【正文】 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 共 40 頁(yè) 1 緒論 改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，電力資源得到廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致我國(guó)的能源需求量加大。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的生活水平也顯著提高，各種旅游景點(diǎn)也相繼誕生，數(shù)量也越來(lái)越多，因而照明耗能迅速上升，照明節(jié)能也已日益受到重視。我國(guó)人口眾多，人均資源占有量非常少，在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中不注意保護(hù)資源，導(dǎo)致了現(xiàn)在煤炭資源的缺乏，使得電廠發(fā)電成本不斷升高，這導(dǎo)致了景觀照明用電消費(fèi)的增長(zhǎng)。 與此同時(shí)，景觀照明還有規(guī)模過(guò)大、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、亮度過(guò)高等嚴(yán)重問(wèn)題，也造成了資源浪費(fèi)。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，景觀照明耗電量占全國(guó)用電量的 2%到 4%，因 此景觀照明節(jié)能具有很重要的意義。 照明用電供電系統(tǒng)中，為了避免送電過(guò)程中的線路損耗及用電高峰造成的末端電壓過(guò)低，導(dǎo)致燈不亮的情況出現(xiàn)，往往都是以較高的電壓傳輸，超出了用電設(shè)備的額定電壓，由于照明用電時(shí)間多在夜間電網(wǎng)波峰段，所以供電電壓偏高，而此時(shí)景觀內(nèi)的游客數(shù)量 很少，必然會(huì)導(dǎo)致照明的光通量增大，使照度升高，造成浪費(fèi)。 在傳統(tǒng)的照明節(jié)能控制系統(tǒng)中，控制裝置受電網(wǎng)波動(dòng)的影響較大，也不能實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的精確調(diào)節(jié)控制，這也造成了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。 為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，照明節(jié)能勢(shì)在必行。隨著科技的創(chuàng)新， 智能照明技術(shù)也日益趨于完善，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)照明調(diào)壓實(shí)現(xiàn)智能，減少電能的消耗，具有較高的可靠性和經(jīng)濟(jì)型，是目前社會(huì)上應(yīng)用最廣泛的節(jié)電手段。 目前智能照明節(jié)電裝置加入了很多新技術(shù)，這也大大增加其生產(chǎn)成本。因此為了節(jié)省電能，同時(shí)又要降低成本，需要設(shè)計(jì)出新的智能照明管理系統(tǒng)，使其不但可以對(duì)照明調(diào)壓實(shí)現(xiàn)智能，也能減少電壓波動(dòng)對(duì)燈具的損耗，降低耗電量。 在歐美國(guó)家，節(jié)電行業(yè)是一個(gè)每年上百億歐元的龐大市場(chǎng)，節(jié)電成為政府號(hào)召節(jié)約能源的重要內(nèi)容，在國(guó)內(nèi)，很多企業(yè)存在電能浪費(fèi)的現(xiàn)象，成千上萬(wàn)的企業(yè)正等待著 進(jìn)行節(jié)電改造，通過(guò)節(jié)電，不但可以減低成本，也可以在同行業(yè)中更具有競(jìng)爭(zhēng)力，可謂是一舉多得。隨著世界能源危機(jī)的加劇，各國(guó)都在尋求 各種 解決能源危機(jī)的辦法， 一種 是 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 共 40 頁(yè) 新能源和可再生能源的利用 。另一 種 是 開(kāi)發(fā) 新的節(jié)能技術(shù)，提高能源的利用率 ，降低能源的消耗 。 近年來(lái)，國(guó)際節(jié)電研究界提出了一種叫“在保證照明效果下點(diǎn)著燈節(jié)電”的新概念，這樣的概念才是科學(xué)的，合理的，這是發(fā)達(dá)國(guó)家道路照明系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)思想。在國(guó)外，美國(guó) 、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家 已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)新型的 照明節(jié)電設(shè)備，在韓國(guó)，室內(nèi)場(chǎng)館的照明節(jié)電已經(jīng)嚴(yán)格落實(shí)到了每一個(gè)人，館 長(zhǎng)會(huì)將節(jié)電制度手冊(cè)發(fā)給每一個(gè)員工，并要定期檢查員工的閱讀情況，如果完成效果不好，將要對(duì)其罰款。