【文章內(nèi)容簡介】 更易給人靜的感覺，所以住宅小區(qū)中室外照明中普遍采用高壓鈉燈及金屬鹵化物燈。此類光源的優(yōu)點是顯色性好、光效高、使用壽命長，且滿足了節(jié)能要求。 供配電及照明控制 大型住宅小區(qū)內(nèi)庭院燈數(shù)較多，從一個供配點供電往往饋出管線過多，并且供電半徑過大，引起末端電壓過大，如果僅靠增加線徑來解決電壓損失過大這個問題會大大的增加投資，給甲方帶來不必要的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。因此可以考慮分區(qū)供電的方式，既能解決電壓損失過大的問題，又能減少饋出的管線根數(shù)，使配電系統(tǒng)更加簡單，有利于今后管線的維護(hù)，各配電點經(jīng)控制電纜直 接聯(lián)接到小區(qū)路燈控制室，有條件的可以配備照明控制系統(tǒng)。小區(qū)主干道照明、支路照明、綠化景觀照明可采用單獨回路供電，這樣就可以根據(jù)不同的需要，對主干道上和部分路燈及綠化景觀內(nèi)的路燈實行單獨控制，既節(jié)約電能，又滿足不同節(jié)目亮燈的需求。 綜上所述，在現(xiàn)在住宅小區(qū)的照明系統(tǒng)中，對路燈的控制使我們智能照明系統(tǒng)的核心，掌握了路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，就基本解決了智能照明系統(tǒng)，因此在下面本文著重介紹只能路燈控制器。 15 第 3 章路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 目前，常用調(diào)光方法有 :(1)可變 電阻調(diào)光法 。(2)調(diào)壓器調(diào)光法 。(3)脈沖占空比調(diào)光法 。(4)脈沖調(diào)頻調(diào)光法 。(5)調(diào)節(jié)高頻逆變器供電電壓調(diào)節(jié)法等。調(diào)光按照使用的控制方法可以分為模擬調(diào)光 (模擬 1~10V調(diào)光 )與數(shù)字調(diào)光 (數(shù)控調(diào)光 )兩大類。控制范圍大小的實現(xiàn)方法又可以分為現(xiàn)場總線控制和計算機網(wǎng)絡(luò)調(diào)光控制兩大類。照明控制系統(tǒng)可以分為以下幾類 :l 點燈控制型 型 . .目前，路燈系統(tǒng)一般采用鈉燈、水銀燈、金鹵燈等燈具。模擬調(diào)光和數(shù)字調(diào)光的鎮(zhèn)流器工作原理圖如圖 3— 1 和 3— 2 所示 : 3— 1模擬調(diào)光電子鎮(zhèn)流器工作原 理圖 早期的燈光控制使用 010V的模擬量來代表亮度 0%~100%，而每一回路以一條信號線 (共用公共線 )來處理。 .而回路越多代表連線數(shù)越多，傳送距離越遠(yuǎn)信號壓降問題也就越嚴(yán)重。 16 圖 2— 2數(shù)控調(diào)光電子鎮(zhèn)流器工作原理圖 數(shù)控調(diào)光電子鎮(zhèn)流器由 IR21592 可調(diào)光控制集成電路和微處理集成電路等組成，可以接收人工指令，遙控指令以及由程序設(shè)定的定時，開關(guān)燈等控制指令。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型及功能分析 圖 3— 3 是本文提出的道路照明管理系統(tǒng)的組成示意圖。 該系統(tǒng)由照明管理中心平臺、照明區(qū)域控制器和智能節(jié)點組成。照 明管理中心平臺負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的集中管理，包括進(jìn)行遠(yuǎn)程實時控制、系統(tǒng)運行信息采集和監(jiān)測。照明區(qū)域控制器負(fù)責(zé)所轄路段的智能化照明控制、解析執(zhí)行管理中心指令和采集上報運行數(shù)據(jù)。智能節(jié)點負(fù)責(zé)單個路燈的控制和狀態(tài)檢測。照明區(qū)域控制器和照明管理中心之間采用 GS 樹 GPRS 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，智能節(jié)點和照明區(qū)域控制器之間采用電力線載波通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 3— 4 所示虛框內(nèi)的智能控制系統(tǒng)是本論文研究的重點。 17 圖 3— 4路燈節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 該節(jié)能方法是通過智能控制器對功率單元進(jìn)行控制，進(jìn)而操控可變電抗變換器來改變路 燈的輸出電壓，通過改變路燈的光照來實現(xiàn)節(jié)能。