畢業(yè)設(shè)計(jì)基于MCS51單片機(jī)的景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1 緒論改革開放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，電力資源得到廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致我國(guó)的能源需求量加大。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的生活水平也顯著提高，各種旅游景點(diǎn)也相繼誕生，數(shù)量也越來(lái)越多，因而照明耗能迅速上升，照明節(jié)能也已日益受到重視。我國(guó)人口眾多，人均資源占有量非常少，在開發(fā)的過(guò)程中不注意保護(hù)資源，導(dǎo)致了現(xiàn)在煤炭資源的缺乏，使得電廠發(fā)電成本不斷升高，這導(dǎo)致了景觀照明用電消費(fèi)的增長(zhǎng)。與此同時(shí)，景觀照明還有規(guī)模過(guò)大、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、亮度過(guò)高等嚴(yán)重問題，也造成了資源浪費(fèi)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，景觀照明耗電量占全國(guó)用電量的2%到4%，因此景觀照明節(jié)能具有很重要的意義。1.1研究背景及意義照明用電供電系統(tǒng)中，為了避免送電過(guò)程中

2、的線路損耗及用電高峰造成的末端電壓過(guò)低，導(dǎo)致燈不亮的情況出現(xiàn)，往往都是以較高的電壓傳輸，超出了用電設(shè)備的額定電壓，由于照明用電時(shí)間多在夜間電網(wǎng)波峰段，所以供電電壓偏高，而此時(shí)景觀內(nèi)的游客數(shù)量很少，必然會(huì)導(dǎo)致照明的光通量增大，使照度升高，造成浪費(fèi)。在傳統(tǒng)的照明節(jié)能控制系統(tǒng)中，控制裝置受電網(wǎng)波動(dòng)的影響較大，也不能實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的精確調(diào)節(jié)控制，這也造成了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，照明節(jié)能勢(shì)在必行。隨著科技的創(chuàng)新，智能照明技術(shù)也日益趨于完善，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)照明調(diào)壓實(shí)現(xiàn)智能，減少電能的消耗，具有較高的可靠性和經(jīng)濟(jì)型，是目前社會(huì)上應(yīng)用最廣泛的節(jié)電手段。目前智能照明節(jié)電裝置加入了很多新技術(shù)，這也大大增加

3、其生產(chǎn)成本。因此為了節(jié)省電能，同時(shí)又要降低成本，需要設(shè)計(jì)出新的智能照明管理系統(tǒng)，使其不但可以對(duì)照明調(diào)壓實(shí)現(xiàn)智能，也能減少電壓波動(dòng)對(duì)燈具的損耗，降低耗電量。1.2國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀在歐美國(guó)家，節(jié)電行業(yè)是一個(gè)每年上百億歐元的龐大市場(chǎng)，節(jié)電成為政府號(hào)召節(jié)約能源的重要內(nèi)容，在國(guó)內(nèi)，很多企業(yè)存在電能浪費(fèi)的現(xiàn)象，成千上萬(wàn)的企業(yè)正等待著進(jìn)行節(jié)電改造，通過(guò)節(jié)電，不但可以減低成本，也可以在同行業(yè)中更具有競(jìng)爭(zhēng)力，可謂是一舉多得。隨著世界能源危機(jī)的加劇，各國(guó)都在尋求各種解決能源危機(jī)的辦法，一種是新能源和可再生能源的利用;另一種是開發(fā)新的節(jié)能技術(shù)，提高能源的利用率，降低能源的消耗。近年來(lái)，國(guó)際節(jié)電研究界提出了一種叫“在

4、保證照明效果下點(diǎn)著燈節(jié)電”的新概念，這樣的概念才是科學(xué)的，合理的，這是發(fā)達(dá)國(guó)家道路照明系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)思想。在國(guó)外，美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開始研發(fā)新型的照明節(jié)電設(shè)備，在韓國(guó)，室內(nèi)場(chǎng)館的照明節(jié)電已經(jīng)嚴(yán)格落實(shí)到了每一個(gè)人，館長(zhǎng)會(huì)將節(jié)電制度手冊(cè)發(fā)給每一個(gè)員工，并要定期檢查員工的閱讀情況，如果完成效果不好，將要對(duì)其罰款。在日本，有更加嚴(yán)格的用電節(jié)能制度，城市景觀每周每地區(qū)會(huì)定時(shí)關(guān)燈一小時(shí)，時(shí)刻告訴人們節(jié)能就在身邊。目前國(guó)際照明節(jié)能的主要方式分為兩種:(1)在照明系統(tǒng)中使用高效的節(jié)能型光源，即選擇發(fā)光效率高的燈源。(2)將節(jié)能控制設(shè)備加裝在己經(jīng)使用的照明系統(tǒng)中。 兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，從對(duì)照明

5、系統(tǒng)使用的方面來(lái)講，新設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)中多采用第一種節(jié)能方式。而對(duì)已經(jīng)建設(shè)好的的照明系統(tǒng)，若要采用高效節(jié)能光源就需要更換現(xiàn)有的所有燈具，這樣就會(huì)需要投入大量的資金和人力。同時(shí)，高效節(jié)能光源的價(jià)格會(huì)很高，一般是傳統(tǒng)光源價(jià)格的6-10倍。這樣，如果投入使用，雖然會(huì)使照明場(chǎng)所的節(jié)能效果得到提高，但是總經(jīng)濟(jì)投入不會(huì)降低，達(dá)不到整體節(jié)約的目的。國(guó)外的照明節(jié)能管理系統(tǒng)，大多采用上述第二種方式，并采用光控、聲控、時(shí)控等控制方式，成本低且安裝維護(hù)比較方便，但是不能夠合理額準(zhǔn)確的控制燈源的亮度。比如在天氣不好的時(shí)候不能準(zhǔn)確的做出判斷，也不能根據(jù)季節(jié)自動(dòng)的進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)階段，智能照明節(jié)電裝置加入了許多新技術(shù)，其生產(chǎn)成