在日本，有更加嚴(yán)格的用電節(jié)能制度，城市景觀每周每地區(qū)會(huì)定時(shí)關(guān)燈一小時(shí)，時(shí)刻告訴人們節(jié)能就在身邊。 目前 國(guó)際 照明節(jié)能的主要方式分為兩種 :(1)在照明系統(tǒng)中使用高效的節(jié)能型光源，即選擇發(fā)光效率高的燈源。 (2)將節(jié)能控制設(shè)備加裝在己經(jīng)使用的照明系統(tǒng)中。 兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，從對(duì)照明系統(tǒng)使用的方面來(lái)講，新設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)中多采用第一種節(jié)能方式。而對(duì)已經(jīng)建設(shè)好的的照明系統(tǒng)，若要采用高效節(jié)能光 源就需要更換現(xiàn)有的所有燈具，這樣就會(huì) 需要投入大量的資金和人力。 同時(shí)，高效節(jié)能光源的價(jià)格會(huì)很高，一般是傳統(tǒng)光源價(jià)格的 610 倍 。這樣，如果投入使用，雖然會(huì)使 照明場(chǎng)所 的節(jié)能效果得到提高，但是 總 經(jīng)濟(jì)投入不會(huì)降低，達(dá)不到整體節(jié)約的目的。 國(guó)外的照明節(jié)能管理系統(tǒng)，大多采用上述第二種方式，并采用光控、聲控、時(shí)控等控制方式，成本低且安裝維護(hù)比較方便，但是不能夠合理額準(zhǔn)確的控制燈源的亮度。比如在天氣不好的時(shí)候不能準(zhǔn)確的做出判斷，也不能根據(jù)季節(jié)自動(dòng)的進(jìn)行調(diào)整。 現(xiàn)階段， 智能照明節(jié)電裝置加入了 許多 新技術(shù)，其生產(chǎn)成本要高于前面的那兩種傳統(tǒng)的照明節(jié)電設(shè)備，但是新型的 智能節(jié)電設(shè)備不但 要 可以對(duì)照明調(diào)壓實(shí)現(xiàn)智能，且能減少電壓波動(dòng)對(duì)燈具的損耗，降低電能的使用。目前節(jié)能這類(lèi)的照明節(jié)能控制方式也日趨完善，產(chǎn)品的具有更高的可靠性和經(jīng)濟(jì)型，也是目前社會(huì)上應(yīng)用最廣泛的節(jié)電手段。 近些年來(lái)， 我國(guó)能源浪費(fèi)比較嚴(yán)重，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，照明節(jié)電已經(jīng)勢(shì)在必行。目前， 國(guó)內(nèi)的景觀照明節(jié)能和國(guó)際節(jié)能方式類(lèi)似，也是主要依靠?jī)煞N方式：在系統(tǒng)中采用高效的節(jié)能光源，也就是選擇使用發(fā)光效率較高的燈；在照明系統(tǒng)中加裝節(jié)能控制設(shè)備。前一種節(jié)能方式，現(xiàn)在較多的被應(yīng)用，但是高效的節(jié)能光源價(jià)格較高，會(huì)增加照明設(shè)施的運(yùn)行資 金，同時(shí)更換照明光源，還需要消耗大量的人力，這樣雖然節(jié)能效果有提 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 共 40 頁(yè) 高，但是資金投入會(huì)增大，達(dá)不到節(jié)約的目的。第二種方式中，系統(tǒng)中的節(jié)能控制設(shè)備采用了新技術(shù)，成本更高，但是可以實(shí)現(xiàn)智能調(diào)壓，減少了電壓波動(dòng)的影響，也減少了電能的損耗，目前這種照明節(jié)能控制方式發(fā)展很快，也趨于完善，成為世界上最廣泛應(yīng)用的節(jié)能手段。 景觀照明系統(tǒng)的控制方式很多，如光控、時(shí)控等。光控方式簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)非常方便且價(jià)格低廉，缺點(diǎn)是控制的準(zhǔn)確性較差，在天氣條件不好的情況下容易誤作；時(shí)控系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)也非常方便并且價(jià)格便宜，但控制不方 便，開(kāi)啟和熄滅時(shí)間相對(duì)固定，對(duì)于景觀節(jié)能非常不利，也不能根據(jù)季節(jié)自動(dòng)調(diào)整。 景觀照明節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，一般來(lái)說(shuō)其 與選用的光源、燈具和控制系統(tǒng)、照明標(biāo)準(zhǔn)、照明方式以及后期照明設(shè)施維護(hù)與管理等多個(gè)因素密切相關(guān)。 