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摘要：在城市发展过程中，城市灯光工程得到不断的完善与美化，但照明系统负荷越来越大，电费开支惊人，因此降低线路及灯具的电能损耗，节省电费开支成为相关部门、社会人士关注的重要课题。低碳、节能、环保是城市可持续发展的重要保障，因而，基于单片机控制的智能路灯节电器的问世，基本解决灯光系统的高能耗问题。
关键词：照明系统；节能；单片机
中图分类号：TM92
文献标识码：A
文章编号：1671-7597(2011)0120058-01
1 概述
在城市照明系统中，照明电负荷不可能保持固定不变，它在一昼夜内或一年内均随时间变化，特别在深夜时电压很高，往往远超出国家电压偏移标准。对大多数照明器具，电压升高5％-10％，寿命减半，而电压降低5％-10％，发光效率无明显变化，但却可以节省10％至30％的电能。智能路灯节电装置就是为节省照明系统的電能而设计的一种装置。它应用了先进的单片机技术，可以智能动态调压，并对电网无谐波污染，是一种低碳、节能、环保的装置。
2 工作原理
根据路灯灯具的特性，节电系统在起动路灯灯具时先输出较高的启动电压(即全压起动)，通过5分钟的灯具预热，使灯具正常起动，再根据道路照明需要，通过投切变压器线圈抽头来调整灯具需要的最佳工作电压，达到节能目的。
路灯节电系统主要由主控制器，SCR驱动器，电气主控电路组成。首先，节电系统将采集到的电网信号转换成单片机能识为的数字信号后，系统能实时监控并显示电网的电参数，将灯具最佳工作电压上限值与系统电压的波动变化值的比较，通过SCR及调压器触头切换调整输出，使灯具需要的最佳功耗与供给的能耗精确匹配，从而达到真正节能的目的。系统硬件电路各部分分别介绍如下。
2.1 主控制器
单片机是主控制器的核心，其的好坏影响着整个节电系统的效果。因而，选用Atmel公司的8位ATmega8微控制器，它采用先进的RISC结构，工作于16MHz时性能高达16MIPS。带8K字节的片内可编程flash，1K字节SRAM，512字节的EEPROM，8路10位ADC口，23个可编程I／O口，完全满足系统控制需要。
主控制器按功能可分为电源电路、数据采集电路、故障检测、LED数码管显示电路、通讯接口电路、SCR驱动信号输出等。
1)电源电路采用AC／DC专用模块FASIO供电方式，保证了电源的安全、可靠。由市电220VAC通过FASIO直接转换成正5v电源供电给主控制板电路，每个供电口均加了大电容滤波，保证了电源质量。
2)数据采集电路这里要把强电信号转换为弱信号，出于系统可靠性与安全性考虑，采用AC／DC专用隔离模块TV2033。TV2033是一个专用电力电参数测量的隔离模块，输出的信号是单片机能识别的O至5v电压。另外，信号进入单片机ADO前还要接电压跟随器，以隔离ADO，保证信号的准确及进一步安全隔离。
3)故障检测系统具有强大的过流、过温、主控电路故障等保护系统，采用市电(旁路)、节电双回路设计。当检测到信号超过限值时，节电器发出故障报警信号，系统自动切换到旁路回路。
4)LED数码管显示电路为了实现全电量参数及抽头档位的监测和显示，数据窗口由6个共阳级数码管组成，对其控制是通过8279电路来实现的。选用两片74LS244作为电流驱动芯片为数码管提供驱动电流。利用8279的SLO作为74L8244的片选信号，SLI-SL3作为片选信号选通一组数码管，当sL0-SL3不停变化时，就实现了所有数码管的分时显示。另外，由于6个数码管不能显示全部的电网电参数，单片机外围带有4个按键电路，实现了参数的分页显示。
5)通讯接口电路为了实现计时节电，如在深夜时将照明电压调低，系统必需要知道当前的时间，于是采用串口通讯，与外围的时控模块通信。其是通过MAX232实现的。为了抗干扰，保证通讯接口可靠运行，一些措施抗干扰是必要的，如通讯芯片的供电要单独供电，接地与主控制板接地隔离，通讯线一定要使用屏蔽线等。
6)SCR驱动信号输出电路达林顿管将二只三极管适当的连接在一起，以组成一只等效的新的三极管，这等效于三极管的放大倍数是二者之积。因而，采用达林顿驱动模块芯片ULN2003可以满足SCR驱动信号的抗干扰、安全、可靠等要求。