6、本要高于前面的那兩種傳統(tǒng)的照明節(jié)電設(shè)備，但是新型的智能節(jié)電設(shè)備不但要可以對(duì)照明調(diào)壓實(shí)現(xiàn)智能，且能減少電壓波動(dòng)對(duì)燈具的損耗，降低電能的使用。目前節(jié)能這類的照明節(jié)能控制方式也日趨完善，產(chǎn)品的具有更高的可靠性和經(jīng)濟(jì)型，也是目前社會(huì)上應(yīng)用最廣泛的節(jié)電手段。近些年來(lái)，我國(guó)能源浪費(fèi)比較嚴(yán)重，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，照明節(jié)電已經(jīng)勢(shì)在必行。目前，國(guó)內(nèi)的景觀照明節(jié)能和國(guó)際節(jié)能方式類似，也是主要依靠?jī)煞N方式：在系統(tǒng)中采用高效的節(jié)能光源，也就是選擇使用發(fā)光效率較高的燈；在照明系統(tǒng)中加裝節(jié)能控制設(shè)備。前一種節(jié)能方式，現(xiàn)在較多的被應(yīng)用，但是高效的節(jié)能光源價(jià)格較高，會(huì)增加照明設(shè)施的運(yùn)行資金，同時(shí)更換照明光源，還需要消耗大量的人

7、力，這樣雖然節(jié)能效果有提高，但是資金投入會(huì)增大，達(dá)不到節(jié)約的目的。第二種方式中，系統(tǒng)中的節(jié)能控制設(shè)備采用了新技術(shù)，成本更高，但是可以實(shí)現(xiàn)智能調(diào)壓，減少了電壓波動(dòng)的影響，也減少了電能的損耗，目前這種照明節(jié)能控制方式發(fā)展很快，也趨于完善，成為世界上最廣泛應(yīng)用的節(jié)能手段。景觀照明系統(tǒng)的控制方式很多，如光控、時(shí)控等。光控方式簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)非常方便且價(jià)格低廉，缺點(diǎn)是控制的準(zhǔn)確性較差，在天氣條件不好的情況下容易誤作；時(shí)控系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)也非常方便并且價(jià)格便宜，但控制不方便，開啟和熄滅時(shí)間相對(duì)固定，對(duì)于景觀節(jié)能非常不利，也不能根據(jù)季節(jié)自動(dòng)調(diào)整。景觀照明節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，一般來(lái)說(shuō)其與選用的光源、燈具

8、和控制系統(tǒng)、照明標(biāo)準(zhǔn)、照明方式以及后期照明設(shè)施維護(hù)與管理等多個(gè)因素密切相關(guān)。為此我國(guó)綠色照明工程辦公室啟動(dòng)一次綠色照明項(xiàng)目，進(jìn)一步從照明產(chǎn)品、照明設(shè)計(jì)、照明管理、天然光利用等方面挖掘照明節(jié)能潛力。還開發(fā)了不少智能照明設(shè)計(jì)，如智能燈具、智能照明控制與管理系統(tǒng)，包括在照明方面的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。此外計(jì)算機(jī)在照明設(shè)計(jì)和測(cè)試方面也得到廣泛應(yīng)用。俄羅斯開發(fā)的智能照明管理系統(tǒng)，日本的智能照明建筑，特別是現(xiàn)代化辦公室的智能照明技術(shù)等都值得我們研究與借鑒。 智能照明系統(tǒng)是由控制器、遠(yuǎn)程io模塊或擴(kuò)展i0 模塊、觸摸屏等來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。我國(guó)的某些景觀照明系統(tǒng)采用了plc控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能，它能夠方便照明系統(tǒng)的按照、調(diào)

9、試、維護(hù)、故障診斷等工作，且其擴(kuò)展性好，自動(dòng)化程度高，具有良好的發(fā)展前景。根據(jù)參考文獻(xiàn)，照明節(jié)能管理系統(tǒng)有的采取單片機(jī)做cpu，充分利用了單片機(jī)體積小，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，保證了照明管理系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)單片機(jī)價(jià)格便宜，滿足了景觀經(jīng)濟(jì)性要求?；趩纹瑱C(jī)的照明控制系統(tǒng)，用軟件的方法為每一個(gè)單片機(jī)分配一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)的單片機(jī)編號(hào)，每個(gè)單片機(jī)再與一個(gè)照明燈線路相連，通過(guò)微型計(jì)算機(jī)串口與多個(gè)單片機(jī)相連。當(dāng)微型計(jì)算機(jī)向單片機(jī)發(fā)出控制命令時(shí)，相應(yīng)編號(hào)的單片機(jī)便可控制與其關(guān)聯(lián)的照明燈的開關(guān)。照明燈具開關(guān)控制程序是在單片機(jī)中運(yùn)行的程序，由此程序來(lái)控制燈具的開關(guān)?；趍cs-51單片機(jī)的照明節(jié)能管理系統(tǒng)是以mcs-

10、51單片機(jī)為核心的一個(gè)集采集、處理、控制為一身的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其工作原理是首先通過(guò)被動(dòng)熱釋電紅外探測(cè)器和環(huán)境噪聲探測(cè)是否有人，并探測(cè)環(huán)境亮度，如果沒人，則照明設(shè)施不開。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，以主程序?yàn)楹诵脑O(shè)置功能模塊子程序，運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)主程序調(diào)用各功能模塊子程序，因?yàn)檎彰髟O(shè)施控制實(shí)時(shí)要求不高，循環(huán)控制即可滿足要求?；赼t89c51單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法。該控制系統(tǒng)可以同時(shí)控制多個(gè)照明燈具的開關(guān)，也可對(duì)某個(gè)指定的照明燈具進(jìn)行控制。此方法簡(jiǎn)單有效，控制成本低，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可以達(dá)到節(jié)約電源的目的。1.3 景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)系

11、統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)控制調(diào)壓供電系統(tǒng)通斷、按時(shí)段控制供電電壓幅值，在保證安全照明前提下，實(shí)現(xiàn)耗電量最小。關(guān)于系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，可以通過(guò)增加電壓反饋環(huán)節(jié)，通過(guò)數(shù)字控制器調(diào)節(jié)。電子技術(shù)的快速發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)日益成熟，以單片機(jī)為基礎(chǔ)的照明控制系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文將采用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)壓控制與照明系統(tǒng)節(jié)能供電管理。1.4 景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)的特點(diǎn)傳統(tǒng)的景觀設(shè)計(jì)照明，采用的是手動(dòng)按鈕開關(guān)、斷路器等對(duì)開關(guān)進(jìn)行控制，這種控制方式簡(jiǎn)單、方便，但是不適用大范圍的景觀照明管理，大面積的景觀照明維護(hù)和管理工作費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)人，同時(shí)還造成了電能的浪費(fèi)。目前景觀照明大多采用的是全硬件電路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、

