基于单片机控制路灯节电系统的研究

王 楠

（辽宁建筑职业学院，辽宁 辽阳 111000）

基于单片机控制路灯节电系统的研究

王 楠

（辽宁建筑职业学院，辽宁 辽阳 111000）

在当前节能环保理念的倡导下，使用单片机控制路灯照明系统，具有良好的节能作用。同时单片机可改变电压器插头、降低负载电压，减少电能的耗费，延长路灯的使用寿命。本文从单片机的节电原理出发，分析了单片机控制的节能路灯系统变压器的设计、电流与电压的采样电路设计以及控制和软件设计，在此基础上探讨了单片机智能控制系统的硬件机构和软件流程。

单片机；路灯节能系统；控制研究

在城市建设中，路灯照明设备作为一种公共设施是不可缺少的。但由于夜间电网的电压一般较高，超过照明的实际需求，路灯的寿命也会因此减少。因此，在经过实验证明的前提下，可采用单片机为核心的路灯节电系统。这种主要利用变压器抽头调压，成本较低且具有较高的可靠性。与斩波降压和变压器降压相比，这种降压方式在工程上具有更大的推广价值。

1 单片机控制的路灯节能系统节电原理

1.1 节能原理分析

采用单片机控制的路灯节能系统，其节能原理为在变压器的原边接入电网，在副边串联电网和中间负载。在变压器的同名端接入电网时，电网的电压将会大于负载上的电压。而在改变了变压器原边抽头的连接时，副边的电压会产生改变，而负载上的电压也随之而发生变化，合理控制了变压器抽头的变比。这使得在电网的电压发生波动时，系统可以合理控制负载上的电压比例，能够在保证照明的前提下，实现节能目标。

1.2 单片机控制系统设计

单片机的控制系统设计主要采用的是双CPU结构，并通过爽口的RAM实现数据交换。系统主要选用的是AT89C52型号的CMOS八位单片机，其具有高照明、低能耗的特点。并采用ADC0809作为模数转换器，可以使电流、电压的模拟量向数字量转变。系统的时钟是由单片机的ALE信号提供，通过中断的方式用AD实现数据的转换。同时，在系统的硬件上作了改进，扩展了CAN总线，可实现局域网的组建。

2 系统变压器的设计

在由单片机为核心的路灯控制系统中，变压器是一个极其关键的部分，其容量的抽头的设计关系到整个系统能否正常运行，达到节能的目的。变压器的电容量通常是由负载额定电流和副边最大输出电压决定。在进行系统设计时，应充分考虑到电网电压的升高趋势。若电网的电压升高至负载额定电压的K倍，则变压器的电容量需升高至K²倍。但负载电压会降低，其电流会减小。因此，在超过额定电压时，变压器的电容量可不需升高至K²倍。

其次，对于变压器抽头的设计，一般而言，系统中有3至4个抽头比较合理。如果变压器原边上的抽头过多，则会导致系统运行时，负载电压变化过大。如果过少，则难以对系统内的设备进行控制。在实际的运行中，按照3档设计标准，在原边和副边上的抽头之比可为14∶1.9∶1.6∶1，并可在电网电压为220V和240V时切换抽头。这样，在电网的电压发生波动时，其负载上的电压可以受到良好的控制，充分满足照明的需求，并实现有效节能。

3 电压和电流的采样电路设计

由于电网的电压会出现波动的情况，为了实现充分照明和保证节能，需要对系统中的电压和电流进行充分地控制，准确测量其数值。在电流的测量上可使用电流互感器作为测量的工具。其可真实反映电路中的电流，将主电路和用于测量电流的电路相分离，切实提高安全性，避免电流测量受到干扰。在电压的测量上，则主要采用的是霍尔电压传感器，其具有高精度、动态性好、工作频带宽的特点，可充分保证电压测算的可靠性。由于传输器的输出信号主要是交流电量，但在实际的应用过程中，主要测量的是电流和电压的有效值，如果采用传统的方法，则会在很大程度上影响测量的有效性。因此，为了确保交流量的有效性，可采用AD公司研发的测量有效集成电路AD736。其具有很高的可靠性，对任何复杂的波形都可计算出其有效值，有利实现于系统电流和电压的测量及控制。

4 路灯控制与软件设计

在控制策略上，如果空气开关关闭，需要选择旁路工作，指示灯会显示出旁路正在工作。若选择节能，则微机工作，并按照预先设置的控制策略进行节电控制。在控制策略下，若输入的电压超过系统规定的最大或最小电压，则系统会进行断电处理，并实行故障报警。若电压输入在规定的范围内，根据节电控制策略，可通过变压器抽头的更换调节负载电压，实现节能控制。

在节能控制策略下编制的软件，采用的是模块化设计，除了主程序以外，围绕主程序还设置了许多子程序，系统的许多功能主要是过这些子程序实现。在运行的过程中，通过系统的主程序调动子程序工作，包括三部分工作流程，分别是系统初始化、延时状态以及系统的稳定和节能状态。这样设计可极大地简化设计结构。

5 结束语

单片机控制的变压器抽头降压路灯节能系统，具有成本低廉、操作简单、控制智能化的优势，既可保证照明，又能实现节能的要求，与其他节能降压系统相比，有着更为广泛的应用前景。该系统采用的技术较为成熟，系统的稳定性和可靠性较强，对环境的适应力和抗干扰能力也很高。未来，随着我国城市化进程的不断加快，该系统必将成为我国城市路灯照明节能系统上的新突破，并能得到更大范围的推广使用。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.048