路灯节能控制器设计思路.doc
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1、摘要本文通过对路灯的调查研究, 阐述了路灯在夜间行车安全及节能中的重要作用, 分析并指出当前路灯建设过程中存在的各种问题, 并且针对这些问题提出了行之有效的建议。以便达到节能减排, 降低路灯的能耗, 提高电能的使用效率的效果。由此可见,随着城市建设的高度现代化及城市照明工程的逐步扩大, 节电节能和使用先进路灯控制系统的要求越来越迫切。为此本文分析了城市路灯照明的现状, 提出了一种基于AT89S52单片机控制的路灯节能控制器的设计方案。介绍了路灯控制系统的节能原理、硬件电路的设计和软件部分的主程序流程图。该系统能延长灯具寿命, 具有可靠性高, 成本低, 节电效果明显等优点, 可以明显提高路灯的用
2、电效率。关键词:路灯; 单片机; 道路照明; 智能; 节能控制AbstractBased on investigation and research of lamp, the important role of lamp on driving safety during night and energy-saving was elaborated in this paper, the various problems in the present construction of lamp were analyzed, effective suggestion about these tough
3、 problems was put forward. The purpose is to respond to the call of energy-saving and reducing the discharge of our nation, to reduce the energy consumption of lamp and improve the efficiency of electricity. This shows, with the height of modern urban construction and the gradual expansion of the ci
4、ty lighting engineering, energy saving and advanced lighting control system are more and more urgent. Therefore, this article analyses the present situation of bigger energy consumption of urban road lighting, put forward the disign of energy econnomizer of intelligent street lamp based on AT89S52 m
5、icrocontroller control. It introduces the working theory of the energy-saving street lamp control system、the design of the hardware circuit and the main procedure control flow chart. This system has such advantages as long life, high reliability, low-cost , energy-saving and can significantly improv
6、ed the energy efficiency of street lamps . Keywords:lamp; SCM; road lighting; intelligence; energy-saving control目录摘要第一章 绪论1课题概述1.1课题研究的背景1.1.1照明的发展史1.1.2路灯的照明现状及发展2课题研究的目的及意义2.1道路照明的作用2.2城市照明存在的问题2.3我国在路灯节能方面的状况2.2.1我国路灯照明节能的现状2.2.2我国城市道路照明节能的措施3路灯节能的基本原理4路灯节能的几种方法及分析对比4.1 照明设备的节能4.2 路灯供配电系统节能4.3 路