12、功能單一，維護(hù)費(fèi)用高且不能不能根據(jù)實(shí)際需求做出相應(yīng)的改變，同時(shí)還存在難以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的等一系列問題。本文將進(jìn)行調(diào)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一套采用自適應(yīng)控制思想且場(chǎng)景、調(diào)度相結(jié)合的智能化控制系統(tǒng)。進(jìn)一步探討節(jié)能的方式，實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能，并綜合單片機(jī)的使用，使照明系統(tǒng)更加智能化、維護(hù)簡(jiǎn)單化，提高照明技術(shù)和科技含量。1.5本章小結(jié)本章節(jié)敘述了所選課題的研究背景及意義、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、研究的基本任務(wù)以及所研究系統(tǒng)的特點(diǎn)，并簡(jiǎn)明的概述了全文的章節(jié)。在對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀描述時(shí)，扼要的介紹了目前國(guó)內(nèi)景觀照明節(jié)能所采用的兩種方式：在系統(tǒng)中采用高效的節(jié)能光源；在照明系統(tǒng)中加裝節(jié)能控制設(shè)備。這兩種節(jié)能方式都有各自的

13、特點(diǎn)，也都能達(dá)到一定的節(jié)能效果。2 景觀照明調(diào)壓系統(tǒng)主電路景觀照明調(diào)壓系統(tǒng)是一個(gè)包含供電系統(tǒng)、調(diào)壓系統(tǒng)、照明管理系統(tǒng)的復(fù)雜控制電路，它主要由接觸器、晶閘管、空氣開關(guān)、電壓反饋、單片機(jī)等部分組成。2.1 景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)主電路的器件的選擇2.1.1 主電路接觸器的選擇電磁式電器的執(zhí)行部分是觸點(diǎn)，觸點(diǎn)的接觸方式分為三種：點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸。電磁式接觸器是利用電磁吸力的作用使主觸點(diǎn)閉合或分?jǐn)嚯妱?dòng)機(jī)電路或其他負(fù)載電路的控制電器。用它可以實(shí)現(xiàn)頻繁地遠(yuǎn)距離操作，具有比工作電流大數(shù)倍乃至十幾倍的接通和分?jǐn)嗄芰?。其體積小、價(jià)格低和維護(hù)方便，因而用途十分廣泛。接觸器按其主控點(diǎn)控制的電路中電流的種類分類可

14、分為直流接觸器和交流接觸器。選用時(shí)，一般交流負(fù)載用交流接觸器，直流負(fù)載用直流接觸器。景觀照明供電系統(tǒng)采用的是負(fù)載為50a的交流電，因此可采用交流接觸器。另外景觀照明管理系統(tǒng)需要接觸器控制電容器和白熾燈，接通時(shí)的沖擊電流可達(dá)到額定值的幾十倍，因此從接通方面考慮，應(yīng)當(dāng)選用ac4類的接觸器。不同類型的照明設(shè)備，起動(dòng)電流和起動(dòng)時(shí)間也不一樣，起動(dòng)時(shí)間很短，可選用約定發(fā)熱電流等于照明設(shè)備工作電流的1.1倍即可?？偵希撓到y(tǒng)可選用型號(hào)為cjx2-6311的交流接觸器。2.1.2 主電路晶閘管的選擇晶閘管是一種整流元件，其整流電壓可以控制，當(dāng)供給整流電路的交流電壓一定時(shí)，輸出電壓能夠均勻調(diào)節(jié)。在整流電路中，晶

15、閘管在承受正向電壓的時(shí)間內(nèi)，改變觸發(fā)脈沖的輸入時(shí)刻，即改變控制角的大小，在負(fù)載上可以得到不同數(shù)值的電壓，因而控制了輸出電壓的大小。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)對(duì)晶閘管施加足夠長(zhǎng)時(shí)間的反向電壓，使晶閘管充分恢復(fù)其對(duì)正向電壓的阻斷能力，電路才能正常可靠工作。照明系統(tǒng)中需要在電路中隨時(shí)關(guān)斷晶閘管，可選用可關(guān)斷晶閘管，因?yàn)槠溟T級(jí)端加合適的觸發(fā)信號(hào)后就會(huì)關(guān)斷。但是，晶閘管的應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生諧波，諧波電流流過(guò)繞組時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加損耗，還會(huì)造成電容器的過(guò)負(fù)荷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞電容器。另外諧波頻率越高，趨膚效應(yīng)也就越明顯，有效電阻也隨之增大，引起導(dǎo)線發(fā)熱而增加電能的損耗。為了防止上述問題的產(chǎn)生，應(yīng)該考慮其他技術(shù)的應(yīng)用。目前電力電子器件快

16、速發(fā)展，單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用也日益廣泛，這也促進(jìn)了pwm控制技術(shù)的發(fā)展，pwm技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中。本課題研究?jī)?nèi)容為景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，考慮到其負(fù)載電流為50a，故應(yīng)當(dāng)選用大功率性的晶閘管。結(jié)合參考文獻(xiàn)和網(wǎng)上查閱資料，選定bta100-1200b雙向可控硅晶閘管，其額定正向平均電流為100a，最大穩(wěn)定工作電流為100a，正向重復(fù)峰值電壓為1200v，反向阻斷峰值電壓為1200v，且其門極散耗功率僅為0.5w，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。2.1.3 主電路空氣開關(guān)的選擇空氣開關(guān)是指觸頭在大氣壓力下得空氣中分合的斷路器，是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中非常重要的一種電器。它的絕緣介質(zhì)為空氣，用

17、鎖扣保持合閘位置，由脫扣機(jī)構(gòu)作用于跳閘并具有滅弧裝置的低壓開關(guān)，被廣泛用于500v一下的交、直流裝置中，在電路中作接通、分?jǐn)嗪统休d額定工作電流和短路、過(guò)載等故障電流。因此空氣開關(guān)具有過(guò)載、短路、欠電壓保護(hù)等多種保護(hù)功能，動(dòng)作值可調(diào)、分?jǐn)嗄芰Ω?、操作方便、安全等?yōu)點(diǎn)，并利用一定的觸頭結(jié)構(gòu)，限制分?jǐn)鄷r(shí)短路電流峰值的限流原理，對(duì)提高斷路器的分?jǐn)嗄芰τ忻黠@的作用，所以目前被廣泛應(yīng)用?？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(dòng)觸頭在彈簧作用下與靜觸頭分開，使得電路斷開。短路電流有多種方式實(shí)現(xiàn)脫扣器脫扣，一般是采用電磁鐵的原理實(shí)現(xiàn)的，線圈中經(jīng)過(guò)負(fù)載電流時(shí)電磁鐵吸引力小，經(jīng)過(guò)

