小区智能照明设计

1本科毕业设计论文题目小区智能照明设计专业名称学生姓名指导教师毕业时间2摘要智能路灯节能控制器是针对在社区照明上所存在的的能源消耗而设计出的新型节能控制器。将是集稳压控制、软起动功能、自动起停、智能调压控制于一体的路灯控制装置。晶闸管功率变换单元和智能控制系统相结合是该控制装置的主要特点，利用可变电抗器隔离高压和低压，将电抗器的一次绕组(高压)与路灯相串联，在电抗器中增加二次绕组(低压)，将二次绕组与晶闸管和具有模糊控制算法的控制系统相联，通过改变其低压绕组上的电压来控制高压绕组上电压的变化，从而达到改变路灯端电压的效果，以实现路灯的软起动和调压节能。本设计侧重于对控制器的设计，在照明系统中智能路灯节能控制器是核心，它对整个系统起着决定性的作用。讨论了智能路灯节能控制系统的构思、设计方案，介绍了该装置的系统设计、工作原理，详细分析了以AT89S52单片机和专用镇流芯片IR21592为主控单元的硬件电路和CAN总线的通信模块设计，针对路灯端电压的控制进行了软件设计，采用了时间控制，环境参数控制以及手动控制相结合的控制策略。本设计的中心就是利用智能照明系统实现能源在照明上的优化利用。这也是本设计的主题思想。关键词：智能照明，节能控制，可变电抗器，照明控制策略3AbstractIntelligentenergy-savinglamplightingcontrolleristargetedatthecommunitiesthatexistedontheenergyconsumptionofthedesignofthenewenergy-savingcontroller.Willbethesetofregulatorcontrol,soft-startfunction,automaticstart-stop,intelligentvoltagecontrolinonestreetcontroldevice.Thyristorpowerconversionunitandintelligentcontrolsystemisacombinationofthemainfeaturesofthecontroldeviceusedtoisolatehigh-voltagetransformerandlow-pressurereactor,thereactorinawinding(highpressure)andthestreetlampsinseries,inthereactortoincrease2sub-winding(lowvoltage),andthesecondarywindingwiththeSCRcontrolalgorithmwithfuzzycontrolsystemsarelinked,bychangingthevoltageonitslow-voltagewindingtocontrolthehighvoltagewindingonthevoltagechanges,soastoachievetheeffectofchangingthelampvoltageinordertoachievestreetlampenergysavingsoftstartandvoltageregulator.Thedesignfocusedoncontrollerdesign,intelligentlightingsystems,energy-savinglampcontrolleristhecore,itplaysadecisiveroleintheentiresystem.Discussionofenergy-savingcontrolsystemforintelligentstreetlightconcept,design,introducedthedevice'ssystemdesign,workingprinciple,adetailedanalysisinordertoAT89S52microcontrollerandadedicatedchip,IR21592ballastforthemaincontrolunitofthehardwarecircuitsandCANbuscommunicationmoduledesignforstreet-sidevoltagecontrolofthesoftwaredesign,usingtimecontrol,environmentalcontrolandmanualcontrolparametersofacombinationofcontrolstrategies.Thecenterofthisdesignistheuseofintelligentlightingsystemstoachieveenergyontheoptimaluseoflighting.Thisisalsothethemeofthisdesignidea.Keywords：Intelligentlighting,energy-savingcontrol,substationreactor,lightingcontrolstrategy4目录摘要第一章绪论1.1课题概述1.1.1课题研究背景1.1.2课题研究的目的及意义1.2路灯节能方法1.2.1传统路灯节能方法1.2.2智能路灯节能方法第二章住宅小区路灯设计的方案和方法2.1总体方案的确定2.2灯位的布置2.3灯具及光源的选择2.4供配电及照明控制第3章路灯节能控制系统的总体方案设计3.1系统的总体方案设计3.2系统的结构模型及功能分析3.3系统控制器的总体设计3.3.1智能控制器结构设计第4章系统硬件设计3.1系统硬件结构设计4.2控制器设计以及其外部电路54.2.1控制器最小控制系统4.2.2串行通信接口设计4.2.3A/D和D/A转换电路4.2.4开关量输入/输出电路第五章软件结构设计第六章结论致谢参考文献6第一章绪论1.1课题概述1.1.1课题研究的背景随着我国城市的发展、经济的繁荣、社会的进步和人们提高生活水平及环境质量的要求，小区道路照明和夜景照明已经成为小区规划、建设和管理中的一项重要工作。