7、灯管理节能4.4 使用先进控制装置,实现智能控制节能5路灯节能产品的选择第二章 路灯节能控制系统的总体方案设计1系统的总体方案设计2系统的结构模型及功能分析3系统控制器的总体设计3.1智能控制器结构设计第三章 系统硬件设计1系统硬件结构设计2 控制器设计以及其外部电路2.1 控制器最小控制系统2.2串行通信接口设计2.3 A/D和D/A转换电路2.4开关量输入/输出电路第四章 软件结构设计第五章 结论致谢参考文献1课题概述1.1课题研究的背景1.1.1照明的发展史 在历史的长河中,人类实现照明的方式非常简单,那就是直接借助各种火源的直射光,例如蜡烛、油灯等等。这些发光设备虽然在人类的历史长河中
8、点燃了漫漫岁月,却因为极低的发光效率和发光质量,只能尘封在历史的博物馆中。 人类尝试夜晚在城市街道上进行人工照明始于15 世纪初。1417 年, 为了让伦敦冬日漆黑的夜晚明亮起来, 伦敦市长亨利巴顿发布命令, 要求在室外悬挂灯具照明。后来, 他的倡议又得到了法国人的效仿。16 世纪初的时候, 巴黎居民住宅临街的窗户外必须安装照明灯具。路易十四时, 巴黎的街道上出现了许多路灯。1667 年, 被称为“太阳王”的路易十四还正式颁布了城市道路照明法令。传说, 正是因为这部法令的颁布, 路易十四的统治才被称为法国历史上的“光明时代”。 最初的路灯光线比较弱, 因为路灯里面用的都是普通的蜡烛和油。后来改
9、用煤油后, 路灯的亮度有了明显的提高, 而路灯真正的革命是在汽灯出现之后。但最初, 它的发明者英国人威廉默多克却饱受讥讽。沃尔特斯科特曾在写给一位朋友的信中称道有一个疯子要用一种冒着“黑烟”的路灯来给伦敦的夜晚照明了。尽管默多克的路灯惹来了很多争议, 但这种路灯的优势却不容忽视。1807 年, 这种新型路灯被安装在了波迈大街上, 并很快风靡欧洲各国的首都。 人类用电照明的历史与两位发明家的名字紧密相连, 那就是俄罗斯人亚力山大洛德金和美国人托马斯爱迪生。1873 年亚力山大洛德金因设计出白炽灯泡而获得了彼得堡科学院颁发的罗蒙诺索夫奖。不久, 这种灯泡被应用于彼得堡海军大厦的照明。几年之后, 托
10、马斯爱迪生对这种灯泡进行了改进, 使这种灯泡的亮度更强, 生产成本更低。随着这种灯泡的大量出现, 汽灯迅速退出了道路照明, 电灯取而代之, 成为城市夜晚户外照明的重要工具。 人类社会的电力照明设备大致有这几个重要的发展成果:白炽灯,主要以钨丝作灯丝因为钨有高熔点及低蒸发率。白炽灯的大部分辐射光是红外线,所以120V白炽灯的照明效率在2400K时约为8lm/W,一般100W白炽灯只有7%的电功率转变为可见光。钨丝卤素灯,为减少钨丝蒸发率以增加其寿命及工作温度,在灯泡中添加卤素气体作成的钨丝卤素灯也较为流行。一般钨丝卤素灯均在高温工作,灯泡也较小,用的是比较坚硬的玻璃壳,其寿命比钨丝白炽灯要高两倍
11、。日光灯,一般日光灯用低压放电可以产生11000-13000K的高温,目前日光灯可以用的材料有汞即水银和钠,汞灯释放紫外线故多用于一般日光灯,灯管涂上荧光分以产生白光。低压钠灯,用钠代替汞可以得到含有589nm及589.6nm的黄光但是钠熔点比汞熔点高,也比汞活泼,要用抗钠玻璃。大部分应用在街道级公路上。高压汞灯,高压汞灯的一般功率变成热,所以效率不高,但是温度稳定性极佳,大部分应用在街道照明及商用建筑的照明。高压钠灯,可以产生50-1000W功率,演色性差不适合用于室内照明。金属卤化物灯,是在高压汞灯中加入了其它金属,这样可以改进发光效率及演色性。1.1.2路灯的照明现状及发展 1、随着城市