為此我國(guó)綠色照明工程辦公室啟動(dòng)一次 綠色照明 項(xiàng)目，進(jìn)一步從照明產(chǎn)品、照明設(shè)計(jì)、照明管理、天然光利用等方面挖掘照明節(jié)能潛力。還開(kāi)發(fā)了不少智能照明設(shè)計(jì)，如智能燈具 、 智能照明控制與管理系統(tǒng)，包括在照明方面的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。此外計(jì)算機(jī)在照明設(shè)計(jì)和測(cè)試方面也得到廣泛應(yīng)用。俄羅斯開(kāi)發(fā)的智能照明管理系統(tǒng)，日本的智 能照明建筑，特別是現(xiàn)代化辦公室的智能照明技術(shù)等都值得我們研究與借鑒。 智能照明系統(tǒng)是由控制器、遠(yuǎn)程 I／ O模塊或擴(kuò)展 I／ 0 模塊、觸摸屏等來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。我國(guó)的某些景觀照明系統(tǒng)采用了 PLC控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能，它能夠方便照明系統(tǒng)的按照、調(diào)試、維護(hù)、故障診斷等工作，且其擴(kuò)展性好，自動(dòng)化程度高，具有良好的發(fā)展前景。根據(jù)參考文獻(xiàn)，照明節(jié)能管理系統(tǒng)有的采取單片機(jī)做 CPU，充分利用了單片機(jī)體積小，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，保證了照明管理系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)單片機(jī)價(jià)格便宜，滿足了景觀經(jīng)濟(jì)性要求?；趩纹瑱C(jī)的照明控制系統(tǒng)，用軟件的方法為 每一個(gè)單片機(jī)分配一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)的單片機(jī)編號(hào)，每個(gè)單片機(jī)再與一個(gè)照明燈線路相連，通過(guò)微型計(jì)算機(jī)串口與多個(gè)單片機(jī)相連。當(dāng)微型計(jì)算機(jī)向單片機(jī)發(fā)出控制命令時(shí)，相應(yīng)編號(hào)的單片機(jī)便可控制與其關(guān)聯(lián)的照明燈的開(kāi)關(guān)。照明燈具開(kāi)關(guān)控制程序是在單片機(jī)中運(yùn)行的程序，由此程序來(lái)控制燈具的開(kāi)關(guān)。 基于 MCS51單片機(jī)的照明節(jié)能管理系統(tǒng)是以 MCS51 單片機(jī)為核心的一個(gè)集采集、處理、控制為一身的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其工作原理是首先通過(guò)被動(dòng)熱釋電紅外探測(cè)器和環(huán)境噪聲探測(cè)是否有人，并探測(cè)環(huán)境亮度，如果沒(méi)人，則照明設(shè)施不開(kāi)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì) 思想，以主程序?yàn)楹诵脑O(shè)置功能模塊子程序，運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)主程序調(diào)用各 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 共 40 頁(yè) 功能模塊子程序，因?yàn)檎彰髟O(shè)施控制實(shí)時(shí)要求不高，循環(huán)控制即可滿足要求。 基于 AT89C51 單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法。該控制系統(tǒng)可以同時(shí)控制多個(gè)照明燈具的開(kāi)關(guān)，也可對(duì)某個(gè)指定的照明燈具進(jìn)行控制。此方法簡(jiǎn)單有效，控制成本低，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可以達(dá)到節(jié)約電源的目的。 景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù) 景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)控制調(diào)壓供電系統(tǒng)通斷、按時(shí)段控制供電電壓幅值，在保證安全照明前提下，實(shí)現(xiàn)耗 電量最小。關(guān)于系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，可以通過(guò)增加電壓反饋環(huán)節(jié)，通過(guò)數(shù)字控制器調(diào)節(jié)。