18、短路電流時(shí)吸力足以使銜鐵動(dòng)作，帶動(dòng)脫扣器脫扣。大點(diǎn)的空氣開關(guān)還具有過(guò)負(fù)載保護(hù)，一般采用雙金屬片，當(dāng)電路過(guò)負(fù)荷達(dá)到一定時(shí)間的時(shí)候，熱量會(huì)使雙金屬片變形導(dǎo)致脫扣器脫扣從而斷開電路。挑選空氣開關(guān)時(shí)應(yīng)注意:空氣開關(guān)額定電壓大于等于線路額定電壓；空氣開關(guān)的額定電流和過(guò)電流脫扣器的額定電流大于等于線路計(jì)算負(fù)載電流。如果空氣開關(guān)的額定電流選擇的偏小，就會(huì)使空氣開關(guān)頻繁跳閘，引起不必要的停電；如果選擇的過(guò)大，則達(dá)不到預(yù)期的保護(hù)效果。因此選擇額定容量電流大小很重要?？紤]到以后用電負(fù)荷增加的可能性，為以后需要留有裕量。空氣開關(guān)的額定電流有幾安培至幾百安培，景觀照明調(diào)壓系統(tǒng)主電路中，負(fù)載電流為50a，因此可選用型號(hào)

19、為c63a的空氣開關(guān)。2.1.4 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(guò)單片機(jī)的i/o口輸出，但是i/o口的驅(qū)動(dòng)能力有限，一般不能夠驅(qū)動(dòng)一些執(zhí)行器件，需要加接驅(qū)動(dòng)介面電路，為了避免相互間的干擾，因此需要采取隔離措施。如可控硅所在的主電路一般是交流強(qiáng)電回路，電壓較高，電流較大，不易與微機(jī)直接相連，可應(yīng)用光耦合器將微機(jī)控制信號(hào)與可控硅觸發(fā)電路進(jìn)行隔離。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(hào)與系統(tǒng)觸發(fā)主電路隔離。電氣裝置中，輸入、輸出信號(hào)往往容易產(chǎn)生相互干擾，會(huì)對(duì)信號(hào)造成一定的影響。所以應(yīng)當(dāng)選用合適

20、的隔離器來(lái)隔離輸入、輸出端。經(jīng)過(guò)查文獻(xiàn)資料等，發(fā)現(xiàn)光電耦合器可以對(duì)輸入端、輸出端實(shí)現(xiàn)完全的電氣隔離。光電耦合器可把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為光信號(hào)，然后再將光信號(hào)恢復(fù)為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，屬于電光電轉(zhuǎn)換器件。其基本結(jié)構(gòu)是將光發(fā)射器和光敏接收器裝在同一密閉的殼內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。它以光為媒介傳播電信號(hào)，其輸入端和輸出端的傳輸是通過(guò)光信號(hào)來(lái)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(guò)1kv，有的甚至可以達(dá)到10kv以上。當(dāng)電信號(hào)送入光電耦合器的輸入端時(shí)，發(fā)光二極管通過(guò)電流而發(fā)光，其發(fā)光的強(qiáng)弱與信號(hào)電流成正比，亦即與流過(guò)二極管的正向電流的大小成正比，輸出端的光敏三極管受到光照后ce導(dǎo)通。而當(dāng)輸

21、入端無(wú)信號(hào)時(shí)，發(fā)光二極管不亮，光敏三極管截止，ce不通。從而實(shí)現(xiàn)了光電的傳輸和轉(zhuǎn)換。電信號(hào)的傳輸具有單向性等特點(diǎn)，信號(hào)從光源單向傳輸?shù)焦饨邮掌鲿r(shí)不會(huì)出現(xiàn)反饋現(xiàn)象，其輸出信號(hào)也不會(huì)影響輸入端，所以沒有電信號(hào)的干擾和反饋，避免了共阻抗耦合的干擾信號(hào)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。通過(guò)對(duì)光電耦合器類型的分析研究，在照明調(diào)壓管理系統(tǒng)中，可選用線性光耦合器，因?yàn)槠潆娏鱾鬏敱饶軌蛟谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)做線性調(diào)整，使系統(tǒng)穩(wěn)定性更強(qiáng)，智能性也得到提高。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，

22、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。2.1.5 照明燈具的選擇隨著時(shí)代的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的日益提高照明燈具已經(jīng)不僅僅局限于照明，選擇燈具時(shí)還應(yīng)必須考慮到安全、節(jié)能、防水、耐腐蝕等參數(shù)指標(biāo)。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。白熾燈使用壽命太短，且功率比較大，耗能較多；高壓汞燈種類較多，常用于水池或樹木植物的投光照明；高壓鈉燈發(fā)光效率較高，使用壽命為5000h，輻射的光為金黃色，因此顯色性較差，適合暖色調(diào)的建筑物；低壓鈉燈是單色光，是目前所有光源中光效最高的一種光源，其使用壽命為19000h，適用于一般景

23、觀建筑物的照明；金屬鹵化物燈可形成不同顏色的光源，發(fā)光效率高，顯色性好，其使用壽命為2000h；氚燈工作穩(wěn)定，耐低溫也耐高溫，但是使用壽命太短，光效較低；led燈以發(fā)光二極管作為光源，較適用于需要快速響應(yīng)或高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，另外led燈是實(shí)心的全固體結(jié)構(gòu)，能承受住震動(dòng)或沖擊，適用于條件較為惡劣的場(chǎng)合；光纖是利用另外的光源通過(guò)光纖作為傳導(dǎo)方式，能有效的完全分離光和電，安全性很好，但是價(jià)位比較高。景觀照明不需要太高的照明亮度，只有營(yíng)造一個(gè)照明特色就行了，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮節(jié)能。選取的照明燈具應(yīng)當(dāng)使照明能耗較少到最低程度，也應(yīng)使管理維護(hù)方便合理。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

24、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(chǎng)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。目前，低壓鈉燈有18w、26w、35w、36w、55w、66w、90w、135w等多種規(guī)格。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。2.2 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2.2.1 按光亮度控制調(diào)壓供電系統(tǒng)通斷景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)，需要根據(jù)外界不同的的光亮度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)壓控制。在光亮度較暗或天氣不好需要光照時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)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

25、照明系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)斷。目前，光敏電阻已經(jīng)被廣泛的被應(yīng)用于顯示和照明系統(tǒng)，用以節(jié)省電能的損耗。因此可選用一個(gè)光敏電阻來(lái)感受外界的光照亮度，然后通過(guò)照明管理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)利用環(huán)境光感測(cè)方案，實(shí)現(xiàn)照明的自動(dòng)調(diào)節(jié)。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(dòng)調(diào)節(jié)照明亮度，從而減少電能損耗。另外其暗電流小，靈敏度高，可低照度響應(yīng)，光譜波長(zhǎng)敏感度接近人眼，可準(zhǔn)確的感應(yīng)光亮度，即使是陰天等天氣不好需要照明時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)照明，從而可準(zhǔn)確的進(jìn)行照明亮度的調(diào)節(jié)。2.2.2 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

