【正文】 展，景觀智能照明節(jié)電裝置以后必將加入了更多的新技術(shù)，低耗能是今后照明節(jié)能的趨勢。使照明設(shè)備在需要照明的時(shí)候發(fā)光，在不需要照明的時(shí)候關(guān)斷，并根據(jù)不同的時(shí)間段自動照明設(shè)備的亮度。經(jīng)過將近一個(gè)多月的學(xué)習(xí)練習(xí)，終于學(xué)會了proteus軟件的操作，完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的仿真工作。編程時(shí)用的C語言，在編程的過程中，程序出現(xiàn)了一些差錯(cuò)，得到了同學(xué)的及時(shí)指正。景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該明白大致的流程圖，懂得怎么去實(shí)現(xiàn)節(jié)能，而后就是選擇器件、編程和仿真。畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)大學(xué)本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次對景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我了解到自己對本專業(yè)認(rèn)識的局限性，自己很難將所學(xué)的知識與實(shí)際生活聯(lián)系起來；同時(shí)，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我也學(xué)到了很多東西，增加了我的專業(yè)知識與技能。在這這學(xué)期差不多三個(gè)月的時(shí)間里，我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作。采用普通燈泡進(jìn)行照明時(shí)，消耗的電能如下：1000只*120W/只*12小時(shí)/天*365天/年=525600000W/小時(shí)=525600度當(dāng)采用該景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)時(shí)，采用低壓鈉燈進(jìn)行照明，照明電路夜間電壓為220V，白天由于光亮度較大，照明電路電壓為0V，若遇天氣不好，外界較暗時(shí)，電壓為150V，按一年中有35天天氣不好需要照明來計(jì)算，該設(shè)計(jì)系統(tǒng)消耗的電能如下：1000只*12小時(shí)/天*（18W/只*365天/年+150*150/（220*220）*18W/只*35天/年）=通過對上述兩種照明方式的對比計(jì)算，得出了景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)的節(jié)能效果為：1（82355/525600）*100%=%，可見，通過采用該設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可節(jié)省大量的電能。以一年時(shí)間為例計(jì)算該景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的節(jié)能效果。本設(shè)計(jì)中，將時(shí)間段分為白天6:0018:00和夜間18:006:00兩個(gè)時(shí)間段。低壓鈉燈的光源光效為140lm/w，而普通燈泡為20lm/w，因此選用的功率18W的低壓鈉燈進(jìn)行照明亮度大約相當(dāng)于120W的普通燈泡照明的亮度。從而，使照明電路實(shí)現(xiàn)了智能化，減少了電能的損耗。另外，時(shí)鐘模板與單片機(jī)連接，對單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的編程，讓其根據(jù)不同的時(shí)間設(shè)置照明電路不同的電壓幅值，從而實(shí)現(xiàn)了根據(jù)時(shí)間控制照明電路的通斷。為了實(shí)時(shí)的檢測電壓的穩(wěn)定性，景觀照明管理系統(tǒng)還增設(shè)了測電壓波形的示波器，可測得不同時(shí)間段的電壓波形，更加直接的清晰的了解到電壓的波動情況，便于進(jìn)行調(diào)壓控制。在中斷服務(wù)子程序中使用定時(shí)器累計(jì)移相時(shí)間，然后向雙向可控硅發(fā)出同步觸發(fā)信號。現(xiàn)在過零檢測技術(shù)與光耦隔離技術(shù)相結(jié)合，采用過零檢測給主芯片提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的起點(diǎn)是零電壓，雙向可控硅導(dǎo)通角的大小就依靠這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。要采用過零觸發(fā)，電路還需正弦交流電過零檢測電路。本課題的設(shè)計(jì)也采用過零觸發(fā)。其觸發(fā)電路有兩種：移相觸發(fā)和過零觸發(fā)。為減小驅(qū)動功率和可控硅觸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的干擾,需要采用觸發(fā)電路。