單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-路燈節(jié)能控制器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用.doc

你學(xué)校的名稱單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：學(xué)院：專業(yè)：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：摘要路燈是城市照明工程的主要組成部分，在夜晚，路燈的照明起到非常重要的作用。但是路燈在起著重要作用的同時(shí)，也在消耗著大量的能源。目前一般的傳統(tǒng)路燈，主要是高壓鈉燈，一盞路燈的功率約為100W400W，一些大型路燈功率可以達(dá)到1000W以上。我們以一盞路燈200W來(lái)計(jì)算，一個(gè)晚上照明12個(gè)小時(shí)(從晚上7點(diǎn)到第二天早上7點(diǎn)），那么一盞路燈就要消耗20012/10002.4度電能。假設(shè)路燈之間的間距是20米，一條長(zhǎng)2公里的街道就有22000/20200盞路燈（道路兩邊各有一盞路燈，所以要乘2），那么這條街道一晚上消耗的電能就有2002.4480度，1年消耗的電能是48036517.52萬(wàn)度。在一個(gè)城市中，除了主干道外，還有很多次干道和小的路段，這些街道在夜晚的人流量和車流量都比較小。特別是一些郊區(qū)和比較偏僻的路段，在半夜1點(diǎn)鐘以后，人流量和車流量一般非常少。但是即使沒有人或車經(jīng)過(guò)，這些路燈也是長(zhǎng)期點(diǎn)亮的，這時(shí)電能就被白白浪費(fèi)掉了。很多路段真正有效的照明時(shí)間只占到整個(gè)照明時(shí)間的20%30%，也就是說(shuō)大部分電能被浪費(fèi)掉了。如果有效照明時(shí)間是30%，那么一條街道浪費(fèi)的電能就有17.520.712萬(wàn)度。一個(gè)中等規(guī)模的城市這樣的街道可能就有100個(gè)以上，一個(gè)大城市往往有數(shù)百個(gè)這樣的街道，那么就是說(shuō)一個(gè)城市每年在路燈上浪費(fèi)的電能就有數(shù)百到數(shù)千萬(wàn)度以上?？紤]到全國(guó)有數(shù)百個(gè)大型城市，中小規(guī)模的城市更多，總的浪費(fèi)電能是非常巨大的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，杭州市一年用于城市照明的費(fèi)用就高達(dá)3億元以上。如果我們采取一定的節(jié)能措施，比如說(shuō)在沒有人和車經(jīng)過(guò)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉路燈，就可以收到明顯的節(jié)能效果。在能源日益緊張的今天，特別是很多城市存在電力不足的矛盾，這無(wú)疑是非常有意義的。目錄1緒論。11.1課題概述。11.1.1課題的題目。11.1.2課題研究的背景。11.1.3課題研究的目的及意義。11.2課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。11.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀。11.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀。21.3論文的主要研究?jī)?nèi)容。22系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。32.1節(jié)能方法。32.1.1傳統(tǒng)節(jié)能方法。32.1.2具有智能控制的節(jié)能方法。32.2智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。42.3智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。52.3.1設(shè)計(jì)思路。52.3.2總體設(shè)計(jì)框圖。63硬件設(shè)計(jì)。73.1硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。73.2光學(xué)信號(hào)的采集與檢測(cè)設(shè)計(jì)。83.2.1光源檢測(cè)原理。83.2.2檢測(cè)裝置所需器件及選型。83.3紅外檢測(cè)信號(hào)的采集與單片機(jī)的處理。103.3.1紅外檢測(cè)原理。103.3.2熱紅外傳感器的結(jié)構(gòu)和原理。104軟件設(shè)計(jì)。124.1軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。124.2程序設(shè)計(jì)。134.2.1設(shè)定時(shí)間程序。135總結(jié)與體會(huì)。17參考文獻(xiàn)。181緒論1.1課題概述1.1.1課題的題目課題的題目:路燈節(jié)能控制器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用1.1.2課題研究的背景隨著社會(huì)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(jī)已經(jīng)成為全人類所面臨的主要危機(jī)，特別是我國(guó)的電力能源近年來(lái)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(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與社會(huì)文明的進(jìn)步。在城市亮化、美化大潮的趨勢(shì)下，城市景觀照明耗電也吞噬著我們的電力資源。而發(fā)電企業(yè)投資和建設(shè)需要一個(gè)較長(zhǎng)的周期，快速的經(jīng)濟(jì)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。電力供應(yīng)缺口很難在短期內(nèi)得以緩解，發(fā)展與節(jié)約并重，已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的必然選擇。此時(shí)，燈光照明行業(yè)節(jié)電也成為了我們的必然選擇!1.1.3課題研究的目的及意義路燈是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家建設(shè)中必需的用電設(shè)備，它在我國(guó)的整體用電量中所占比例巨大，如果通過(guò)節(jié)能裝置對(duì)其進(jìn)行有效控制，就能夠降低電力損耗，達(dá)到節(jié)約能源，降低生產(chǎn)安裝成本，有助于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。