【正文】 .................. 31 5 總結(jié)與展望 ......................................................................................... 35 全文總結(jié) ......................................................................................... 35 心得體會 ......................................................................................... 35 致 謝 ..................................................................................................... 37 參考文獻 ................................................................................................. 38 附錄 1：電路原理圖 .............................................................................. 39 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 1 1 緒論 課題概述 課題的題目課題的題目:智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)研究 課題研究的背景隨著社會的發(fā)展，能源問題己經(jīng)成為全球最為關(guān)注的問題之一，能源危機已經(jīng)成為全人類所面臨的主要危機，特別是我國的電力能源近年來顯得十分吃緊，電力緊張阻礙著我們的日常生產(chǎn)、生活，甚至嚴(yán)重影響到我國經(jīng)濟的發(fā)展與社會文明的進步。而發(fā)電企業(yè)投資和建設(shè)需要一個較長的周期，快速的經(jīng)濟發(fā)展需要更多更充足的電力供應(yīng)和消耗，電力的供求之間矛盾重重。此時，燈光照明行業(yè)節(jié)電也成為了我們的必然選擇! 課題研究的目的及意義路燈是我國經(jīng)濟發(fā)展和國家建設(shè)中必需的用電設(shè)備，它在我國的整體用電量中所占比例巨大，如果通過節(jié)能裝置對其進行有效控制，就能夠降低電力損耗，達到節(jié)約能源，降低生產(chǎn)安裝成本，有助于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展。 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀近20年來，美國和日本照明節(jié)能集中在使用緊湊型熒光燈(CFL)和熒光燈采用鎮(zhèn)流器兩個方面，兩個國家中用新技術(shù)替換老產(chǎn)品的過程有點不同:2022年美國銷售的鎮(zhèn)流器中電子的占53%，而日本只有36%。兩個國家的國家、省和地方都在立法，鼓勵和普及活動這三方面做文章，旨在推動節(jié)能產(chǎn)品的廣泛使用。(2)不斷提高功率器件性能要求，主要體現(xiàn)在鎮(zhèn)流裝置上技術(shù)提高。目前我國市場上有多種路燈節(jié)能控制產(chǎn)品，能達到一定節(jié)能效果，但就功能和效果上還不能盡如人意，主要有以下幾類情況:采用自禍變壓器及磁飽和電抗器的降壓技術(shù)。相對來說穩(wěn)壓功能較差。采用電子器件構(gòu)成的可控硅式設(shè)備。以系統(tǒng)節(jié)電濾波形式，主要是凈化電網(wǎng)，補充無功功率，補償電網(wǎng)，而對于有功電度表計量系統(tǒng)，缺少實際節(jié)電效果。討論了基于可變電抗技術(shù)的功率單元的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)構(gòu)建。論文研究的主要內(nèi)容:（1）基于可變電抗技術(shù)的功率單兀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。（3）路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的仿真和試驗研究。時控節(jié)能方式:以時間為唯一的開關(guān)燈依據(jù)，不論氣象條件如何變化，均只能在規(guī)定時刻開關(guān)燈，隨季節(jié)變化人工干預(yù)調(diào)整開關(guān)時間。這些節(jié)能方式存在著較為明顯的缺憾，國內(nèi)大多數(shù)城市路燈的開/關(guān)燈控制由各變壓器(配電箱)分散控制，盡管城市路燈運行有專門控制線，只有控制功能而無法實現(xiàn)監(jiān)測。另外，傳統(tǒng)控制方式要求人不離崗，及時控制燈光的開啟和關(guān)閉，由于人工控制誤差而造成電能浪費很是驚人。從冬至到夏至，日出時間提前、日落時間推遲，據(jù)此天氣現(xiàn)象，要求路燈開關(guān)時間根據(jù)日出日落時間進行調(diào)整。該節(jié)能方法是通過智能控制器對功率單元進行控制，進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。畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 4 圖21 路燈節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖此方法利用了人眼在夜晚行進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)。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，達到改變可變電抗變換器一次阻抗的目的，進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行調(diào)節(jié).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(一般情況下是由數(shù)十、甚至上百盞路燈組成一條街道的照明系統(tǒng))。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)進行處理比對，選取最優(yōu)化的控制信號加以輸出。所以無論在用電的高峰還是低谷始終將供電電壓穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi)是路燈控制首要解決的問題.(2) 軟起動功能:由于路燈并聯(lián)后屬于大功率電器，而現(xiàn)在所使用的啟動方式均為直接啟動，這種啟動方式會造成啟動電流過大，對燈具的耐用性有一定的損害，而且該起動電流還會引起電網(wǎng)電壓急劇下降，電壓頻率也會發(fā)生變化，這會破壞同電網(wǎng)其它設(shè)備的正常運行，因此使用軟啟動功能來點亮路燈可以防止起動時大電流對照明設(shè)備的不良影響.(3) 自動啟停:路燈作為我們?nèi)粘Ｉ畋乇坏墓苍O(shè)施，它的啟停跟道路上行人與車輛的需求有著直接的關(guān)系，只要是環(huán)境需要無論是在雷雨將至的暑天午后還是日常狀況下的夜幕之時，它都會根據(jù)外部環(huán)境的明暗程度來自動判斷系統(tǒng)是否需要開閉。