电子载波技术的路灯单灯节能控制装置的研究与设计
摘 要当前我国的经济在蓬勃发展，电力的耗能也在突飞猛进。因此电力资源也逐渐成为紧缺资源之一，当前社会各界重点研究的领域就是如何进一步的提高节能水平，同时降低损耗，本文主要提出的智能路灯单灯节能控制装置，正是针对我国在城市的照明的问题上长期存在的巨大的资源的浪费而开发出的。因此研究设计并提出了基于电子载波的智能节能控制系统。它是集时段调压、保护功能、智能调压控制于一体的路灯控制装置。上面装置的主要特点就是能够根据脉宽斩波电路进行有效的调压，该系统结合MOS管和光电耦合器的相关技术，能够很好达到调压的目的，能够显著的降低路灯耗能。本文设计的另一个突出特点就是控制相结合，根据电子载波的智能路灯节能控制系统进行了详细的设计和研究，提出了整体的设计方案，对主要涉及到的系统设计、工作原理,详细分析和计算了所采用斩波电路的结构特点,所选材料参数。针对上面的控制策略，对控制系统的软硬件进行的设计。同时从工程的角度出发，进行了详细的测试，通过上面的智能路灯节能控制系统，能够显著的降低路灯能耗，节约电能，能够实现电力资源更加合理的规划，因此开发上述控制装置有重大的现实意义，同时有着十分广阔的社会和商业前景。
目录
第1章 绪论 9
1.1 问题的提出 9
1.2 智能路灯控制系统概述 9
1.3 国内外路灯节能控制技术的发展状况 10
1.4路灯单灯节能控制装置研究的意义 11
第2章 系统总体方案设计 13
2.1传统路灯控制节能方法概述 13
2.1.1??通过改进路灯装置节能?? 13
2.1.2??通过改变路灯系统管理节能? 15
2.2电力线载波技术概述 16
2.2.1电力线载波科技阐述 16
2.2.2特征及缺陷 16
2.2.2电力线科技的拓展和使用 17
2.2.3电力线通讯科技的发展前途 18
2.3本章小结 20
第3章 系统硬件设计 21
3.1交流调压电路 21
3.1.1全控型器件的选择 23
3.2单片机的选择及
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其工作原理 24
3.3芯片的选择及工作原理 25
3.4本章小结 28
第4章 系统软件设计 29
4.1程序设计 29
4.2 电力线载波模块部分软件设计 32
4.3 PWM波形 33
4.4本章小结 33
第5章 毕业设计总结与展望 34
参考文献 36
附录1：电路原理图及实物图 39
附录2：外文文献翻译 41
绪论
1.1 问题的提出
当前，我国城市内的路灯开启时间都比较固定，一般都是在傍晚的某一个个时间点自动开启，到次日的5点左右自动熄灭，一般开启的实际大概在十几个小时左右。很多路灯在建设的过程中，只是过多的注重城市夜景方面，没有关注城市的整体形象和外观的设计，因此，在很多地区在进行设计规划的时候，没有进行合理的规划和科学的统筹，导致路灯的布局不是十分合理，比如路灯在主干道过多，造成的后果就是灯光亮度过大，其他地区路灯数量不足，导致灯光不足，此外，在郊区和一些桥梁地区，灯光更加洗漱，因此非常不方便人们出行。因此，城市内的灯光数量可以相应的减少，同时加大研究工作，增加城市灯光使用寿命，同时提高灯光的效能。此外之前的灯光导致了巨额的电费，给城市的主观部门带来了很大的压力。当前一些街道灯光建设当中，路灯的照明不合理，很多灯光亮度过大，导致了很多不必要的能耗，同时产生的光污染也对行人产生了一定的影响。同时，城市的电网运行性能还不是十分完善，电压波动有时过大，特别是在夜晚的时候，表现的最为突出，严重影响街道的灯光质量。在夜晚，由于负荷的大量减少，造成负荷电流增大，电灯的亮度也会显而增大，造成的后果就是降低灯光的寿命，同时造成了很多电能不必要的浪费，因此城市街道减少的一个重中之重就是对建筑节能的合理统筹，建设恰当的城市街道基础设施。
