路燈控制系統(tǒng)設(shè)計及其軟件實現(xiàn)

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摘要：路燈節(jié)能控制系統(tǒng)一般指對城市路燈的開關(guān)與照明亮度通過控制器、功率變換、阻抗變換器等器件進行智能控制，以達到節(jié)能的效果的電路系統(tǒng)。本文將通過對路燈節(jié)能控制系統(tǒng)詳細的功能介紹，以及對路燈節(jié)能控制的設(shè)計研究，包括硬件與軟件的設(shè)計，然后分析路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的節(jié)能效果，以此為城市路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：路燈；節(jié)能；控制系統(tǒng)；軟件實現(xiàn)

一直以來，人類對能源的需求就沒有停止過，除了部分可循環(huán)利用的能源外，我們目前運用的大多數(shù)能源均屬于一次性能源，隨著社會的發(fā)展，特別是進入二十一世紀以來人們對生活質(zhì)量的要求大大的提升，對能源的需求也就越來越大，而我們的可利用的一次性能源卻也越來越少，隨著可持續(xù)性發(fā)展的觀點的提出，人們對能源的認識也越來越清晰。據(jù)美國石油業(yè)協(xié)會估計，地球上尚未開采的原油儲藏量已不足兩萬億桶，可供人類開采時間不超過95年。在2050年到來之前，世界經(jīng)濟的發(fā)展將越來越多地依賴煤炭。其后在2250~2500年之間，煤炭也將消耗殆盡，礦物燃料供應(yīng)枯竭。面對即將到來的能源危機，全世界認識到必須采取開源節(jié)流的戰(zhàn)略，即一方面節(jié)約能源，另一方面開發(fā)新能源。面對如此嚴峻的能源問題，而我們的城市路燈系統(tǒng)卻存在著嚴重的能源浪費，在城市供電中路燈消耗電量占了30%左右。大多城市的供電系統(tǒng)還處于通宵同等供電的模式，而對于深夜已經(jīng)不再需要大量的持續(xù)照明，如果能將其進行改進將會大大地節(jié)省城市照明供電。

1.路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的功能

1.1分時控制

在城市路燈供電系統(tǒng)中，大多是通宵統(tǒng)一標準供電，雖然控制簡單，但是系統(tǒng)線路單一，無法對路燈不同時段，不同地區(qū)根據(jù)不同的照明需求改變照明亮度。而一年四季中，每個季節(jié)的日出日落的時間段都會有所不同，不同時間段的自然光照明度都會有所變化，且城市路燈照明不僅僅應(yīng)考慮四季的時節(jié)變化，還需要考慮每天不同時段人們對照明量的需求，比如在人流量與車流量的高峰期的傍晚，需要讓路燈進入最佳照明模式以保障人們的出現(xiàn)安全，在交通正常期的深夜和交通低谷期的凌晨，照明量應(yīng)在保證基本出行安全的前提下相應(yīng)降低照明量以節(jié)約用電。那么如何控制路燈的照明度呢，根據(jù)“一年分三季，一季分時段”的分時控制思想，在不同的時間段輸入相對應(yīng)的的電壓，隨著電壓的變化，照明度相應(yīng)也發(fā)生變化。在交通量較大的時間段根據(jù)人眼的感光——光線照明度減少10%，人的視覺感覺只減少了不到1%，而當電壓減少到額定電壓的93%時路燈的照明度會降低5%，而使用壽命將提升兩倍，所以將此電壓設(shè)為正常照明電壓最為適合，既可以保證行人的照明需求與舒適度，還能大大提升路燈工作壽命與效率。相應(yīng)的方法可以設(shè)計出正常期與低谷期相應(yīng)的照明電壓分別為額定電壓的88%和80%。采取分時控制將大大地減少因交通照明需求的不同而造成的不必要的浪費。可以根據(jù)表1中的不同時間段的電壓值來實現(xiàn)路燈照明的分時控制。

1.2電壓監(jiān)控

分時控制的基本理論是建立在路燈供電電壓基本保持在穩(wěn)定值的前提下的，但是在面對現(xiàn)實情況時往往沒有那么理想。大多數(shù)地區(qū)電網(wǎng)電壓都存在著安全正常范圍內(nèi)的電壓波動，而，其電壓值可能高于也可能低于額定電壓。這時候使用路燈分時控制時間表中的比值來調(diào)整電壓雖然也能達到節(jié)能效果，但是明顯沒有正常情況下那樣顯得那么理想。所以這時就需要在控制系統(tǒng)中加入電壓監(jiān)控系統(tǒng)，對供電電壓提供實時的電壓數(shù)據(jù)并傳到分時控制系統(tǒng)中分析處理得出應(yīng)控制輸出的電壓值。將電壓監(jiān)控系統(tǒng)與分時控制系統(tǒng)結(jié)合將會使得節(jié)能電壓更加準確，節(jié)能效果更佳明顯。