12、道路、公园绿地的不端新建和改造,我国道路照明及景观照明在大中型城市电能浪费严重。以大中城市为例,据统计,一般城市,2000年室内照明的电费支出1200万元,2001年1830万元,2002年则为2300万元,三年间城市灯光的电费几乎犯了一番。我国是个发展中国家,在大部分中小型城市,夜12点后道路上几乎空无一人;随便是北京、上海、广州这样繁华的都市,凌晨2点以后,路上也罕见行人,车辆也比较稀少。从这一段直接清晨6点,在低交通流量的道路上仍然保持较高照度显然是没有必要的。城市公共照明在我国照明耗电中一直占有较高的比例,以30的比例计算,每年约消耗439亿KWH,以平均电价0.65元/kwh计算,一
13、年开支285亿元。2、小型城市,包括大中型城市部分街道“有路无灯”“有灯不亮”现象严重。有路无灯是一个普遍存在的问题,而有灯不亮则影响更大。据有关资料显示某市107国道某路段4公里,竟有近两年有灯不亮。该路段是一个主干道,车流量、人流动川流不息,该路段夜晚频发交通事故,犯罪分子也乘天黑进行抢劫活动,当地群众对此反映强烈。而且路灯设置被盗严重,近年来路灯设施被盗案件时有发生,盗窃分子作案手段越来越猖獗,由于去偷灯门、镇流器,发展道现在偷盗电缆、供电变压器。由单独作案发展道团伙作案,由的甚至开吊车强行盗窃供电变压器,尽管路灯管理单位采取各种防盗措施,但是还是防不胜防。据了解,每年各个街道办路灯设施
14、被盗直接经济损失一、二百万,全市那年累计盗窃损失越二千多万元,这种代且破坏路灯设施行为必须整治 不能再发展下去。否则,正常道路照明就难以保障 从而会造成更大的公民交通和财产安全隐患。 3、路灯节点方式落后。目前国内绝大部分城市和地区大部分采用的是道路灯隔盏关灯的节点方法,该节点方法不仅导致了路面照度分布不均,给治安及交通买下了隐患,而且导致后半夜电网电压的升高,对路灯寿命造成影响。因此造成省电不省钱的结果。而美国环保局(EPA)早再1991年1月就已经提出实施“绿色照明(green lights)”和推进“绿色照明工程 (Green lights program)”的概念了,我们目前道路照明的
15、现状是否只值得反思呢?2课题研究的目的及意义2.1道路照明的作用 道路照明作为城市中密度最大、数量最多的市政设施之一,其在城市景观中作用是不言而喻的,具有白天和夜晚双重景观作用。具体来说,道路照明的作用归纳如下:1、提高夜晚环境质量城市的夜晚因天然照明不足,一切陷于黑暗中,人们的活动受到限制。路灯创造了人工的照明环境,满足了市民活动的需要,使城市的夜晚因此而活跃起来。首先,增加了人们夜晚的能见度,提高安全感,创造夜晚舒适怡人的社会活动、交往空间;其次,保证车辆和行人夜晚活动的安全,减少夜间交通事故和犯罪、暴力事件的发生;最后,满足城市不同区域的功能需要,为各分区的活动和相互间的交通、联系提供照
16、明条件。2、美化城市形象道路照明能明晰城市结构,将城市亮点有机联系在一起,表现城市夜晚整体格局,勾勒出城市夜晚的轮廓线,产生良好的艺术效果。3、促进经济繁荣城市照明使城市经济活动时间增长,促进了旅游与消费,这是照明之于城市的经济功能,对比北京王府井、上海南京路、广州上下九等商业街照明所带来的经济效益就可知道。2.2城市照明存在的问题 1、认识误区从城市景观角度看待道路照明,不少人首先想到的就是路灯装饰化,在路灯造型上下功夫,专注装饰性而忽略功能性,或把路灯的功能性放在次要位置。这种认识非常有害,不少城市在主干道大搞花灯、庭院灯,灯本身美仑美奂,但眩光、散逸光严重,照明效果差强人意。另一方面,不
17、少人把景观照明设计简单理解为以灯为景,把灯作为城市景观的主角。事实上,路灯本身是城市景观,特别是道路景观的重要元素,但绝不是主角。白天,灯杆本身的设计再优秀,如果不能和周围的景观融为一体的话,肯定会破坏城市景观。晚上,路灯的意义在于提供光明,营造气氛,为市民的交往、活动提供安全、舒适的照明环境。2、现实问题 近年来,我国城市道路照明建设取得了巨大成绩,也存在很多问题。根据某权威人士从2001年至今曾到香港、北京、上海、大连、重庆、南京、杭州、苏州、厦门等城市进行路灯专题调研的结果来看,各城市的情况有所不同,但主要问题很相似,并结合实际情况,归纳如下:(1) 忽略人的需求路灯对城市景观的最大贡献
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