1.2 智能路灯控制系统概述
智能控制系统主要是依靠下列相关的知识，1、自动控制理论，2、网络通讯理论，3、微电子理论，4、计算机理论，从而达到节能的效果，根据当前时间和环境的变化，我们要能够根据这些要求，技术的搜索有用的信息，然后对这些信息进行恰当的处理，主要包括推理、存储和显示部分，通过传输手段对特定形式的判断和结果进行更加详细的分析，形成合理的反馈效果，这样进行的最终目的就是达到最佳的控制效果。
1.3 国内外路灯节能控制技术的发展状况
当前国外，对智能路灯控制研究很多，很多研究的起步也较早，很多国家主义是通过计算机进行控制，比如德国，西班牙和加拿大等，这些国家都研究除了很多的管理系统进行智能管理，大家最为熟悉的就是德国ABB照明系统、澳大利亚的奇胜照明系统等等。
我国在智能路灯控制技术的研究主要在以下几个方面：
1、节能光源，路灯重要的组成部分就是光源部分，我们研究的主要对象就是光源。在进行详细设计的过程中，主要考虑包含下列的一些指标：
（1）发光效率好坏；
（2）显色性是否优良；
（3）性价比如何；
（4）维护费用是否过高；
（5）光色是否合适等。根据目前我国的研究成果，我国研发了高压钠灯，效率高、寿命长，因此我国很多地区的路灯都进行了更换操作，能够显著的降低路灯的耗能，通过资源的利用率。
2、节能灯具，路灯节能的重要途径就是设计更加合适的节能灯具，当前我国普遍使用的是LED路灯，该路灯的节能效果能够达到我们要求，很多城市的建设当中都使用了这项技术，此外，还应该不断的加大其他材料的研究和实际，开发新型的节能路灯，进一步提高我国节能灯具的节能效果。3、半夜灯光控制，这部分也是十分重要的一个方面，当前，城市的发展规划非常重视这方面的建设，我国城市主干道较快，当客流量较少的时候，应该及时的降低照明的强大，从而及时的调控路灯，这样就能够显著的降低路灯的电能损耗，更好的节约能源。针对上面的设想，，我们在实际设计的过程中，分为两种运行模式进行审计，一种是全夜灯，另一种是半夜灯，根据实际情况进行有选择的关闭影响不大的路灯，同时根据当地的交通状况和人们出行的规律，合理的安排半夜灯模式，当前针对半夜灯的运行模式主要有半侧车行道灭灯、人行道灭灯、双光源慢车道灭灯、交错灭灯等四种情况。4、降压控制技术，随着电网技术的不断提高，我国的输配电网的质量也在显著提升，城市的夜间电压，如果不进行有效的控制，很有可能导致路灯长时间运行，发光发热过大，影响灯具的使用寿命，造成电能的严重浪费，针对这一情况，对供电电压进行合理的改造显得十分有必要，一方面能够降低路灯的损耗，一方面节约电能，当前对路灯的降压控制主要有三种方案，第一是无触点补偿式调压器，第二是可控硅斩波型照明节能装置的使用，第三是自耦降压式调控装置的运用。5、路灯的管理与维护，利用先进的技术，对当前的路灯进行合理的改造，这只是提高能源利用率的途径之一，当前加强对路灯系统的管理和维护也是重要的一个环节。路灯长期在最为恶劣的环境下运行，经受烈日曝晒、风吹雨打、粉尘等，因此极易出现故障，因此及时的维修就显得非常有必要了。比如灯具的结构，很多灯具都使用反光板，目的就是提高发光效率，但是反光板容易锈蚀，长期使用不但没能提高灯光效率，反而降低了。针对这种情况，就需要我们定期的进行维护处理，及时的更换反光板。类似的情况还有很多，不如灯具玻璃，容易吸附灰尘，导致照明的清晰度受到影响等等，也要求我们及时的更换，在此不进行一一举例说明了，除了上面列举的情况外，还有很多情况都会影响到路灯的使用。因此，我们要及时的对路灯进行管理维护，定期的对路灯进行检修，发现问题及时处理，对损坏的线路，及时的更换，或者及时的修复，防止一些状况影响灯具安全、稳定的运行。只有不断的提高路灯的管理水平和维护效果，我们才能更好的提高灯具的实际使用效率，上面提到的策略也是延迟灯具寿命的重要手段之一，我们应当加以重视。