1.3旁路模式

在城市路燈供電系統(tǒng)中，還可以加入旁路模式，使得供電系統(tǒng)在接觸器線路故障時可以自動切換到旁路供電模式。很多城市路燈供電系統(tǒng)沒有安裝旁路系統(tǒng)，在出現(xiàn)故障時不能夠保障交通安全。而旁路供電模式可以使得交流電直接繞過控制器與變壓器直接對路燈進行供電，此系統(tǒng)模式看似對節(jié)能沒有起到直接的作用，但是保證道路交通的及時安全供電在某種程度上起到了保障人民生命安全，也間接起到了節(jié)電的作用。

1.4通信功能

加入了電壓監(jiān)控的分時控制電壓的路燈節(jié)能系統(tǒng)已經(jīng)在保障基本照明需求時很大程度地節(jié)約了用電量，但是在陰雨天時的傍晚，天黑的通常比正常情況要早很多，這就需要提前開啟路燈照明系統(tǒng)，在下大雨的深夜，為了保障行車交通安全也需要路燈能保證充足的照明量。為了能保證分時控制供電系統(tǒng)和電壓監(jiān)控系統(tǒng)更加靈活地運用在城市路燈節(jié)能控制系統(tǒng)中，在控制系統(tǒng)中還需加入通信功能，使得供電電壓與實時天氣照明情況（陰雨天等特殊情況）及時反饋到中央監(jiān)控系統(tǒng)，計算實時需求電壓值，實時反饋到控制系統(tǒng)中以靈活運用節(jié)能系統(tǒng)。

1.5多種電工參數(shù)的檢測

在多種控制系統(tǒng)的共同工作下，節(jié)能效果將會更加顯著。但是更多的系統(tǒng)意味著更復(fù)雜的線路和電器元件。所以還需要設(shè)計可以顯示各個器件故障的顯示屏，不管是控制器，變壓器或者是某個二極管出問題都可以實時清晰的明了的發(fā)現(xiàn)并及時地解決問題。

2.路燈節(jié)能控制的設(shè)計

2.1硬件設(shè)計

節(jié)能硬件設(shè)計主要包括單片機設(shè)計、時鐘電路、電工參數(shù)測量通道、鍵盤顯示電路和通信電路。

2.2軟件設(shè)計

軟件的設(shè)計主要集中在通過程序的設(shè)計來完成對硬件的控制，比如檔位的高低設(shè)置，通過分析電壓監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析是否需要根據(jù)實時電壓而采取相應(yīng)的降壓或者升壓效果。整個系統(tǒng)被分為分時分段模塊、電壓監(jiān)控調(diào)檔模塊和實時顯示模塊。

3.節(jié)能效果分析

通過運用電壓監(jiān)控，分時控制等節(jié)能控制系統(tǒng)，使得電能控制系統(tǒng)更加高效，也使得節(jié)能效果更加明顯。以1000W路燈為例，在滿足正常的交通照明情況下，適當降低路燈的端電壓，可節(jié)能20%左右。在深夜交通流量降低時，可將路燈的端電壓降至170V~180V，路燈1h內(nèi)耗電0.55kWh左右，除去其他損耗，可節(jié)約電能近40%。在使用了路燈節(jié)能系統(tǒng)情況下，在不影響行車照明的情況下能達到如此高額的節(jié)電量將會使得人們更加地了解到節(jié)能系統(tǒng)的優(yōu)勢。

4.結(jié)語

通過加入分時控制和電壓監(jiān)控等系統(tǒng)，以及路燈節(jié)能控制的設(shè)計，使得路燈節(jié)能系統(tǒng)更加完善。城市路燈的節(jié)能高效節(jié)能不僅僅可以更加高效地利用電能達到節(jié)約能源的效果，還可以向市民們傳遞節(jié)能的理念，讓全民參與到節(jié)能中來，更加堅實地貫徹可持續(xù)發(fā)展思想。

參考文獻

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作者:蒼如意 單位:天津市電力公司路燈處