26、化，使其達(dá)到節(jié)能的最好效果。在白天時(shí)段，一般照明設(shè)施不用開啟，照明供電系統(tǒng)可以暫時(shí)關(guān)斷；在傍晚或夜晚時(shí)段，景觀對(duì)照明設(shè)施的光亮度要求會(huì)增加。因此需要根據(jù)時(shí)間段的不同來(lái)對(duì)電壓進(jìn)行幅值調(diào)節(jié)。按時(shí)段進(jìn)行電壓幅值調(diào)節(jié)，就要先對(duì)時(shí)間段進(jìn)行一定的設(shè)置，選用單片機(jī)即可實(shí)現(xiàn)。采用電腦時(shí)鐘與單片機(jī)的輸入接口相連，對(duì)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(duì)照明系統(tǒng)主電路通斷的控制。2.3 電壓反饋環(huán)節(jié)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式、線路阻抗及有功負(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷的變化會(huì)導(dǎo)致電壓偏差的出現(xiàn)，導(dǎo)致了實(shí)際電壓的幅值在某一時(shí)間內(nèi)緩慢的變化而偏離額定電壓。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

27、波動(dòng)，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。電氣設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作在電壓不穩(wěn)定的情況下，使用壽命會(huì)嚴(yán)重縮短，造成了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。電壓不穩(wěn)定，電氣設(shè)備在非額定電壓下工作，會(huì)造成電能的浪費(fèi)，增大景觀照明的開支。因此需要采取一定的措施來(lái)維持電壓的穩(wěn)定性。電壓的穩(wěn)定性對(duì)照明管理調(diào)壓系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用?？紤]到負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)、輸出精度、隔離輸出等方面，可以采用電壓反饋使電壓保持在一個(gè)固定的值，保證了電壓的穩(wěn)定性。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(hào)。誤差放大器在額定輸出電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“零誤差”點(diǎn)，若輸出

28、電壓偏離額定值，放大器就會(huì)改變其輸出的誤差電壓，電源系統(tǒng)用此來(lái)校正脈寬，使得輸出電壓回歸到額定值。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。因此需要整理電路和濾波電路。整理電路是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)交流電與直流電的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的電壓為脈動(dòng)電壓，這就還需要濾波電路將脈動(dòng)直流轉(zhuǎn)換為真正的直流，可在橋式整理電路的輸出并聯(lián)接上一個(gè)濾波電容器，利用電容可以同交流，不能同直流的特性，達(dá)到濾波的效果。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(cè)流過(guò)的電壓值。為了更好的維持電壓的穩(wěn)定

29、，應(yīng)該選用數(shù)字控制器與照明管理調(diào)壓系統(tǒng)中的電壓反饋部分連接。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。數(shù)字控制器采用雙環(huán)控制的pid調(diào)節(jié)，外環(huán)設(shè)計(jì)為電壓有效值控制環(huán)，進(jìn)行數(shù)字濾波，獲得輸出電壓的有效值；內(nèi)環(huán)設(shè)為電壓瞬時(shí)值反饋環(huán)，控制輸出電壓的瞬時(shí)值，內(nèi)環(huán)控制器采用pd控制器，可以保證系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定裕度。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(duì)輸出電壓波形的影響，改善了控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。數(shù)字控制器，信號(hào)進(jìn)入a/d轉(zhuǎn)化器后要經(jīng)過(guò)采樣過(guò)程和量化過(guò)程兩個(gè)過(guò)程。在采樣過(guò)程后得到離散信號(hào)，在時(shí)間上是間斷的。量化過(guò)

30、程是把離散信號(hào)表示成最小位二進(jìn)制的整數(shù)倍，成為數(shù)字信號(hào)，也就是編碼。經(jīng)過(guò)a/d轉(zhuǎn)化，連續(xù)的時(shí)間信號(hào)變成離散的數(shù)字信號(hào)。因?yàn)閿?shù)字信號(hào)位數(shù)有限，所以具有有限的精度。因此也就在轉(zhuǎn)化的時(shí)候存在一些誤差。這個(gè)有誤差的信號(hào)后來(lái)進(jìn)入d/a環(huán)節(jié)，再經(jīng)歷解碼和復(fù)現(xiàn)兩個(gè)過(guò)程。復(fù)現(xiàn)是把離散信號(hào)復(fù)現(xiàn)為連續(xù)模擬信號(hào)直接控制連續(xù)的被控對(duì)象，而離散信號(hào)不能夠直接控制連續(xù)的被控對(duì)象。這帶誤差的信號(hào)與a/d轉(zhuǎn)化前的信號(hào)之間的誤差就是引起數(shù)字控制器精度的原因。通過(guò)對(duì)數(shù)字控制器誤差的分析和a/d位數(shù)對(duì)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(hào)之間的誤差，也就明確了數(shù)字控制器的精度。當(dāng)a/d位數(shù)與d/a位數(shù)

31、一致，均為8位時(shí)，誤差為0.39%，景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)的供電電壓為220v，其誤差也就為0.858v，因此控制精度為0.858v，滿足了其為1v的需求。因此一般選用a/d位數(shù)為8位的就能滿足控制要求。綜合考慮，可以選用tcl549。tlc549是一種低價(jià)位、高性能的8位a/d轉(zhuǎn)換器，以8位開關(guān)電容逐次逼近的方法實(shí)現(xiàn) a/d轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換速度小于 17us，電源為 3v至 6v。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(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)，無(wú)須附加邏輯接口電路，且能與cmos及ttl兼容。其接線圖如下：2.4單片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)及應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，單

32、片機(jī)因具有體積小、可靠性高、適應(yīng)溫度范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低、易擴(kuò)展、功能強(qiáng)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的代替電氣控制產(chǎn)品，其主要廣泛的應(yīng)用于監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)中。mcs-51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(chǔ)器，不需要外部擴(kuò)展，是硬件電路簡(jiǎn)單。2.4.1 89c51 單片機(jī)的介紹mcs-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括cpu、只讀存儲(chǔ)器rom、隨機(jī)存儲(chǔ)器ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、i/o接口電路、中斷系統(tǒng)、串行口、特殊功能寄存器sfr等部件。共包含44只引腳，其中4只是無(wú)用的引腳。89c51單片機(jī)的主要工作特性如下：1、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)含4kb

