基于單片機(jī)的節(jié)電照明控制系統(tǒng)

引言

目前我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展速度很快，但是電力供應(yīng)不足和用電效率低下的狀況依然比較嚴(yán)重，在今后相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)將繼續(xù)存在。推行照明節(jié)電技術(shù)，節(jié)約電能是改善電力負(fù)荷緊張狀況的主要途徑之一。我國(guó)照明用電約占總發(fā)電量的12%左右，且以低效照明為主，因此成為終端節(jié)電的主要對(duì)象之一。照明用電大都屬于峰時(shí)用電，由此可見，照明節(jié)電具有節(jié)約電量和緩和高峰用電的雙重作用。

工作原理

提倡照明節(jié)能，不等于降低對(duì)視覺(jué)作業(yè)的要求和降低照明質(zhì)量。照明節(jié)能的基本原則應(yīng)是保證不降低工作場(chǎng)所的視覺(jué)要求，在保證照度標(biāo)準(zhǔn)和照明質(zhì)量的前提下，力求減少照明系統(tǒng)中的能量損失，最有效地利用電能。

燈泡的使用壽命與電壓的關(guān)系如下：

按上例100W燈泡額定使用壽命3000小時(shí)，實(shí)際使用壽命為：
式中：

P――燈源實(shí)際消耗的功率W
PN――燈源額定電壓時(shí)消耗的功率W
V――燈源實(shí)際運(yùn)行電壓V
VN――燈源額定電壓V
H――燈源實(shí)際使用壽命
HN――燈源額定使用壽命

從上述可知，降壓節(jié)電是一種切實(shí)可行的方法，不僅節(jié)約了電能，而且穩(wěn)定了電壓，延長(zhǎng)了燈泡的使用壽命，達(dá)到了雙重意義上的節(jié)能。

根據(jù)日光燈的特性，在啟動(dòng)時(shí)需要瞬時(shí)高壓才能發(fā)光，啟動(dòng)后僅需要較低的電壓就可以維持。節(jié)電控制器便是利用日光燈的這個(gè)特性，在電網(wǎng)上電初始階段，以220V電壓輸出，等日光燈運(yùn)行穩(wěn)定后再降到200V、190V或180V低電壓輸出。

節(jié)電控制器的工作模式為：節(jié)電器開始工作后，首先以滿電壓在預(yù)設(shè)的預(yù)熱時(shí)間段內(nèi)運(yùn)行；預(yù)熱時(shí)間過(guò)后，節(jié)電器的輸出電壓開始平滑下降,直至輸出電壓降至預(yù)設(shè)的節(jié)電水平，并保持這一水平穩(wěn)定運(yùn)行,當(dāng)節(jié)電水平設(shè)置值改變或節(jié)電控制信號(hào)斷開，輸出電壓將改變?yōu)樾碌墓?jié)電水平或恢復(fù)滿電壓輸出

硬件設(shè)計(jì)

它包括強(qiáng)電部分、單片機(jī)及其外圍電路、電流采樣電路、電壓采樣電路和驅(qū)動(dòng)電路等。

電氣組成

系統(tǒng)強(qiáng)電部分有一三抽頭變壓器，輸入交流220V，輸出分別為200V、190V、180V，再加上220V，一共四級(jí)。分別由繼電器J2、J3、J4和J1控制?？赏ㄟ^(guò)控制閉合特定的繼電器，達(dá)到控制輸出電壓的目的。繼電器J5聯(lián)接限流器接在變壓器兩頭。電流過(guò)大時(shí)，繼電器J5閉合分流，從而使流過(guò)變壓器的電流不至于過(guò)大。

單片機(jī)及其外圍電路

單片機(jī)選用AT89C52，其內(nèi)含256個(gè)字節(jié)的RAM，32條I/O線，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，且自帶8K的電擦除EEPROM，用以保存控制程序。用ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流、電壓由模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘是單片機(jī)的ALE經(jīng)D觸發(fā)器縮頻，控制口由P2.7、WR、RD和或非門組成的標(biāo)準(zhǔn)控制電路，結(jié)果輸出采用延時(shí)方式，延時(shí)大約為180 s。單片機(jī)的P0口與ADC0809的輸出端口連接，讀取AD轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。

采樣電路和驅(qū)動(dòng)電路

系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)的電壓和電流，作出相應(yīng)的控制策略，所以采樣是必不可少的。用電流互感器作為電流檢測(cè)元件，它能夠反映主電路中的電流，并能將控制電路與主電路隔離，提高安全性，降低干擾?；ジ衅髦械碾娏鹘?jīng)過(guò)整流、電流電壓轉(zhuǎn)換、濾波、校準(zhǔn)后，輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809。

電壓采樣通過(guò)變壓器采集電網(wǎng)電壓，變壓器也具有隔離作用，采集到的電壓經(jīng)過(guò)整流、濾波，校準(zhǔn)后輸出給ADC0809。

單片機(jī)輸出脈沖經(jīng)隔離、功率放大后可直接接到繼電器控制級(jí)，控制繼電器。為降低來(lái)自電網(wǎng)的干擾，由單片機(jī)I/O線產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖，必須經(jīng)隔離后送至繼電器的控制電路中。繼電器J1~J4工作時(shí)，在同一時(shí)刻最多只有一個(gè)繼電器閉合，所以共有八種狀態(tài)。單片機(jī)的三路（P1.0~P1.2）經(jīng)三八譯碼器轉(zhuǎn)換后可得到八路控制信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)放大后用于控制繼電器動(dòng)作。不需要繼電器動(dòng)作時(shí)，可由P1.3關(guān)閉三八譯碼器的輸出。

X5045

由于系統(tǒng)參數(shù)較多，所以選用一片X5045，它含有512個(gè)8位EEPROM，以串行方式與單片機(jī)通訊，可以對(duì)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行斷電保存，其片內(nèi)的SPI存儲(chǔ)器用于存放預(yù)設(shè)節(jié)電水平值和運(yùn)行時(shí)段設(shè)置值。另外它還包括一個(gè)可編程的看門狗定時(shí)器和低電壓檢測(cè)電路，能夠保護(hù)單片機(jī)可靠地運(yùn)行。

軟件設(shè)計(jì)

本程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想，以主程序?yàn)楹诵脑O(shè)置了很多功能模塊子程序，使大量的功能在子程序中實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)主程序調(diào)用各功能模塊子程序。

結(jié)束語(yǔ)

該節(jié)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理新穎、硬件簡(jiǎn)單、有很好的節(jié)電效果。
實(shí)驗(yàn)證明，該節(jié)電器的節(jié)電效率為25％左右，該系統(tǒng)不僅具有節(jié)電、延長(zhǎng)燈泡壽命的功能，而且能使日光燈在電壓波動(dòng)較大范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。由于該系統(tǒng)采用了單片機(jī)控制，所以具有高的性能價(jià)格比和柔性，即可以根據(jù)實(shí)際情況變更和擴(kuò)展，提高了靈活性和適應(yīng)性，有利于應(yīng)用和推廣。

參考文獻(xiàn):

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