雙向可控硅是一種功率半導(dǎo)體器件, 也稱雙向晶閘管, 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中, 可作為功率驅(qū)動器件, 由于雙向可控硅沒有反向耐壓問題, 控制電路簡單, 因此特別適合做交流無觸點(diǎn)開關(guān)使用。使得照明電路電壓值在不同的時(shí)間段具有不同的幅值。選擇了對光的敏感性與人眼對可見光的響應(yīng)很接近的光敏電阻5516，實(shí)現(xiàn)了對外界光亮度的感測，把信號傳給單片機(jī)進(jìn)行對照明電路的控制。本課題設(shè)計(jì)要求按照時(shí)段控制電壓幅值，可通過編程，設(shè)置電壓在不同時(shí)間段的不同幅值，夜間電壓值要相對高些，滿足景觀照明的需求，在白天時(shí)段，設(shè)置電壓值比較低，然后再配合按光亮度控制調(diào)壓系統(tǒng)的通斷，實(shí)現(xiàn)了景觀照明的節(jié)能化、智能化。DS1302可實(shí)時(shí)顯示時(shí)間，可對年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)。單片機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示的時(shí)間的變化而改變對PWM的控制，從而控制了供電電壓?；瑒幼冏杵骺捎脕碚{(diào)節(jié)靈敏度。如下圖所示，當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻的阻值變小，比較器 3點(diǎn)的電壓降低，當(dāng)其低于比較器2點(diǎn)的電壓時(shí)，比較器LM358輸出低電平信號。其對光的敏感性與人眼對可見光的響應(yīng)很接近，只有人眼可感受到的光，都會引起光敏電阻5516阻值的變化。通過參考文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)光敏電阻5516可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。當(dāng)外界環(huán)境較暗需要照明時(shí)，脈沖（開關(guān)）式光電開關(guān)傳感器給單片機(jī)一個(gè)觸發(fā)脈沖，使得單片機(jī)控制的主電路接觸器導(dǎo)通，照明電路開始工作。照明調(diào)壓管理系統(tǒng)中，主要照明設(shè)施是燈泡，對傳感器的信號要求比人眼看到的數(shù)量要高的多。LGM12641BS1R顯示電路如下：本章節(jié)，主要對景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)主電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，選取了接觸器、晶閘管、空氣開關(guān)和電氣隔離裝置的規(guī)格型號；也對實(shí)現(xiàn)按光亮度控制調(diào)壓供電系統(tǒng)通斷、按時(shí)段控制供電電壓幅值進(jìn)行了相應(yīng)的研究分析；為了保持電壓的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)了電壓反饋環(huán)節(jié)，并利用數(shù)字控制調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)電壓的穩(wěn)定性，保證了電壓的控制精度；本設(shè)計(jì)采用89C51單片機(jī)來進(jìn)行相應(yīng)的控制，本章也扼要的介紹了89C51單片機(jī)的功能及應(yīng)用，并設(shè)計(jì)出了復(fù)位和晶振電路，完成了單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)也設(shè)計(jì)出了單片機(jī)鍵盤輸入模塊和顯示器，從而完成了對單片機(jī)最基本的設(shè)計(jì)。工作電流為2mA，低電壓低功耗，具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，其接口簡單，操作方便。LCM一般有包括8條數(shù)據(jù)線、3條控制線、3條電源線在內(nèi)的18個(gè)引腳。組成的模塊可以以8位二進(jìn)制數(shù)的形式，生成32個(gè)字符。通過對上述兩種顯示方式的對比，本課題系統(tǒng)采用第二種顯示模塊。但是它顯示的信息量有限，不能夠顯示漢字，工作電流也比較大，所以在應(yīng)用中會受到很大的限制。單片機(jī)顯示器模塊，一般分為兩種。本課題的研究中，需要采用按鍵對時(shí)間和電壓值進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，不需要太多的按鍵，因此采用獨(dú)立式鍵盤進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)即可。矩陣式鍵盤用N條I/O線作為行線，N條I/O線作為列線組成的鍵盤。獨(dú)立式鍵盤是指各按鍵相互獨(dú)立的接通一條輸入數(shù)據(jù)線，即每個(gè)按鍵都需接一個(gè)I/O口，各按鍵之間相互獨(dú)立，因此會占用比較多的I/O口，不適合在按鍵較多的場合應(yīng)用，但是電路簡單。在單片機(jī)組成的各種系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣泛的就是非編碼鍵盤，本課題的設(shè)計(jì)也采用非編碼鍵盤。