33、的flash的程序存儲(chǔ)器，擦寫壽命為1000次，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含128字節(jié)的ram；2、具有32根可編程i/o口和兩個(gè)可編程的定時(shí)器；3、中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源和兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；4、串行口是具有一個(gè)全雙工的可編程串行通信口；5、低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式兩種；6、其工作電壓電壓為5v，最高工作頻率為24mhz。89c51單片機(jī)的功能如下：rst：復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。在振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)候，在rst腳施加兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)晶振周期）以上的高電平，將器件復(fù)位。vcc電源電壓輸入引腳。gnd接地。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。使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，連接外部石英晶

34、體和微調(diào)電容。xtal2片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，外接石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)，引腳xtal1接收外振蕩器信號(hào)，xtal2懸空。p0口：8位漏極開路雙向8位三態(tài)i/o口，p0口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl負(fù)載。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高祖輸入。能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。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)作為普通輸入時(shí)，應(yīng)將輸出鎖存器置1。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。p1口：帶內(nèi)部提供上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向i/o口，可驅(qū)

35、動(dòng)4個(gè)ls型ttl負(fù)載。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。在編程和校驗(yàn)時(shí)，可用做輸入低8位地址。用做輸入時(shí)，應(yīng)先將輸出鎖存器置1。p2口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向i/o口，也可作普通i/o口使用。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。作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。用做輸入時(shí)，應(yīng)先將輸出鎖存器置1。當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，輸出地址的高八位。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(dòng)4個(gè)ls型t

36、tl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。在編程/校驗(yàn)時(shí)，p3口接收某些控制信號(hào)。還可提供各種替代功能。另外，p3口也可作為單片機(jī)89c51的一些特殊功能口：p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時(shí)器0外部輸入）p3.5 t1（記時(shí)器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(hào)。2.4.2 89c51 單片機(jī)的復(fù)位、晶振電路的設(shè)計(jì)at89c51單片機(jī)復(fù)位、晶振電路如下圖

37、： 如上圖所示，晶體振蕩器、電容和上電復(fù)位電路構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)。晶振電路是給單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。復(fù)位電路提供單片機(jī)復(fù)位功能，上電時(shí)可給單片機(jī)rst腳提供相應(yīng)的復(fù)位電平信號(hào)。如上圖所示晶振電路，電容c2、c3 可起頻率微調(diào)作用，電容值在5pf30pf之間選擇，本電路選22pf。晶體振蕩器選用12mhz的高穩(wěn)定無(wú)源晶體振蕩器，它與89c51中的反向放大器構(gòu)成振蕩器，給cpu提供高穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。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。如圖所示，當(dāng)給系

38、統(tǒng)上電時(shí)c1有一個(gè)充電放電的過(guò)程，放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平。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(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平復(fù)位信號(hào)。2.4.3 89c51 單片機(jī)鍵盤輸入模塊、顯示器的設(shè)計(jì)鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤，鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專門的硬件編碼器實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號(hào)或鍵值的稱為編碼鍵盤，比如計(jì)算機(jī)鍵盤；而非編碼鍵盤是靠軟件編程來(lái)識(shí)別的。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。非編碼鍵盤又分成獨(dú)立鍵盤和行列式（矩陣式）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，

39、因此會(huì)占用比較多的i/o口，不適合在按鍵較多的場(chǎng)合應(yīng)用，但是電路簡(jiǎn)單。當(dāng)任何一個(gè)按鍵按下時(shí)，與之相連的輸入數(shù)據(jù)線即可讀入數(shù)據(jù)0，未按下時(shí)讀入1；而行列式（矩陣式）鍵盤以n個(gè)端口連接控制n*n個(gè)按鍵，實(shí)時(shí)在顯示器上顯示按鍵信息，省下來(lái)很多的i/o端口。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。在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵，這樣鍵盤上的按鍵就有n*n個(gè)，這種結(jié)構(gòu)可以有效的提高i/o的利用率，但是矩陣式鍵盤編程比較復(fù)雜，制圖較獨(dú)立式鍵盤繁雜。本課題的研究中，需要采用按鍵對(duì)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。如左下圖所示，

40、單片機(jī)p0.4-p0.6接三個(gè)控制電壓值和時(shí)間段的按鍵，如右下圖所示，p3.5-p3.7接三個(gè)設(shè)置年月日的按鍵。單片機(jī)顯示器模塊，一般分為兩種。第一種是采用多個(gè)數(shù)碼管顯示，其利用二極管發(fā)光顯示字母和數(shù)字，因此亮度較大，價(jià)格低，接口設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單。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(huì)受到很大的限制。第二種是采用液晶顯示，它功耗低，使用壽命長(zhǎng)，不產(chǎn)生輻射污染，并且具有漢字顯示功能，不僅可以實(shí)現(xiàn)基本的顯示信息，還可以顯示各種符號(hào)豐富信息量，被廣泛應(yīng)用在單片機(jī)系統(tǒng)和智能儀器儀表中。通過(guò)對(duì)上述兩種顯示方式的對(duì)比，本課題系統(tǒng)采用第二種顯示模塊。為了克服lcd模板比較脆弱

41、的特性，目前都已將lcd控制器、驅(qū)動(dòng)器、ram、rom和lcd顯示器用pcb連接到一起，我們稱之為液晶顯示模板（lcm）。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。若用單片機(jī)進(jìn)行對(duì)lcm的控制，可向lcm輸入相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)所需內(nèi)容的顯示。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。通過(guò)對(duì)各種類型液晶顯示器的分析對(duì)比，本課題可采用lcd12864液晶顯示器。其工作電壓在4.5v-5.5v之間，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(jiǎn)單，操作方便。本課題設(shè)計(jì)中，lcd12864的db0-db7對(duì)應(yīng)p1口

42、的各個(gè)引腳，rst接電源，cs2、cs1、d1、r/w、e分別接單片機(jī)p2.3-p2.7。lgm12641bs1r顯示電路如下：2.5本章小結(jié)本章節(jié)，主要對(duì)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(hào)；也對(duì)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(lái)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(lái)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)

