【導讀】傳統(tǒng)的相控式交流調(diào)壓器，采用的開關器件為晶閘管。它們的優(yōu)點是控制電路簡單、功率容量大，缺點是當控制角增大時，功率因數(shù)減小，電流中諧波的幅值相對大，濾波器的體積大。）信號，就可方便的進行電壓調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)設計的時鐘電路其誤差每月只有一秒鐘，并且?guī)в械綦姳Ｗo、夏令時、閏年補償以及鬧鐘功能?？杀ＷC本系統(tǒng)定時關燈的準時性。以若應用于大學生創(chuàng)新基地為實例，根據(jù)調(diào)查，創(chuàng)基照明電路中40W的大燈共111只，20W的小燈共115只。由于創(chuàng)基人員常有通宵工作的，造成了每晚都開著幾乎所有的電燈，采用本系統(tǒng)，每晚到點后可關閉大燈，僅采用小燈進行動態(tài)照明。保守估計每年可為創(chuàng)新基地節(jié)約電能一萬度。根據(jù)權威機構調(diào)查顯示：如果全國所有的商場，會議中心等公共場所有10%白天采用自然光照明，每年可節(jié)電82億度。

　　

【正文】 保障，存在安全隱患。所以交流接觸器是不能用來控制照明調(diào)控裝置進行頻繁切換的。此類節(jié)電裝置一般做不到實時穩(wěn)定電壓、多時段調(diào)控等功能，這也就是其缺點所在。 從前兩類節(jié)電產(chǎn)品來看，它們各有優(yōu)缺點，之所以不能得到大量使用，是因為其本身都存在技術缺陷，可控硅(相控)型優(yōu)點是可實時精確控制輸出電壓，滿足照明用電的最佳值。缺陷是電壓無法實現(xiàn)正弦波輸出，有諧波污染。而自耦降壓型的優(yōu)點正好是能做到電壓正弦波輸出，卻不能實現(xiàn)電壓的自動精確控制，只能固定降電壓，不能升壓和穩(wěn)壓，如果能將兩者優(yōu)勢結合互補，去除缺陷，就是相對比較理想的照明節(jié)能設備了。近年來，隨著電力半導體器件IGBT的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了一種新型的交流調(diào)壓方式，這就是交流斬波調(diào)壓。交流斬波調(diào)壓技術作為一種高性能交流調(diào)壓技術，符合電力電子技術的高頻化、高效化和低污染發(fā)展趨勢，在正弦波節(jié)能設備中的應用將越來越廣泛。交流斬波調(diào)壓方式是仿照直流斬波調(diào)壓方式形成的，因而交流斬波可有定頻調(diào)寬式和定寬調(diào)頻式。為了得到較大的交流斬波調(diào)壓范圍，便于實現(xiàn)與電源頻率同步的交流斬波器，一般采用定頻調(diào)寬的斬波方式。 交流斬波調(diào)壓與直流脈寬調(diào)制原理一樣，只是斬波調(diào)制對象不同，電路結構上要求能對交流電進行雙向調(diào)制，為高頻周期矩形波函數(shù)對正弦函數(shù)的調(diào)制，調(diào)制原理如圖3所示。調(diào)制原理Fourrier展開分析如下。 交流斬波控制調(diào)壓原理輸入交流電壓：Ui(t)=Umsin 2πft。 1開關閉合開關函數(shù)：S(t)= 0開關打開。開關函數(shù)的Fourrier展開為：其中占空比D=τ/Ts，調(diào)制比N=fs/f。由于其中φ為系數(shù)?？梢姡敵鲭妷河膳c輸入電壓同頻的基波，以及(nN177。1)2πf(n=1，2，3，…)高次諧波組成。通過一個低通濾波器，可容易濾掉φ[(nN177。1)2πft]部分。經(jīng)濾波輸出為：Uo(t)=DUi(t)，即可通過調(diào)節(jié)占空比D線性調(diào)節(jié)輸出電壓。 交流斬波調(diào)壓對象為交流電壓，要求對正負半波電壓均能進行調(diào)制，即開關器件必須為雙向的，結構上具有對稱性。從能量角度看，開關器件的通斷來控制著能量的流動及流向，由于能量為不能突變量，它要求電路拓撲時刻提供能量連續(xù)通路，即電路具有雙向性。常見的雙向電子開關有如下幾種，見圖。 交流斬波調(diào)壓電路結構 可見雙向電子開關具有完美對稱性，其中圖4(c)雙向電子開關對稱性不夠，只能用于不帶零線的三相交流斬波電路中。輸出電壓的基波成分Uo(與輸入電壓頻率相同的成分)的幅度與輸入電壓的幅度呈正比，比例系數(shù)為占空比D，Uo=DUi。