花园小区道路照明和夜景照明是方便城市居民必备的生活条件，而花园小区的夜景照明是再塑和美化小区形象、鼓舞民心、振奋精神的一项非常有意义的工作。近几年来，全国许多大小城市的小区在设计和开发亮点方面，均把居住环境作为重点之一。在推进城市亮化工程的同时，充分的利用和节约能耗也越来越得到各级政府的广泛重视。采用先进技术和科技手段，分时间段对道路照明系统电压的调整、控制，用智能化的控制方式达到节约道路照明综合费用的目的（电费和维修费用），还可将节约的大笔资金再投入其他的美化工程项目中去。早在90年代初，发达国家就已经广泛的使用了智能照明调控系统，来降低城市照明的费用支出。国家发改委、建设部、国家质量技术监督局已在2000年下发了223号文件《关于进一步推进中国绿色照明工程的意见》的通知，提出推广节能、高效的照明灯具和智能照明调控系统，深入开展绿色照明节能工作。目前国内大部分城市的道路照明管理系统直至现在仍在沿用简单的光控、时控等传统控制方式。这些系统普遍存在着难以反馈路灯运行状态信息、难以进行远程控制等局限，基本没有节电效果。并且采用传统的人工巡检，不仅使路灯管理部门的任务繁重，也增加了运行维护的费用。据调查，各小区照明的平均时间为11小时，而晚22点后，小区内车少人稀，此时仍将道路上保持原照明的亮度，不能按需调控，显然是白白的耗资金。我国大部分小区路灯都采用“全夜灯”的方式进行照明，普遍存在的问题有两点:一方面，后半夜行人稀少，采用“全夜灯”的方式浪费太大，因此，有的地方采取前半夜全亮，后半夜全灭的“半夜灯”照明方式;有的地方在后半夜采取“亮一隔一”或“亮一隔二”的节电措施，此种方式虽然节约了电费支出，却7带来了社会治安和交通安全问题，不利于城市形象。另一方面，在后半夜因行人稀少，而应该降低路灯的照度，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地工作，而且会引起发热及过早损坏，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。1.1.2课题研究的目的及意义本课题的研究意义可以归结为以下几个方面:(l)为小区公共照明提供一种科学有效的节电方案。(2)提高小区路灯管理水平，在改善小区道路照明质量的同时，又可以节省人力物力。(3)从国家的城市公共事业建设策略上来说，网络化的公共照明系统也是数字化小区的一个重要组成部分，可以为小区的数字化建设做一个良好的基础和参考。(4)提高了小区基础设施管理水平，有利于提高城市形象。路灯是我国经济发展和国家建设中必需的用电设备，它在我国的整体用电量中所占比例巨大，如果通过节能装置对其进行有效控制，就能够降低电力损耗，达到节约能源，降低生产安装成本，有助于我国经济的快速发展。本文研究的智能照明系统是在路灯的启停和运行过程中，通过不同的照明控制策略来调节路灯的端电压，控制路灯的照明亮度，从而改变了路灯在不同时段的耗电量，改善了功率因素，达到了节约电能的目的。1.2路灯节能方法1.2.1传统路灯节能方法对现有照明系统的节能改造，一般采用加装节能设备，较为经济和实用，目前国内销售的照明节能设备很多，其中照明控制调控装置所占比例最大。传统的路灯节能方法可以分为以下几种:(1).晶闸管斩波型照明节能装置8原理:采用可控硅斩波原理，通过控制晶闸管(可控硅)的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，从而降低了输出电压的平均值，达到控压节电的目的。这类节能调控设备对照明系统的电压调节速度快，精度高，可分时段实时调整，有稳压作用，因为主要是电子原件，相对来说体积小、设备轻、成本低。但该调压方式存在致命缺陷，由于斩波，使电压无法实现正弦波输出，还会出现大量谐波，形成对电网系统谐波污染，危害极大，不能用在有电容补偿电路中。(现代照明设计要求规定，照明系统中功率因数必须达到0.9以上，而气体放电灯的功率因数在一般在0.5以下，所以都设计用电容补偿功率因数)在国外发达国家，已有明文规定对电气设备谐波含量的限制，在国内，北京、上海、广州等大城市，已对谐波含量超标的设备限制并入电网使用.大功率可控硅斩波型节电设备，因其自身存在谐波污染的缺陷，如果加装滤波设备，成本太高，是不经济的，所以此类设备是不宜用于照明电路中。谐波的危害a.缩短电力电容器的使用寿命，严重情况下，会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。b.变压器的铜耗、铁耗增大，减少变压器的实际使用容量，浪费电能。c.增加电气设备附加损耗，减少出力，浪费电能，严重时使电气设备过热，烧损。d.造成开关、接触器等电气设备的误动作，自动化仪表不能正常工作。e.产生严重的、看不见的电磁波干扰，使有线和无线信号无法接收和传输，影响手机、电视、广播、电脑等设备的正常使用，损害人体正常生理机能。(2).自祸降压式调控装置现在市场上最多照明节电产品就是此类产品。它的原理是，通过一个自祸变压器机芯，根据输入电压高低情况，接连不同的固定变压器抽头，将电网电压降低5、10、15、20V等几个档，从而达到降压节电的目的。这类产品最大的优点是克服了可控硅斩波型产品产生谐波的缺陷，实现了电压的正弦波输出，结构和功能都很简单，当然可靠性也比较高。存在的技术缺陷:l)固定多档降压器由于其核心部件是一个多抽头的变压器，变压比是固定的，一般副边有三到五个降压抽头，分别降5V、10V、15V、20V，一旦接线端固定，降低电压就是9固定值，当电网电压波动时，调控装置的输出电压也会上下波动，这样照明的工作电