電子技術(shù)的快速發(fā)展，單片機(jī)技術(shù) 日益成熟，以單片機(jī)為基礎(chǔ)的照明控制系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文 將采用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)壓控制與照明系統(tǒng)節(jié)能供電管理。 景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng) 的特點(diǎn) 傳統(tǒng)的景觀設(shè)計(jì)照明，采用的是手動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)、斷路器等對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，這種控制方式簡(jiǎn)單、方便，但是不適用大范圍的景觀照明管理，大面積的景觀照明維護(hù)和管理工作費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)人，同時(shí)還造成了電能的浪費(fèi)。目前景觀照明大多采用的是全硬件電路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單 一，維護(hù)費(fèi)用高且不能不能根據(jù)實(shí)際需求做出相應(yīng)的改變，同時(shí)還存在難以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的等一系列問(wèn)題。 本文將進(jìn)行 調(diào)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ，設(shè)計(jì)一套采用自適應(yīng)控制思想且場(chǎng)景、調(diào)度相結(jié)合的智能化控制系統(tǒng)。 進(jìn)一步探討節(jié)能的方式，實(shí)現(xiàn)最大 限度的節(jié)能，并綜合單片機(jī)的使用，使照明系統(tǒng)更加智能化、維護(hù)簡(jiǎn)單化，提高照明技術(shù)和科技含量。 本章小結(jié) 本章節(jié)敘述了所選課題的研究背景及意義、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、研究的基本任務(wù)以及所研究系統(tǒng)的特點(diǎn)，并簡(jiǎn)明的概述了全文的章節(jié)。在對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀描述時(shí)，扼要的介紹了目前國(guó)內(nèi)景觀照明節(jié)能所采用的兩種 方式： 在系統(tǒng)中采用高效的節(jié)能光源；在照明系統(tǒng)中加裝節(jié)能控制設(shè)備。這兩種節(jié)能方式都有各自的特點(diǎn)，也都能達(dá)到一定的節(jié)能效果。 2 景觀照明調(diào)壓系統(tǒng)主電路 景觀照明調(diào)壓系統(tǒng)是一個(gè)包含供電系統(tǒng)、調(diào)壓系統(tǒng)、照明管理系統(tǒng)的復(fù)雜控制電路， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) 共 40 頁(yè) 它主要由接觸器、晶閘管、空氣開(kāi)關(guān)、電壓反饋、單片機(jī)等部分組成。 景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng) 主電路的器件的選擇 主電路接觸器的選擇 電磁式電器的執(zhí)行部分是觸點(diǎn)，觸點(diǎn)的接觸方式分為三種：點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸。電磁式接觸器是利用電磁吸力的作用使主觸點(diǎn)閉合或分?jǐn)嚯妱?dòng)機(jī)電路或其 他負(fù)載電路的控制電器。用它可以實(shí)現(xiàn)頻繁地遠(yuǎn)距離操作，具有比工作電流大數(shù)倍乃至十幾倍的接通和分?jǐn)嗄芰?。其體積小、價(jià)格低和維護(hù)方便，因而用途十分廣泛。 接觸器按其主控點(diǎn)控制的電路中電流的種類(lèi)分類(lèi)可分為直流接觸器和交流接觸器。選用時(shí)，一般交流負(fù)載用交流接觸器，直流負(fù)載用直流接觸器。景觀照明供電系統(tǒng)采用的是負(fù)載為 50A 的交流電，因此可采用交流接觸器。另外景觀照明管理系統(tǒng)需要接觸器控制電容器和白熾燈，接通時(shí)的沖擊電流可達(dá)到額定值的幾十倍，因此從接通方面考慮，應(yīng)當(dāng)選用 AC4 類(lèi)的接觸器。不同類(lèi)型的照明設(shè)備，起動(dòng)電流和起動(dòng) 時(shí)間也不一樣，起動(dòng)時(shí)間很短，可選用約定發(fā)熱電流等于照明設(shè)備工作電流的 倍即可。 總上，該系統(tǒng)可選用型號(hào)為 CJX26311 的交流接觸器。 