單片機(jī)正常工作時(shí)，按下開關(guān)S1，RST端的電平為高電平，此時(shí)芯片也會產(chǎn)生一個(gè)高電平復(fù)位信號。上圖復(fù)位電路具有上電復(fù)位的功能，電阻給電容充電，電容的電壓緩慢上升直到vcc，沒到vcc時(shí)芯片復(fù)位腳近似低電平，于是芯片復(fù)位，接近vcc時(shí)芯片復(fù)位腳近高電平，于是芯片停止復(fù)位，復(fù)位完成。如上圖所示晶振電路，電容CC3 可起頻率微調(diào)作用，電容值在5pF～30pF之間選擇，本電路選22pF。晶振電路是給單片機(jī)提供時(shí)鐘信號。另外，P3口也可作為單片機(jī)89C51的一些特殊功能口： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時(shí)器0外部輸入） T1（記時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時(shí)可為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。在編程/校驗(yàn)時(shí)，P3口接收某些控制信號。P3口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動4個(gè)LS型TTL負(fù)載，可作為普通的I/O口。用做輸入時(shí)，應(yīng)先將輸出鎖存器置1。P2口緩沖器可接收、輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫1時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，作為輸入。用做輸入時(shí)，應(yīng)先將輸出鎖存器置1。P1口管腳寫入1時(shí)，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，由于內(nèi)部上拉的緣故將輸出電流。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P0口也可作通用I/O口使用，但需要加上拉電阻，變?yōu)闇?zhǔn)雙向口。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高祖輸入。當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)，引腳XTAL1接收外振蕩器信號，XTAL2懸空。XTAL2片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。XTAL1片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。Vcc電源電壓輸入引腳。89C51單片機(jī)的功能如下：RST：復(fù)位輸入信號，高電平有效。共包含44只引腳，其中4只是無用的引腳。MCS51單片機(jī)是比較常用的單片機(jī)，使用十分方便，所以本次設(shè)計(jì)可選用89C51，其內(nèi)部有4KB的程序存儲器，不需要外部擴(kuò)展，是硬件電路簡單。它可采用三線串行接口方式方便直接的與各種典型的8位或16位的微處理器相連，構(gòu)成廉價(jià)的測控應(yīng)用系統(tǒng)，無須附加邏輯接口電路，且能與CMOS及TTL兼容。綜合考慮，可以選用TCL549。1V的需求。通過對數(shù)字控制器誤差的分析和A/D位數(shù)對控制精度的影響的研究，得出A/D位數(shù)與D/A位數(shù)一致和不一致時(shí)兩信號之間的誤差，也就明確了數(shù)字控制器的精度。復(fù)現(xiàn)是把離散信號復(fù)現(xiàn)為連續(xù)模擬信號直接控制連續(xù)的被控對象，而離散信號不能夠直接控制連續(xù)的被控對象。因此也就在轉(zhuǎn)化的時(shí)候存在一些誤差。經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化，連續(xù)的時(shí)間信號變成離散的數(shù)字信號。在采樣過程后得到離散信號，在時(shí)間上是間斷的。這也保證了在負(fù)載變化或系統(tǒng)受到干擾后仍可維持輸出電壓有效值的穩(wěn)定性，克服了干擾對輸出電壓波形的影響，改善了控制系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。數(shù)字控制器是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心，其通常是利用計(jì)算機(jī)軟件編程，完成特定的控制算法。為了使通入單片機(jī)的電壓不太大燒毀單片機(jī)，可在整理電路的負(fù)載兩端并接一個(gè)電壓表，實(shí)時(shí)監(jiān)測流過的電壓值。整理電路是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓，本課題設(shè)計(jì)中選用單向全波橋式整理電路來實(shí)現(xiàn)交流電與直流電的轉(zhuǎn)換。由于照明電路中電壓源是220V的交流電，電壓反饋環(huán)節(jié)不能直接與單片機(jī)相連。電壓反饋環(huán)節(jié)最主要的部分就是高增益運(yùn)算放大器，它把輸出電壓與參考電壓的誤差放大，并產(chǎn)生電壓誤差信號。