2.2 SCR驱动电路
为触发SCR开通，门极脉冲电流必须有足够大的幅度和持续时间，以及尽可能短的电流上升时间。因而，其驱动电路采用常用的脉冲变压器脉冲触发，并采用双向晶阐管投切，磁性抽头实现无触点导通，其切换迅速，切换时间小于10ms，切换时不会给灯具带来任何影响；
2.3 电气主控电路
系统采用了市电(旁路)、节电双回路设计，满足了系统出现故障时，能自动旁路，保证了灯具不会因系统故障而出现损坏现象。节电系统中加上了时控模快，能实时计时，从而根据电网用电高峰和低谷的实际情况，实时输送给灯具需要的稳定电压；一般来说，电网低谷在夜晚10点以后，此时的电压也一般较大，达到240V以上，因此，此时的节电效果显著。具体如下图所示。
3 软件设计
ATmega8是AVR系列单片机中的一种，其是使用Atmel公司的AVRStudioIDE开发设计的，支持c／c＋＋语言。首先，对ADO的采样数据要求准确、可靠，而节电器工作于室外，并有数字高频的干扰，因此，在AD采样中断时加入软件信号滤波是非常必要的。在这里，采用防脉冲干扰平均滤波法，既连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算N-2个数据的算术平均值，将最后算出的值作为计算数据。最后，将此数据与灯具最佳工作电压作比较，决定投切哪个升压或降压抽头。
4 结论
智能路灯节电器应用了先进的计算机、单片机、通讯等技术，做到了低成本、高性能，而且操作简便，维护方便，一次设定，无需人为频繁调整，适用于各种照明灯具及气体放电照明灯具的节电控制。节电效果显著，节电率可达15％-30％。为实现城市照明系统的节能目标有着广泛的应用前景，如可应用于超市、展览馆、游乐场、大卖场、码头、机场、公路、车站、公园、小区、广告灯箱、车库等照明场所。
参考文献：
[1]王兆安、黄俊，电力电子技术，北京：机械工业出版社，2000，15-35.
[2]吴希再、熊信银、张国强，电力工程，武汉：华中科技大学出版社，1977，12-16.
[3]康华光，电子技术基础，北京：高等教育出版社，1999，277-287，
[4]郁文工作室，嵌入式c语言程序设计，北京：人民邮电出版社，2006，228-235.
关键词：照明系统；节能；单片机
中图分类号：TM92
文献标识码：A
文章编号：1671-7597(2011)0120058-01
1 概述
在城市照明系统中，照明电负荷不可能保持固定不变，它在一昼夜内或一年内均随时间变化，特别在深夜时电压很高，往往远超出国家电压偏移标准。对大多数照明器具，电压升高5％-10％，寿命减半，而电压降低5％-10％，发光效率无明显变化，但却可以节省10％至30％的电能。智能路灯节电装置就是为节省照明系统的電能而设计的一种装置。它应用了先进的单片机技术，可以智能动态调压，并对电网无谐波污染，是一种低碳、节能、环保的装置。
2 工作原理
根据路灯灯具的特性，节电系统在起动路灯灯具时先输出较高的启动电压(即全压起动)，通过5分钟的灯具预热，使灯具正常起动，再根据道路照明需要，通过投切变压器线圈抽头来调整灯具需要的最佳工作电压，达到节能目的。
路灯节电系统主要由主控制器，SCR驱动器，电气主控电路组成。首先，节电系统将采集到的电网信号转换成单片机能识为的数字信号后，系统能实时监控并显示电网的电参数，将灯具最佳工作电压上限值与系统电压的波动变化值的比较，通过SCR及调压器触头切换调整输出，使灯具需要的最佳功耗与供给的能耗精确匹配，从而达到真正节能的目的。系统硬件电路各部分分别介绍如下。
2.1 主控制器
单片机是主控制器的核心，其的好坏影响着整个节电系统的效果。因而，选用Atmel公司的8位ATmega8微控制器，它采用先进的RISC结构，工作于16MHz时性能高达16MIPS。带8K字节的片内可编程flash，1K字节SRAM，512字节的EEPROM，8路10位ADC口，23个可编程I／O口，完全满足系统控制需要。
主控制器按功能可分为电源电路、数据采集电路、故障检测、LED数码管显示电路、通讯接口电路、SCR驱动信号输出等。