諧波頻率出現(xiàn)在n倍電子開關工作頻率(nfs)的兩側，成對出現(xiàn)。并且每對諧波電壓的幅值相等，但相位相反。諧波頻率與占空比無關。對任何一次諧波，其諧波電壓的幅度均為占空比的一元函數(shù)，最大值為1/n。占空比越大，輸出電壓中諧波成分的比重越小。交流斬波調(diào)壓技術作為一種高性能交流調(diào)壓技術，符合電力電子技術的高頻化、高效化以及低污染發(fā)展趨勢，將逐步取代晶閘管相控交流調(diào)壓(中、小功率)，新器件的發(fā)展與成熟將加速這一進程，其在一些電動機調(diào)速方面有不可比擬的優(yōu)越性。相控調(diào)壓方式雖在理論上允許在輸入電壓的全范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，但在深控時，由于波形畸變嚴重，人為引入的滯后相位很大，實際應用的效果很差。斬波調(diào)壓方式不存在這些問題，當占空比較小時(相當于相控方式深控時的情況)，各高次諧波的幅值較小，其基波分量還是與輸入電壓同頻同相的正弦量，輸出電壓質(zhì)量并未降低，因而斬波調(diào)壓方式可有較寬的調(diào)壓范圍。如果采用交流斬波調(diào)壓技術這種新型的降壓節(jié)能措施，將電壓降低至20%以內(nèi)運行，將會有很好的性價比，它使照度僅在30%~35%的范圍內(nèi)降低，不致于偏離照明標準過大，照明質(zhì)量(均勻度)也不受影響，沒有諧波污染等不良后果，同時也可以平穩(wěn)的啟動以及降壓轉換運行狀況。延長了燈泡的使用壽命，相應的也降低了維護的成本。 交流調(diào)壓電路設計圖4 軟件設計 5 工作性能檢測 光強檢測模塊數(shù)據(jù)采集通過對光強檢測模塊實際數(shù)據(jù)的采集可得數(shù)據(jù)如表一所示表51當前光照情況 對應光強/LUX對應檢測電壓值/V(完全黑暗)1105010050010005000100003000060000(很亮)100000(非常亮) 對上述數(shù)據(jù)作圖可得曲線如下圖所示 分析曲線可得當照度為1000LUX為該二極管的線性分界點，則再分別作曲線分析如下兩圖所示。圖三 PWM交流斬波調(diào)壓數(shù)據(jù)采集實測得當輸入PWM信號Vpp=5V，f=5KHZ時，調(diào)節(jié)其占空比測得輸出電壓值的改變。 表52PWM輸出電壓值/V80%70%60%50%40%30%20% 作出相應曲線如下圖，可見其線性很好，可以滿足設計要求。該數(shù)據(jù)證明該PWM交流斬波調(diào)壓技術完全可實現(xiàn)照明電路的節(jié)能。6 結論在做畢業(yè)設計的準備過程中，我收集了大量的傳感器、單片機控制方面的相關資料，并溫習了模擬電子技術的相關知識，通過這些工作使我掌握了單片機與模數(shù)轉換電路的連接和溫習了C語言編程。在做畢業(yè)設計期間，我運用所掌握的知識對需要用到的電路進行設計與比較，在其中找出了一套切實可行的最佳方案，并對所選用的電路進行分析與完善。利用所了解的軟件知識對系統(tǒng)進行編程，研究照明節(jié)能的控制系統(tǒng)。在論文中介紹了相關電路的構成與工作原理，以及對硬件、軟件方面的設計思路。通過畢業(yè)設計我不但學到了很多新的知識，而且鞏固了原來學過的知識，并把所學的理論知識運用到實踐當中去，增強了自己分析問題和解決問題的能力。在做畢業(yè)設計的過程中認識到自己的水平，發(fā)現(xiàn)了自己的優(yōu)點和不足，找出了自己需要增強的方面，并為步入社會打下了堅實的基礎。在此次任務中，調(diào)壓模式的選擇至關重要，既要考慮外圍電路的簡單還是復雜，又要考慮環(huán)保和綠色照明指標。經(jīng)過多方翻閱資料與對比論證，最終決定使用高頻交流斬波調(diào)壓。并且很快就將具體方案確定下來，在設計方案中，結合單片機的功能特點及其控制特性，利用簡便的單片機語言和其內(nèi)部時鐘，以單片機作為檢測和控制的核心。根據(jù)設計方案，詳細地闡述了單片機的控制原理、傳感器使用方法、測量與控制的設計，設計了相應的硬件電路和系統(tǒng)軟件，制作了電路原理樣機并進行調(diào)試。結果表明，所設計的電路和軟件能完成基本的測試功能。