電壓的穩(wěn)定性對照明管理調(diào)壓系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用。電壓不穩(wěn)定，電氣設(shè)備在非額定電壓下工作，會造成電能的浪費(fèi)，增大景觀照明的開支。大型用電設(shè)備負(fù)荷快速變化引起的沖擊性負(fù)荷容易造成電壓波動，導(dǎo)致實(shí)際電壓幅值在某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)急劇變化而偏離了額定電壓，導(dǎo)致電壓高低變化。采用電腦時(shí)鐘與單片機(jī)的輸入接口相連，對單片機(jī)進(jìn)行時(shí)間上的編程，讓其根據(jù)時(shí)間的變化控制PWM控制電路從而實(shí)現(xiàn)對照明系統(tǒng)主電路通斷的控制。因此需要根據(jù)時(shí)間段的不同來對電壓進(jìn)行幅值調(diào)節(jié)。 按時(shí)段控制供電電壓幅值景觀照明中，還需考慮一個(gè)時(shí)間問題，時(shí)間段不同，供電系統(tǒng)供電的電壓幅值也應(yīng)隨之變化，使其達(dá)到節(jié)能的最好效果。光敏電阻的選擇，應(yīng)當(dāng)使其輸出與光強(qiáng)度成線性關(guān)系，可以感知外界光強(qiáng)度并自動調(diào)節(jié)照明亮度，從而減少電能損耗。因此可選用一個(gè)光敏電阻來感受外界的光照亮度，然后通過照明管理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在光亮度較暗或天氣不好需要光照時(shí)，系統(tǒng)可以自動的開啟照明模式；在晴天白天的時(shí)候，不需要進(jìn)行燈光照明，系統(tǒng)應(yīng)可使照明系統(tǒng)自動關(guān)斷。綜合考慮各種因素和各燈具的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)可選用功率為18W的低壓鈉燈作為景觀照明的燈具。低壓鈉燈是利用低壓鈉蒸汽放電發(fā)光的點(diǎn)光源，是光衰最小和發(fā)光效率最高的點(diǎn)光源，它透霧性很好，特別適合高速公路、公園、景觀等場所的照明，可使人清晰地看到色差比較小的物體，是替代高壓汞燈節(jié)省電能的一種高效燈種。景觀照明不需要太高的照明亮度，只有營造一個(gè)照明特色就行了，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮節(jié)能。目前，景觀照明中，燈具主要有一下幾種：白熾燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈、金屬鹵化物燈、氚燈、LED燈和光纖。光電耦合器有很多類型，下圖所示為其中一種光電耦合器原理圖：還應(yīng)注意，在光電耦合器的輸入部分和輸出部分必須分別采用獨(dú)立的電源，若兩端共用一個(gè)電源，則光電耦合器的隔離作用將失去意義。電信號的傳輸具有單向性等特點(diǎn)，信號從光源單向傳輸?shù)焦饨邮掌鲿r(shí)不會出現(xiàn)反饋現(xiàn)象，其輸出信號也不會影響輸入端，所以沒有電信號的干擾和反饋，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產(chǎn)生，因此光電耦合器的抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，可用于該照明調(diào)壓管理系統(tǒng)中。而當(dāng)輸入端無信號時(shí)，發(fā)光二極管不亮，光敏三極管截止，CE不通。它以光為媒介傳播電信號，其輸入端和輸出端的傳輸是通過光信號來實(shí)現(xiàn)的，兩端口之間在電氣上是完全隔離的，耐壓一般可超過1kV，有的甚至可以達(dá)到10kV以上。光電耦合器可把電信號轉(zhuǎn)換成為光信號，然后再將光信號恢復(fù)為電信號的半導(dǎo)體器件，屬于電——光——電轉(zhuǎn)換器件。所以應(yīng)當(dāng)選用合適的隔離器來隔離輸入、輸出端。本課題照明管理系統(tǒng)中，是強(qiáng)電輸入，電壓較高，電流較大，不能直接與單片機(jī)相連，因此可用光耦合器將單片機(jī)控制信號與系統(tǒng)觸發(fā)主電路隔離。 電氣隔離裝置在控制系統(tǒng)中，大量應(yīng)用的是開關(guān)量的控制，這些開關(guān)量一般經(jīng)過單片機(jī)的I/O口輸出，但是I/O口的驅(qū)動能力有限，一般不能夠驅(qū)動一些執(zhí)行器件，需要加接驅(qū)動介面電路，為了避免相互間的干擾，因此需要采取隔離措施?？紤]到以后用電負(fù)荷增加的可能性，為以后需要留有裕量。如果空氣開關(guān)的額定電流選擇的偏小，就會使空氣開關(guān)頻繁跳閘，引起不必要的停電；如果選擇的過大，則達(dá)不到預(yù)期的保護(hù)效果。大點(diǎn)的空氣開關(guān)還具有過負(fù)載保護(hù)，一般采用雙金屬片，當(dāng)電路過負(fù)荷達(dá)到一定時(shí)間的時(shí)候，熱量會使雙金屬片變形導(dǎo)致脫扣器脫扣從而斷開電路?？諝忾_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，動觸頭在