43、出了單片機(jī)鍵盤輸入模塊和顯示器，從而完成了對(duì)單片機(jī)最基本的設(shè)計(jì)。3 景觀照明光傳感器模塊及實(shí)時(shí)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)照明管理系統(tǒng)按光亮度控制調(diào)壓系統(tǒng)的通斷和按時(shí)段控制供電電壓的幅值，系統(tǒng)中還需要光敏電阻來(lái)感測(cè)外界光亮度，需要電腦時(shí)鐘來(lái)確定準(zhǔn)確的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)照明的智能化、節(jié)能化。3.1光敏電阻的選擇照明調(diào)壓管理系統(tǒng)中，主要照明設(shè)施是燈泡，對(duì)傳感器的信號(hào)要求比人眼看到的數(shù)量要高的多。若要通過(guò)對(duì)外界光亮強(qiáng)度的感測(cè)控制照明調(diào)壓系統(tǒng)，則需要脈沖（開關(guān)）式光電開關(guān)傳感器和單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。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。

44、照明調(diào)壓管理系統(tǒng)中，主要照明設(shè)施是燈泡，對(duì)光亮度的信號(hào)要求比人眼看到的數(shù)量要高的多。通過(guò)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。在外界環(huán)境較暗時(shí)，其電阻值為1-10m歐姆，外界環(huán)境較明亮?xí)r（100lx），它的阻值僅有幾百到幾千歐姆。其對(duì)光的敏感性與人眼對(duì)可見光的響應(yīng)很接近，只有人眼可感受到的光，都會(huì)引起光敏電阻5516阻值的變化。因此可2c bus接口對(duì)應(yīng)i2c bus接口使照明調(diào)壓管理系統(tǒng)能夠根據(jù)光照強(qiáng)度的范圍進(jìn)行編程，更好的優(yōu)化該感測(cè)系統(tǒng)。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(hào)。當(dāng)沒有光照

45、時(shí)，光敏電阻阻值變大，比較器3點(diǎn)電壓升高，高于比較器2點(diǎn)的電壓時(shí)，比較器lm358輸出高電平信號(hào)?；瑒?dòng)變阻器可用來(lái)調(diào)節(jié)靈敏度。3.2實(shí)時(shí)時(shí)鐘模板的設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)能夠按照時(shí)段控制供電電壓的幅值，需要一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供定時(shí)、測(cè)控。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(duì)pwm的控制，從而控制了供電電壓。目前實(shí)時(shí)時(shí)鐘的集成電路有很多種，如ds1302、ds1307、pcf8485等，這些電路的接口比較簡(jiǎn)單，價(jià)格也相對(duì)便宜，均被廣泛的應(yīng)用在計(jì)時(shí)電路中，本課題只需要選擇合適的芯片即可。ds1302可實(shí)時(shí)顯示時(shí)間，可對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)。它采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提

46、供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能，工作電壓為2.5-5.5v，采用普通的37.768hz晶振。本課題設(shè)計(jì)要求按照時(shí)段控制電壓幅值，可通過(guò)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(duì)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。3.3本章小結(jié)本章節(jié)，主要就景觀照明系統(tǒng)按光亮度控制調(diào)壓系統(tǒng)的通斷和按時(shí)段控制供電電壓的幅值進(jìn)行了光敏電阻的選擇和時(shí)鐘模板的設(shè)計(jì)。選擇了對(duì)光的敏感性與人眼對(duì)可見光的響應(yīng)很接近的光敏電阻5516，實(shí)現(xiàn)了對(duì)外界光亮度的感測(cè)，把信號(hào)傳給單片機(jī)進(jìn)行對(duì)照明電路的控制。時(shí)鐘模板中，選用d

47、s1302來(lái)進(jìn)行對(duì)時(shí)段電壓幅值的控制。使得照明電路電壓值在不同的時(shí)間段具有不同的幅值。4 景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)中同步檢測(cè)的設(shè)計(jì)近年來(lái)，雙向可控硅因其效率高、控制特性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，獲得了快速的發(fā)展，已成為自動(dòng)控制領(lǐng)域中重要的組成部分。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(dòng)器件, 由于雙向可控硅沒有反向耐壓?jiǎn)栴}, 控制電路簡(jiǎn)單, 因此特別適合做交流無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)使用。雙向可控硅接通的一般都是一些功率較大的用電器, 且連接在強(qiáng)電網(wǎng)絡(luò)中, 其觸發(fā)電路的抗干擾問題很重要,通常都是通過(guò)光電耦合器將單片機(jī)控制系統(tǒng)中的觸發(fā)信號(hào)加載到可控硅的控制極。為減小驅(qū)動(dòng)

48、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。雙向可控硅是否得以成功應(yīng)用，關(guān)鍵在于其觸發(fā)電路。其觸發(fā)電路有兩種：移相觸發(fā)和過(guò)零觸發(fā)。移相觸發(fā)負(fù)載上的電壓時(shí)有缺角的正弦波，容易造成電源波形畸變，產(chǎn)生的高頻電磁波而干擾周圍電子設(shè)備的正常工作，因此觸發(fā)電路一般采用過(guò)零觸發(fā)。本課題的設(shè)計(jì)也采用過(guò)零觸發(fā)。過(guò)零觸發(fā)是指在電壓為零或零附近的瞬間接通。要采用過(guò)零觸發(fā)，電路還需正弦交流電過(guò)零檢測(cè)電路。過(guò)零檢測(cè)，是指交流電壓過(guò)零點(diǎn)被自動(dòng)檢測(cè)進(jìn)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使雙向可控硅在此時(shí)刻開始導(dǎo)通?，F(xiàn)在過(guò)零檢測(cè)技術(shù)與光耦隔離技術(shù)相結(jié)合，采用過(guò)零檢測(cè)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)

49、標(biāo)準(zhǔn)。如下圖所示，當(dāng)正弦交流電壓接近于零時(shí)，光電耦合器u1的發(fā)光二極管截止，導(dǎo)致三極管q1截止，三極管q1的輸出端接反向器與單片機(jī)int0引腳相連，再接一反向器與int1引腳相連。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(hào)。從而實(shí)現(xiàn)照明電路得到完整的正弦波。為了實(shí)時(shí)的檢測(cè)電壓的穩(wěn)定性，景觀照明管理系統(tǒng)還增設(shè)了測(cè)電壓波形的示波器，可測(cè)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(dòng)情況，便于進(jìn)行調(diào)壓控制。景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)模型大體如下，通過(guò)光敏電阻對(duì)外界光環(huán)境的感測(cè)，給單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，使其通過(guò)控制雙向可控硅和接觸器控制照明主電路的通斷，實(shí)現(xiàn)根據(jù)光亮強(qiáng)度控