1)电源电路采用AC／DC专用模块FASIO供电方式，保证了电源的安全、可靠。由市电220VAC通过FASIO直接转换成正5v电源供电给主控制板电路，每个供电口均加了大电容滤波，保证了电源质量。
2)数据采集电路这里要把强电信号转换为弱信号，出于系统可靠性与安全性考虑，采用AC／DC专用隔离模块TV2033。TV2033是一个专用电力电参数测量的隔离模块，输出的信号是单片机能识别的O至5v电压。另外，信号进入单片机ADO前还要接电压跟随器，以隔离ADO，保证信号的准确及进一步安全隔离。
3)故障检测系统具有强大的过流、过温、主控电路故障等保护系统，采用市电(旁路)、节电双回路设计。当检测到信号超过限值时，节电器发出故障报警信号，系统自动切换到旁路回路。
4)LED数码管显示电路为了实现全电量参数及抽头档位的监测和显示，数据窗口由6个共阳级数码管组成，对其控制是通过8279电路来实现的。选用两片74LS244作为电流驱动芯片为数码管提供驱动电流。利用8279的SLO作为74L8244的片选信号，SLI-SL3作为片选信号选通一组数码管，当sL0-SL3不停变化时，就实现了所有数码管的分时显示。另外，由于6个数码管不能显示全部的电网电参数，单片机外围带有4个按键电路，实现了参数的分页显示。
5)通讯接口电路为了实现计时节电，如在深夜时将照明电压调低，系统必需要知道当前的时间，于是采用串口通讯，与外围的时控模块通信。其是通过MAX232实现的。为了抗干扰，保证通讯接口可靠运行，一些措施抗干扰是必要的，如通讯芯片的供电要单独供电，接地与主控制板接地隔离，通讯线一定要使用屏蔽线等。
6)SCR驱动信号输出电路达林顿管将二只三极管适当的连接在一起，以组成一只等效的新的三极管，这等效于三极管的放大倍数是二者之积。因而，采用达林顿驱动模块芯片ULN2003可以满足SCR驱动信号的抗干扰、安全、可靠等要求。
2.2 SCR驱动电路
为触发SCR开通，门极脉冲电流必须有足够大的幅度和持续时间，以及尽可能短的电流上升时间。因而，其驱动电路采用常用的脉冲变压器脉冲触发，并采用双向晶阐管投切，磁性抽头实现无触点导通，其切换迅速，切换时间小于10ms，切换时不会给灯具带来任何影响；
2.3 电气主控电路
系统采用了市电(旁路)、节电双回路设计，满足了系统出现故障时，能自动旁路，保证了灯具不会因系统故障而出现损坏现象。节电系统中加上了时控模快，能实时计时，从而根据电网用电高峰和低谷的实际情况，实时输送给灯具需要的稳定电压；一般来说，电网低谷在夜晚10点以后，此时的电压也一般较大，达到240V以上，因此，此时的节电效果显著。具体如下图所示。
3 软件设计
ATmega8是AVR系列单片机中的一种，其是使用Atmel公司的AVRStudioIDE开发设计的，支持c／c＋＋语言。首先，对ADO的采样数据要求准确、可靠，而节电器工作于室外，并有数字高频的干扰，因此，在AD采样中断时加入软件信号滤波是非常必要的。在这里，采用防脉冲干扰平均滤波法，既连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算N-2个数据的算术平均值，将最后算出的值作为计算数据。最后，将此数据与灯具最佳工作电压作比较，决定投切哪个升压或降压抽头。
4 结论
智能路灯节电器应用了先进的计算机、单片机、通讯等技术，做到了低成本、高性能，而且操作简便，维护方便，一次设定，无需人为频繁调整，适用于各种照明灯具及气体放电照明灯具的节电控制。节电效果显著，节电率可达15％-30％。为实现城市照明系统的节能目标有着广泛的应用前景，如可应用于超市、展览馆、游乐场、大卖场、码头、机场、公路、车站、公园、小区、广告灯箱、车库等照明场所。
参考文献：
[1]王兆安、黄俊，电力电子技术，北京：机械工业出版社，2000，15-35.
[2]吴希再、熊信银、张国强，电力工程，武汉：华中科技大学出版社，1977，12-16.
[3]康华光，电子技术基础，北京：高等教育出版社，1999，277-287，
[4]郁文工作室，嵌入式c语言程序设计，北京：人民邮电出版社，2006，228-235.