此方法利用了人眼在夜晚行進(jìn)時對光照要求不敏感的特點改變了路燈的端電壓，在不同的時段根據(jù)實際要求獲得相應(yīng)的照度，實現(xiàn)路燈亮度的智能化調(diào)節(jié)。其功率單元原理圖如下圖 3— 5 所示 : 圖 3— 5功率單元原理圖 其基本思想是 :將可變電抗變換器的一次繞組直接與路燈負(fù)載相接，在變換器中增加二次線圈，將二次線圈與功率變換器以及智能控制器連接。通過智能控制器與電力電子功率變換單元來控制可變電抗器的二次繞組，達(dá)到改變可變電抗變換器一次阻抗的目的，進(jìn)而改變路燈的輸入電壓，使路燈既可實現(xiàn)軟 起動又可以對其進(jìn)行調(diào)節(jié)。其智能控制器控制流程圖如圖 3 — 6 所示。 圖 3— 6智能控制器流程圖 其工作過程為 :首先，通過對光照信號的采集，由智能控制器判斷路燈照明系統(tǒng)是否需要開啟，如需要運行則由功率單元來完成路燈的軟啟動 (一般情況下 18 是由數(shù)十、甚至上百盞路燈組成一條街道的照明系統(tǒng) )。路燈打開后，根據(jù)路面安裝的聲學(xué)傳感器采集到的路面車流量與行人流量所發(fā)出的聲信號由智能控制器來發(fā)出控制信息，通過功率變換單元來控制可變電抗變換器來決定路燈輸出電壓的大小，如果實時車輛與行人的流量較大，即需要路燈的照度較高，系統(tǒng)根據(jù)需求自 動調(diào)高路燈的輸出電壓 。如果實時車輛與行人的流量較小，即路燈的照度不需要很高，系統(tǒng)就會自動降低路燈的輸出電壓。 智能控制器作為整套系統(tǒng)的核心部分其控制方式選取的為模糊控制算法，采集的外部信號通過放大、轉(zhuǎn)換后輸入到控制器的微處理器中，這里我們采集的信號為光信號與聲音信號兩種，其中光信號用來控制整套系統(tǒng)的啟停，而聲音信號則用來實時反映外部環(huán)境的要求，通過模糊控制的方式將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理比對，選取最優(yōu)化的控制信號加以輸出。 系統(tǒng)控制器的總體設(shè)計 智能控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計 智能路燈節(jié)能控制器的總體設(shè) 計如下圖 2 一 7 所示 : 19 圖 3— 7智能路燈節(jié)能控制器的總體設(shè)計 本課題的研究重點是智能控制器。智能控制器在路燈中的控制作用是根據(jù)外界路面變化的聲音和光線的信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成我們可以測量的電流電壓信號，進(jìn)行智能控制算法運算，通過功率變換單元控制可變電抗器的電抗，從而調(diào)節(jié)路燈的明亮程度以達(dá)到節(jié)能的目的。所以，智能控制器要包括如下幾個基本功能：起動電量信號的檢測、智能控制算法運算、功率變換單元控制、開關(guān)器件控制。并且微處理器在數(shù)控照明調(diào)光控制中，要使用專用的電子鎮(zhèn)流器來對路燈進(jìn)行控制，另外，作為一個完備的電氣控制 系統(tǒng)，還應(yīng)具有友好的人機交互界面、現(xiàn)場總線通信等功能。 微處理器系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制各模塊工作，進(jìn)行智能控制算法運算，數(shù)據(jù)采集，觸發(fā)板控制信號輸出，開關(guān)量輸入輸出，接入現(xiàn)場總線與工控機等設(shè)備通信等。路燈軟啟動信號，包括電壓、電流信號通過信號檢測調(diào)理轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號，輸入微處理器系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并進(jìn)行運算。微處理器的運算結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬信號后送至功率變換單元作為給定信號，功率變換單元按照給定信號改變晶閘管的導(dǎo)通情況，晶閘管導(dǎo)通情況不同直接決定了可變電抗器二次線圈的電壓或電流變化，從而使電抗器一次側(cè)電抗值發(fā)生變化 (即可變電 抗起電抗變化 )，進(jìn)而改變路燈兩端的輸入電壓。 20 第 4 章系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 硬件主要是由聲音傳感器、光敏傳感器、運算放大器、 V/F 轉(zhuǎn)換器、單片機、觸發(fā)電路等組成。光信號通過光電傳感器，轉(zhuǎn)變成電信號，電信號經(jīng)過放大后，送給開頭電路，作為路燈的的開關(guān)。