總的來說，基本上完成了任務書中規(guī)定的設計任務。本文所設計的節(jié)能燈控制系統(tǒng)，采用時鐘信號作為控制依據(jù)，可以讓單片機實時控制，并具有顯示和測溫功能。最后通過LCD液晶顯示時間，并可通過按鍵設定時間。從測得的數(shù)據(jù)顯示，利用高頻交流斬波調(diào)壓，其線性很好，達到了綠色環(huán)保的要求。完成的系統(tǒng)基本達到設計所要求的內(nèi)容，并有所突破。本設計采用單片機AT89S52控制，具有速度快，性能穩(wěn)定，電路簡單，控制簡單等特點。但本次設計同時發(fā)現(xiàn)了自身許多不足之處，比如在傳感器、C語言等方面所知道的知識就比較薄弱，只好在以后的工作學習中不斷學習以加深自己對這些方面的理解，從而擴展自己的知識面，更好的為祖國服務。本次設計還有一個大的收獲，那就是在元器件選擇上，我覺得最好能夠選擇功能比較齊全、外接電路比較簡單、使用方便的集成化元器件，這樣可以為我們后續(xù)工作節(jié)省大量的時間來研究其他方面的工作。謝 辭在一個學期的畢業(yè)設計中，得到導師李彩林老師的悉心關懷和指導幫助，在模塊設計和提供參考材料方面給予我很多建議和幫助，特別是在溫度傳感器的選擇上，讓我少做了很多無用功。還有就是使我在基礎知識和實際動手能力方面都有明顯的進步，在學習方法和科研方法上有了一個全新的認識，這種科學認識上的進步勢必影響我以后所有工作和學習。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。同時，我還從李老師那里學到了許多做人的道理，讓我受益匪淺，我想這些會對我今后的人生有巨大的幫助。此時此處，我向我的導師李彩林老師表示致以誠摯的謝意和崇高的敬意。接下來我要感謝的是大學生創(chuàng)新實踐基地的同學，他們在我制作電路板以及調(diào)試的時候給我提供了條件，并給出了不少寶貴的意見，使我受益匪淺。我還要感謝給予我?guī)椭膸孜煌瑢W，他們在我最無助的時候?qū)ξ疑斐隽嗽?，給了我極大的幫助。最后，向在我做畢業(yè)設計期間給予過我鼓勵、關心、幫助的各位老師、同學表示由衷的敬意!參考文獻[1] 盧文科編著. 實用電子測量技術及其電路精解[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2000.[2] 胡偉，季曉衡編著. 單片機C程序設計及應用實例[M]. 北京：人民郵電 出版社，2003. [3] 王大海. 新型溫濕度自動控制系統(tǒng)的設計與應用[J].電子工程師, 2002.[4] 胡偉，季曉衡編著. 單片機C程序設計及應用實例[M]. 北京：人民郵電 出版社，2003. [5] 李全虎等著. 基于單片機的水浴溫度控制系統(tǒng)的設計[M].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學學報（自然科 學版），2003年第06期.[6] 王 福瑞. 單片微機測控系統(tǒng)設計大全[M].北京:北京航空航天大學出版社,1998.[7] Rao．Guthikonda V．Microprocessors and microputer system[M]． Van Nostrandand Reinbold Company，1982.[8] 沈紅衛(wèi). 基于單片機的智能系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[M]，北京：電子工業(yè)出版社，[9] 李曉靜等. 液晶顯示控制器與單片機的接口及編程[J]，電子技術，2004年第6期[10] 張迎新. 單片微型計算機原理、應用及接口技術(第二版)[M]，北京：國防工業(yè)出版社，[11] 彭小軍. 用單片機實現(xiàn)電子時鐘[J].新余高專學報，2004年4月第9卷第2期[12] 馮育長. 單片機系統(tǒng)\設計與實例分析[M]，西安：西安電子科技大學出版社，[13] 何力民. 單片機應用技術選編5[M]，北京：北京航空航天大學出版社，[14] [M],北京：北京大學出版社，[15] [M],北京：機械工業(yè)出版社，[16] Holmes，Thomas (姚予疆，趙禮菁)[M],北京：人民郵電出版社， [17] 何書森等. 用電子線路設計速成[M]，福州：福建科學技術出版社，