本文研究的智能路燈節(jié)能控制器是通過(guò)運(yùn)用MCS51單片機(jī)設(shè)計(jì)的，通過(guò)配套的功率變換組件，可在路燈的啟停和運(yùn)行中，有效的調(diào)節(jié)路燈的端電壓，控制路燈的照明亮度，從而改變了路燈在不同時(shí)段的耗電量，改善了功率因素，到了節(jié)約電能的目的。1.2課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀近20年來(lái)，美國(guó)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(gè)方面，兩個(gè)國(guó)家中用新技術(shù)替換老產(chǎn)品的過(guò)程有點(diǎn)不同:2001年美國(guó)銷售的鎮(zhèn)流器中電子的占53%，而日本只有36%。而兩個(gè)國(guó)家在銷售CFL燈占白熾燈的比例中，美國(guó)只占3%，日本占了15%。兩個(gè)國(guó)家的國(guó)家、省和地方都在立法，鼓勵(lì)和普及活動(dòng)這三方面做文章，旨在推動(dòng)節(jié)能產(chǎn)品的廣泛使用。國(guó)外照明節(jié)能技術(shù)的發(fā)展具有以下特點(diǎn).(1)大力推動(dòng)綠色照明，在光源的材料，使用規(guī)范上加以有效管理，出臺(tái)了一系列的標(biāo)準(zhǔn)和管理要求，將照明節(jié)能推廣到全民范圍；(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。通過(guò)對(duì)鎮(zhèn)流器技術(shù)改進(jìn)來(lái)提高照明設(shè)備的功率因素。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀目前我國(guó)市場(chǎng)上有多種路燈節(jié)能控制產(chǎn)品，能達(dá)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:采用自耦變壓器及磁飽和電抗器的降壓技術(shù)。其不足是由于反應(yīng)速度較慢，用電高峰時(shí)電壓降到非穩(wěn)定區(qū)，容易造成燈光閃滅，不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)如果電壓突然升高，則不能避免燈具受到市電的瞬時(shí)高壓沖擊，對(duì)燈具的保護(hù)能力較差；相對(duì)來(lái)說(shuō)穩(wěn)壓功能較差。.針對(duì)于磁飽和電抗器來(lái)說(shuō)，除了上述不足外，其效率也普遍偏低。采用電子器件構(gòu)成的可控硅式設(shè)備。該設(shè)備主要采取簡(jiǎn)單的相控技術(shù)，不足之處是元件易發(fā)熱燒壞，由于采用相控技術(shù)產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng)，使熒光燈及氣體燈小停閃動(dòng)，減損燈具壽命及相關(guān)附件的使用壽命，降低照明質(zhì)暈，不綠色不環(huán)保，國(guó)家相關(guān)規(guī)定已明令禁止使用這種無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)設(shè)備。以系統(tǒng)節(jié)電濾波形式，主要是凈化電網(wǎng)，補(bǔ)充無(wú)功功率，補(bǔ)償電網(wǎng)，而對(duì)于有功電度表計(jì)量系統(tǒng)，缺少實(shí)際節(jié)電效果。1.3論文的主要研究?jī)?nèi)容本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新研究成果，比較幾種常用的路燈節(jié)能控制方法。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。詳細(xì)描述了路燈智能控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、電路設(shè)計(jì)，并應(yīng)用模糊控制算法進(jìn)行了控制算法設(shè)計(jì)，最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和調(diào)試，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。論文研究的主要內(nèi)容:（1）基于可變電抗技術(shù)的調(diào)壓節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（2）基于MCS51單片機(jī)設(shè)計(jì)的路燈節(jié)能控制器；（3）路燈節(jié)能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)；（4）路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的仿真和試驗(yàn)研究。2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1節(jié)能方法2.1.1傳統(tǒng)節(jié)能方法長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)大多數(shù)城市路燈照明控制廣泛采用傳統(tǒng)控制方式，其節(jié)能方法主要有以下幾種:人工控制節(jié)能方式:根據(jù)開關(guān)燈時(shí)間表由值班人員負(fù)責(zé)手動(dòng)進(jìn)行開/關(guān)燈操作。時(shí)控節(jié)能方式:以時(shí)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(shí)刻開關(guān)燈，隨季節(jié)變化人工干預(yù)調(diào)整開關(guān)時(shí)間。光控節(jié)能方式:按光照度的差異來(lái)控制路燈開關(guān)。這些節(jié)能方式存在著較為明顯的缺憾，國(guó)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(yùn)行有專門控制線，只有控制功能而無(wú)法實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。由于不能嚴(yán)格按照室外自然光照度進(jìn)行控制，不僅實(shí)時(shí)性差，故障率高，而且浪費(fèi)嚴(yán)重。另外，傳統(tǒng)控制方式要求人不離崗，及時(shí)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(fèi)很是驚人。比如采用定時(shí)器控制方式時(shí)，由于一年四季的時(shí)差，要經(jīng)常對(duì)定時(shí)器進(jìn)行人工調(diào)整，從夏至到冬至，日出時(shí)間推遲、日落時(shí)間提前；從冬至到夏至，日出時(shí)間提前、日落時(shí)間推