主電路晶閘管的選擇 晶閘管是一種整流元件，其整流電壓可以控制，當(dāng)供給整流電路的交流電壓一定時(shí)，輸出電壓能夠均勻調(diào)節(jié)。在整流電路中，晶閘管在承受正向電壓的時(shí)間內(nèi)，改變觸發(fā)脈沖的輸入時(shí)刻，即改變控制角的大小，在負(fù)載上可以得到不同數(shù)值的電壓，因而控制了輸出電壓的大小。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)對(duì)晶閘管施加足夠長(zhǎng)時(shí)間的反向電壓，使晶閘管充分恢復(fù)其對(duì)正向電壓的阻斷能力，電路才能 正?？煽抗ぷ鳌Ｕ彰飨到y(tǒng)中需要在電路中隨時(shí)關(guān)斷晶閘管，可選用可關(guān)斷晶閘管，因?yàn)槠溟T(mén)級(jí)端加合適的觸發(fā)信號(hào)后就會(huì)關(guān)斷。 但是，晶閘管的應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生諧波，諧波電流流過(guò)繞組時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加損耗，還會(huì)造成電容器的過(guò)負(fù)荷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞電容器。另外諧波頻率越高，趨膚效應(yīng)也就越明顯，有效電阻也隨之增大，引起導(dǎo)線發(fā)熱而增加電能的損耗。 為了防止上述問(wèn)題的產(chǎn)生，應(yīng)該考慮其他技術(shù)的應(yīng)用。目前電力電子器件快速發(fā)展，單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用也日益廣泛，這也促進(jìn)了 PWM控制技術(shù)的發(fā)展， PWM 技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中。本課題研究?jī)?nèi)容為景觀照明節(jié)能 管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，考慮到其負(fù)載電流為 50A，故應(yīng)當(dāng)選用大功率性的晶閘管。結(jié)合參考文獻(xiàn)和網(wǎng)上查閱資料，選定 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 共 40 頁(yè) BTA1001200B 雙向可控硅晶閘管，其額定正向平均電流為 100A，最大穩(wěn)定工作電流為100A，正向重復(fù)峰值電壓為 1200V，反向阻斷峰值電壓為 1200V，且其門(mén)極散耗功率僅為 ，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。 主電路 空氣開(kāi)關(guān) 的選擇 空氣開(kāi)關(guān)是指觸頭在大氣壓力下得空氣中分合的斷路器，是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中非常重要的一種電器。它的絕緣介質(zhì)為空氣，用鎖扣保持合閘位置，由脫扣機(jī)構(gòu)作用于跳閘并 具有滅弧裝置的低壓開(kāi)關(guān)，被廣泛用于 500V 一下的交、直流裝置中，在電路中作接通、分?jǐn)嗪统休d額定工作電流和短路、過(guò)載等故障電流。因此空氣開(kāi)關(guān)具有過(guò)載、短路、欠電壓保護(hù)等多種保護(hù)功能，動(dòng)作值可調(diào)、分?jǐn)嗄芰Ω?、操作方便、安全等?yōu)點(diǎn)，并利用一定的觸頭結(jié)構(gòu)，限制分?jǐn)鄷r(shí)短路電流峰值的限流原理，對(duì)提高斷路器的分?jǐn)嗄芰τ忻黠@的作用，所以目前被廣泛應(yīng)用。 空氣開(kāi)關(guān)的工作原理是短路電流遠(yuǎn)大于正常負(fù)載電流，短路電流導(dǎo)致脫扣器脫扣，動(dòng)觸頭在彈簧作用下與靜觸頭分開(kāi)，使得電路斷開(kāi)。短路電流有多種方式實(shí)現(xiàn)脫扣器脫扣，一般是采用電磁鐵的原 理實(shí)現(xiàn)的，線圈中經(jīng)過(guò)負(fù)載電流時(shí)電磁鐵吸引力小，經(jīng)過(guò)短路電流時(shí)吸力足以使銜鐵動(dòng)作，帶動(dòng)脫扣器脫扣。大點(diǎn)的空氣開(kāi)關(guān)還具有過(guò)負(fù)載保護(hù)，一般采用雙金屬片，當(dāng)電路過(guò)負(fù)荷達(dá)到一定時(shí)間的時(shí)候，熱量會(huì)使雙金屬片變形導(dǎo)致脫扣器脫扣從而斷開(kāi)電路。 挑選空氣開(kāi)關(guān)時(shí)應(yīng)注意 :空氣開(kāi)關(guān)額定電壓大于等于線路額定電壓；空氣開(kāi)關(guān)的額定電流和過(guò)電流脫扣器的額定電流大于等于線路計(jì)算負(fù)載電流。如果空氣開(kāi)關(guān)的額定電流選擇的偏小，就會(huì)使空氣開(kāi)關(guān)頻繁跳閘，引