通過控制路燈輸出電壓大小，降低其在人車流量稀少時的照度(該照度的降低不會影響此時段人的正常通行)，這種節(jié)能方式的提出，與傳統(tǒng)的路燈節(jié)能方法相比較具有本質(zhì)上的突破，其綜合性能如表21所示。所以，綜合來講，智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)在路燈照明節(jié)能領(lǐng)域應(yīng)該很有前途的產(chǎn)品。其中可變電抗變換器與功率單元共同組成本文所提出可變電抗器， 將可變電抗變換器的一次線圈與路燈負載串接，構(gòu)成一次阻抗串聯(lián)電路，其二次線圈與功率變換單元構(gòu)成二次阻抗變換電路，通過改變二次阻抗來改變一次阻抗與負載阻抗的比例關(guān)系，實現(xiàn)負載調(diào)功，從而改變路燈端電壓。通過對晶閘管控制角的調(diào)整來控制可變電抗變換器二次線圈電流的大小，畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 7 進而使得路燈的端電壓發(fā)生變化來改變路燈的照明亮度，它的基本工作原理如圖23所示。智能控制器通過對采集信號的處理，輸出實時需要的控制信號。圖24 智能控制器控制流程圖畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 8 3 硬件設(shè)計智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的硬件部分由智能控制器和功率變換單元組成。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、AM和D/A轉(zhuǎn)換器等組成。噪聲信號通過噪聲傳感器轉(zhuǎn)變成電信號，通過模糊控制算法實時處理人車流量信息，動態(tài)調(diào)節(jié)燈光強弱度，實現(xiàn)節(jié)能控制。圖31 硬件結(jié)構(gòu)圖畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 9 光源檢測其實就是利用了一個光電式傳感器。它的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，而光電效應(yīng)是指物體內(nèi)部的導(dǎo)電電子因吸收輻射而發(fā)生運動狀態(tài)的改變，從而導(dǎo)致電學(xué)特性改變的現(xiàn)象。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件3部分組成。通常把光電效應(yīng)分為3類:(1) 在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等。(3) 在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，如光電池等。光敏器件包括光敏電阻、光敏二極管及光敏三極管等。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時可加直流偏壓，也可以加交流電壓。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值(亮阻值)急劇減少，因此電路中電流迅速增加.光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，其符號如圖33所示，為增加受光面積，PN 結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很小，稱為光敏二極管的暗電流。在外電場的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該電流稱為光電流。圖33 光敏二極管光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能，其符號如圖34所示。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光卞要被基區(qū)吸收。比一般三極管的穿透電流還小:當(dāng)有光照時，激發(fā)大量的電子空穴對，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。光敏電阻和其它半導(dǎo)體光電器件相比有以下特點:(1) ，光譜響應(yīng)可從紫外光、可見光、近紅外擴展到遠紅外，尤其對紅光和紅外輻射有較高的畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 11 RCDKJ響應(yīng)度.(2) 工作電流大，可達數(shù)毫安。既可測強光也可測弱光。光導(dǎo)電增益大于to圖35所示是利用光敏電阻控制的路燈自動啟停電路。電阻R、電容C和二極管D組成半波整流電路。路燈接在繼電器常閉觸點上，光控繼電器控制燈的1從燃和熄滅。早上，天漸漸變亮，即照度逐漸增大，CdS光敏電阻受光照后，阻值變小，流過J的電流逐漸增大，當(dāng)照度達到一定值時，流過繼電器的電流足以使i動作，使其閉合，其常閉觸點斷開，路燈熄滅。其中，外部聲音信號傳播到傳聲器，并通過運算放大器將輸入的微弱音頻信號轉(zhuǎn)換為一信號電平(電壓信號)，此電壓信號則由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)送至單片機，單片機根據(jù)輸入的數(shù)字信號進行處理，并經(jīng)量綱轉(zhuǎn)換出所對應(yīng)的DB值，最后在單片機控制下由LCD實時顯示出來。傳聲器換能設(shè)備，是一種重要的電聲器件。其基本技術(shù)特性為:(1) 傳聲器的靈敏度傳聲器的靈敏度表示傳聲器的聲一電轉(zhuǎn)換效率，當(dāng)傳聲器的振膜受到聲壓的作用時，在負載上所產(chǎn)生的電動勢或電壓的數(shù)值，稱為傳聲器的靈敏度。(2) 傳聲器的響應(yīng)頻率傳聲器的頻率響應(yīng)指傳聲器靈敏度依從頻率的關(guān)系，簡稱頻響，靈敏度與頻率之間的關(guān)系曲線叫頻響曲線。響特性是評價傳聲器音質(zhì)的最重要的標(biāo)準(zhǔn)，如果頻響曲線從低端到高端都很平坦，則說明它能真實地再現(xiàn)原聲，而事實上即使是最高級的傳聲器也存在高頻提升、低頻下降的情況。為獲得良好的音質(zhì)，要求傳聲器的頻響應(yīng)具有寬而平直特性。不同的聲波入射角所得入射角頻率曲線，就是傳聲器的指向頻響曲線。(正向)900(側(cè)向)和180。傳聲器的輸出阻抗指傳聲器的交流內(nèi)阻，又稱源:在聲頻為1000Hz、聲壓為1Pa的聲場中，調(diào)節(jié)傳聲器輸出端可變電阻的阻值，使傳聲器的輸出電壓值為不接可變電阻時開路輸出電壓值的1/2，此時電阻的阻值即為傳聲器的輸出阻抗。它是衡量傳聲器性能優(yōu)劣的一項重要指標(biāo)。按接收聲波的方向性可分為無指向性和有方向性兩種，有方向性傳聲器包括心形指向性、強指向、雙指向性等。(1)動圈傳聲器動圈傳聲器是 一種最常用的傳聲器。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈兩端就會產(chǎn)生感應(yīng)音頻電動勢，從而完成了