效益 和社会效益。 参考文献 胡陪生仝囻路灯概况及发展趋垯东北道路照明 朱小清林翰照明技术手册机械工业出版社 郭起宏城市灯光的节能研究道路照明 王刚路灯远程监控系统结构与关键技术研究南京理工人学学位论文

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