50、制調(diào)壓系統(tǒng)的通斷。另外，時(shí)鐘模板與單片機(jī)連接，對(duì)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。另外，本課題設(shè)計(jì)了電壓反饋環(huán)節(jié)，將交流電壓通過(guò)整流電路、濾波電路轉(zhuǎn)換為直流電，在通過(guò)tlc549將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)，用單片機(jī)對(duì)照明電路電壓進(jìn)行調(diào)壓控制。從而，使照明電路實(shí)現(xiàn)了智能化，減少了電能的損耗。5 景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)的節(jié)能效果本課題設(shè)計(jì)中采用的是功率為18w的低壓鈉燈作為照明系統(tǒng)的照明裝置。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

51、泡照明的亮度。景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的是能夠根據(jù)光亮度控制調(diào)壓系統(tǒng)的通斷，并可以按照時(shí)段控制照明電路的電壓幅值，使電能合理的利用，節(jié)能電能。本設(shè)計(jì)中，將時(shí)間段分為白天6:00-18:00和夜間18:00-6:00兩個(gè)時(shí)間段。白天時(shí)段電壓為150v,另外根據(jù)外界環(huán)境光亮度控制照明的通斷，夜間時(shí)段電壓設(shè)為220v。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。景觀照明按安裝1000只照明設(shè)置來(lái)計(jì)算。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

52、，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(lái)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）=82354462.8w/小時(shí)=82355度通過(guò)對(duì)上述兩種照明方式的對(duì)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%=84.2%，可見，通過(guò)采用該設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可節(jié)省大量的電能。 結(jié) 論隨著畢業(yè)日子的臨近，我的畢設(shè)設(shè)計(jì)也基本上接近了尾聲。在這這學(xué)期差不多三個(gè)月的時(shí)間里

53、，我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，我學(xué)到了很多知識(shí)，不只是局限于系統(tǒng)設(shè)計(jì)或編程作圖等專業(yè)技能，而它更多的是鍛煉了我的思考力和耐力。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(huì)，通過(guò)這次對(duì)景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我了解到自己對(duì)本專業(yè)認(rèn)識(shí)的局限性，自己很難將所學(xué)的知識(shí)與實(shí)際生活聯(lián)系起來(lái)；同時(shí)，通過(guò)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(shí)與技能。在選完畢業(yè)設(shè)計(jì)課題后，我開始查閱各種文獻(xiàn)資料，了解所應(yīng)具有的知識(shí)。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。在選擇器件的時(shí)候，由于沒有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，感

54、覺無(wú)從下手，不知道選哪個(gè)，經(jīng)過(guò)劉老師的悉心指導(dǎo)，我漸漸有了頭緒，通過(guò)從網(wǎng)上查閱文獻(xiàn)資料，再根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的效果選擇合適的景觀照明管理系統(tǒng)的器件。編程時(shí)用的c語(yǔ)言，在編程的過(guò)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。接下來(lái)的仿真對(duì)我來(lái)說(shuō)有點(diǎn)困難了，因?yàn)槲覍?duì)proteus軟件的作圖和仿真不太熟悉，應(yīng)用的不熟練，只好從網(wǎng)上下教程和找老師同學(xué)幫忙。經(jīng)過(guò)將近一個(gè)多月的學(xué)習(xí)練習(xí)，終于學(xué)會(huì)了proteus軟件的操作，完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的仿真工作。景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了按照外界的光亮度進(jìn)行調(diào)壓系統(tǒng)的通斷和按照時(shí)段控制照明電路電壓的幅值。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

55、的時(shí)間段自動(dòng)照明設(shè)備的亮度。通過(guò)與普通照明電路進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)本次畢設(shè)設(shè)計(jì)的景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)節(jié)約電能高達(dá)92.2%，很高程度了減少了電能的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用，同時(shí)也減少了開支，具有很高的實(shí)用價(jià)值。隨著科技的不斷發(fā)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(shì)。本設(shè)計(jì)主要是根據(jù)季節(jié)、陽(yáng)光的強(qiáng)弱和時(shí)間來(lái)控制景觀照明，在不影響正常照明的情況下，起到了一定節(jié)能效果。相信今后照明節(jié)能控制方式將日趨完善，產(chǎn)品將具有更高的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，用更人性化的控制方式實(shí)現(xiàn)既能方便又能節(jié)能的效果。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程是我對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的再次學(xué)習(xí)、提高專業(yè)知識(shí)的過(guò)程，在論文中

56、我充分利用大學(xué)所學(xué)的知識(shí)，讓我對(duì)本科所學(xué)的知識(shí)有了進(jìn)一步的鞏固和提高。畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的課題，和我們平時(shí)上的專業(yè)課和選修課不一樣，它需要運(yùn)用很多綜合性很強(qiáng)的知識(shí)，目的是讓我們自己用現(xiàn)有的知識(shí)做一個(gè)科學(xué)研究，把理論知識(shí)準(zhǔn)確的運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)我們大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，更是對(duì)我們自身能力素質(zhì)的一個(gè)提高。通過(guò)做畢業(yè)設(shè)計(jì)，我明白了自己知識(shí)的欠缺，需要掌握學(xué)習(xí)的還太多太多。什么動(dòng)作不是自己說(shuō)會(huì)就會(huì)，而是要?jiǎng)邮秩プ鋈?shí)踐，這樣才能知道自己是不是真正的掌握了。學(xué)習(xí)是一個(gè)需要長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作和生活中，我要克服眼高手低的弊病，不斷的努力學(xué)習(xí)，提高自身的綜合素質(zhì)。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)

57、過(guò)程中，遇到了很多自己解決不了的問題，難免有些急躁，向老師和同學(xué)請(qǐng)教，他們都會(huì)很耐心的給我輔導(dǎo)。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，增進(jìn)了同學(xué)之間的友誼，有什么不懂的大家一塊討論探討，使我們?cè)錾盍藢?duì)知識(shí)的理解，再次謝謝幫助過(guò)我的老師和同學(xué)。在大家的幫助下，我按時(shí)完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的全部工作，對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的了解，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我獲得了從理論到實(shí)踐的跨越。我也充分的體會(huì)到了研究設(shè)計(jì)過(guò)程中的艱辛和完成畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)的喜悅。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了獨(dú)立工作研究的能力，樹立了對(duì)自己功能能力的信心，這對(duì)我以后的工作生活都有莫大的影響，是我終身受益。 致 謝在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師，劉建業(yè)老師。在百忙之中，他每周也會(huì)抽出一定的時(shí)間對(duì)我們進(jìn)行答疑，耐心指導(dǎo)我們遇到的難題。在論文題目制定時(shí)，他首先指出了我的題目大方向，但是同時(shí)又幫我具體分析