聲音信號通過聲音傳感器變成電壓信號，電壓信號再經(jīng)過放大器送給 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器， A/D 轉(zhuǎn)換器就可以把前面送來的電壓信號轉(zhuǎn)換成，頻率脈沖信號，根據(jù) 聲音大小的不同，就可以得到不同的頻率脈沖數(shù)據(jù)，從而也就可以判別聲音的大小。將轉(zhuǎn)變成頻率信號的聲音數(shù)據(jù)送到單片機，單片機通過一系列的計算，就可以得到控制信號，然后將數(shù)據(jù)輸出到 LED顯示以及送到 D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成摸擬信號，送給觸發(fā)器，最后由觸發(fā)器驅(qū)動功率單元，也就是被控對象。使被控對象的兩端電壓可以分時段得到相應(yīng)的電壓，其系統(tǒng)硬件電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖如下圖 3 一 1 所示： 21 圖 4— 1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 智能控制系統(tǒng)硬件主要由聲學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器、信號變送器、微處理 器、A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器等組成。硬件系統(tǒng)的工作原 理為：光信號通過光電感應(yīng)器轉(zhuǎn)變成模擬信號，通過模糊控制運算實時處理人車流量信息，動態(tài)調(diào)節(jié)燈光的強弱，實現(xiàn)節(jié)能控制?，F(xiàn)場控制設(shè)備功能的實現(xiàn)是軟硬件的結(jié)合。為了實現(xiàn)上述功能，照明區(qū)域控制器在硬件上應(yīng)該具備以下模塊，主要包括電源模塊、微處理器及其外圍電路、外存儲器、 RS232 接口、電力控制模塊（接觸器驅(qū)動控制和狀態(tài)檢測）、電能計量模塊、人機交互接口和指示電路還有專用鎮(zhèn)流芯片部分。照明區(qū)域控制的硬件結(jié)構(gòu)如圖 4— 2 所示。 圖 4— 2 照明區(qū)域控制器硬件結(jié)構(gòu) 電力控制模塊主要完成路燈線路的送 /斷電控制和線路狀態(tài)檢測功 能，同時為了保證在遠(yuǎn)程控制失效的特殊情況下，可以切換到手動控制方式進(jìn)行人工控制，還增設(shè)了手動控制 /自動控制切換按鈕。 電力控制模塊是傳統(tǒng)照明控制器的核心部分，其控制信號由微處理器給定，反饋控制結(jié)果返回給主處理器。電能計算模塊是遠(yuǎn)程抄表子系統(tǒng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其采集內(nèi)容包括：線路的電壓、電流、用電量、累計用電量、功率因數(shù)， 22 以及欠電壓和過電壓檢測結(jié)果。其中電流和功率信息還被用作電纜監(jiān)測的輔助信息。 控制器設(shè)計以及其外部電路 控制器最小控制系統(tǒng) 圖 4— 3微處理器最小系統(tǒng)原理圖 微處理 器最小系統(tǒng)包括電壓監(jiān)控和復(fù)位電路、晶振電路、單片機和其它外 圍器件。原理圖如上圖 4— 3 所示。 AT89S52 是一種低功耗、高性能的含有 SK字節(jié)快閃可編徹擦除只讀存儲器 (FPERoM)的 8 位 CMOS 微控制器，使用高密度、非易失存儲技術(shù)制造，并且與 AT89S52 指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。芯片上的 FPEROM 允許在線或采用通用的非易失存儲編程器對程序存儲器重復(fù)編程。 AT89S52 的主要性能包括： (l)與 MCS52 微控制器產(chǎn)品系列兼容； (2)片內(nèi)有 8K 字節(jié)的可在線重復(fù)編程快閃擦寫存儲器； (3)編程所需的所有 時序和電壓，均不需外部電路供給； 23 (4)存儲器可循環(huán)寫入 /擦除 1000 次； (5)存儲數(shù)據(jù)保存時間為 1 年； (6)寬工作電壓范圍， Vcc 可由 6v； (7)全靜態(tài)工作，可由 0Hz 到 16MHz； (8)程序存儲器具有 3 級鎖存保護(hù)； (9)128 8位內(nèi)部 RAM； (10)32 條可編程拍線 ； (11)三個 16 位定時器 /計數(shù)器； (12)中斷結(jié)構(gòu)具有 5 個中斷源和 2 個優(yōu)先級； (13)可編程全雙工串行通道； (14)空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保護(hù)存儲內(nèi)容。 AT89S52 內(nèi)部有 256 個字節(jié)的 RAM，地址范 圍是 00H~FFH，但實際提供給用戶使用的只有 128 個字節(jié) (00H7FH)，