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第1章 绪论 9
1.1 问题的提出 9
1.2 智能路灯控制系统概述 9
1.3 国内外路灯节能控制技术的发展状况 10
1.4路灯单灯节能控制装置研究的意义 11
第2章 系统总体方案设计 13
2.1传统路灯控制节能方法概述 13
2.1.1??通过改进路灯装置节能?? 13
2.1.2??通过改变路灯系统管理节能? 15
2.2电力线载波技术概述 16
2.2.1电力线载波科技阐述 16
2.2.2特征及缺陷 16
2.2.2电力线科技的拓展和使用 17
2.2.3电力线通讯科技的发展前途 18
2.3本章小结 20
第3章 系统硬件设计 21
3.1交流调压电路 21
3.1.1全控型器件的选择 23
3.2单片机的选择及
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
其工作原理 24
3.3芯片的选择及工作原理 25
3.4本章小结 28
第4章 系统软件设计 29
4.1程序设计 29
4.2 电力线载波模块部分软件设计 32
4.3 PWM波形 33
4.4本章小结 33
第5章 毕业设计总结与展望 34
参考文献 36
附录1：电路原理图及实物图 39
附录2：外文文献翻译 41
绪论
1.1 问题的提出
当前，我国城市内的路灯开启时间都比较固定，一般都是在傍晚的某一个个时间点自动开启，到次日的5点左右自动熄灭，一般开启的实际大概在十几个小时左右。很多路灯在建设的过程中，只是过多的注重城市夜景方面，没有关注城市的整体形象和外观的设计，因此，在很多地区在进行设计规划的时候，没有进行合理的规划和科学的统筹，导致路灯的布局不是十分合理，比如路灯在主干道过多，造成的后果就是灯光亮度过大，其他地区路灯数量不足，导致灯光不足，此外，在郊区和一些桥梁地区，灯光更加洗漱，因此非常不方便人们出行。因此，城市内的灯光数量可以相应的减少，同时加大研究工作，增加城市灯光使用寿命，同时提高灯光的效能。此外之前的灯光导致了巨额的电费，给城市的主观部门带来了很大的压力。当前一些街道灯光建设当中，路灯的照明不合理，很多灯光亮度过大，导致了很多不必要的能耗，同时产生的光污染也对行人产生了一定的影响。同时，城市的电网运行性能还不是十分完善，电压波动有时过大，特别是在夜晚的时候，表现的最为突出，严重影响街道的灯光质量。在夜晚，由于负荷的大量减少，造成负荷电流增大，电灯的亮度也会显而增大，造成的后果就是降低灯光的寿命，同时造成了很多电能不必要的浪费，因此城市街道减少的一个重中之重就是对建筑节能的合理统筹，建设恰当的城市街道基础设施。
1.2 智能路灯控制系统概述
智能控制系统主要是依靠下列相关的知识，1、自动控制理论，2、网络通讯理论，3、微电子理论，4、计算机理论，从而达到节能的效果，根据当前时间和环境的变化，我们要能够根据这些要求，技术的搜索有用的信息，然后对这些信息进行恰当的处理，主要包括推理、存储和显示部分，通过传输手段对特定形式的判断和结果进行更加详细的分析，形成合理的反馈效果，这样进行的最终目的就是达到最佳的控制效果。
1.3 国内外路灯节能控制技术的发展状况
当前国外，对智能路灯控制研究很多，很多研究的起步也较早，很多国家主义是通过计算机进行控制，比如德国，西班牙和加拿大等，这些国家都研究除了很多的管理系统进行智能管理，大家最为熟悉的就是德国ABB照明系统、澳大利亚的奇胜照明系统等等。
我国在智能路灯控制技术的研究主要在以下几个方面：
1、节能光源，路灯重要的组成部分就是光源部分，我们研究的主要对象就是光源。在进行详细设计的过程中，主要考虑包含下列的一些指标：
（1）发光效率好坏；
（2）显色性是否优良；
（3）性价比如何；
（4）维护费用是否过高；
（5）光色是否合适等。根据目前我国的研究成果，我国研发了高压钠灯，效率高、寿命长，因此我国很多地区的路灯都进行了更换操作，能够显著的降低路灯的耗能，通过资源的利用率。
2、节能灯具，路灯节能的重要途径就是设计更加合适的节能灯具，当前我国普遍使用的是LED路灯，该路灯的节能效果能够达到我们要求，很多城市的建设当中都使用了这项技术，此外，还应该不断的加大其他材料的研究和实际，开发新型的节能路灯，进一步提高我国节能灯具的节能效果。3、半夜灯光控制，这部分也是十分重要的一个方面，当前，城市的发展规划非常重视这方面的建设，我国城市主干道较快，当客流量较少的时候，应该及时的降低照明的强大，从而及时的调控路灯，这样就能够显著的降低路灯的电能损耗，更好的节约能源。针对上面的设想，，我们在实际设计的过程中，分为两种运行模式进行审计，一种是全夜灯，另一种是半夜灯，根据实际情况进行有选择的关闭影响不大的路灯，同时根据当地的交通状况和人们出行的规律，合理的安排半夜灯模式，当前针对半夜灯的运行模式主要有半侧车行道灭灯、人行道灭灯、双光源慢车道灭灯、交错灭灯等四种情况。4、降压控制技术，随着电网技术的不断提高，我国的输配电网的质量也在显著提升，城市的夜间电压，如果不进行有效的控制，很有可能导致路灯长时间运行，发光发热过大，影响灯具的使用寿命，造成电能的严重浪费，针对这一情况，对供电电压进行合理的改造显得十分有必要，一方面能够降低路灯的损耗，一方面节约电能，当前对路灯的降压控制主要有三种方案，第一是无触点补偿式调压器，第二是可控硅斩波型照明节能装置的使用，第三是自耦降压式调控装置的运用。5、路灯的管理与维护，利用先进的技术，对当前的路灯进行合理的改造，这只是提高能源利用率的途径之一，当前加强对路灯系统的管理和维护也是重要的一个环节。路灯长期在最为恶劣的环境下运行，经受烈日曝晒、风吹雨打、粉尘等，因此极易出现故障，因此及时的维修就显得非常有必要了。比如灯具的结构，很多灯具都使用反光板，目的就是提高发光效率，但是反光板容易锈蚀，长期使用不但没能提高灯光效率，反而降低了。针对这种情况，就需要我们定期的进行维护处理，及时的更换反光板。类似的情况还有很多，不如灯具玻璃，容易吸附灰尘，导致照明的清晰度受到影响等等，也要求我们及时的更换，在此不进行一一举例说明了，除了上面列举的情况外，还有很多情况都会影响到路灯的使用。因此，我们要及时的对路灯进行管理维护，定期的对路灯进行检修，发现问题及时处理，对损坏的线路，及时的更换，或者及时的修复，防止一些状况影响灯具安全、稳定的运行。只有不断的提高路灯的管理水平和维护效果，我们才能更好的提高灯具的实际使用效率，上面提到的策略也是延迟灯具寿命的重要手段之一，我们应当加以重视。
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