智能光控時(shí)控戶外燈的節(jié)能控制裝置研究

俞臨兵

摘要：隨著城市的發(fā)展，戶外燈的作用也愈發(fā)突出，在綠色環(huán)保理念的影響下，光控時(shí)控技術(shù)也逐漸應(yīng)用到戶外燈中，其智能化程度越來(lái)越高。智能節(jié)能控制其便是在這種條件下研發(fā)出來(lái)的，能夠解決戶外燈的能源消耗問(wèn)題，通過(guò)光控與時(shí)控的方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停、智能調(diào)壓，以提升戶外燈的用電效率。本文便從節(jié)能控制裝置的控制器設(shè)計(jì)、功率變換單元設(shè)計(jì)以及智能控制策略等三個(gè)方面入手，對(duì)節(jié)能控制裝置進(jìn)行簡(jiǎn)要研究。

關(guān)鍵詞：智能戶外燈；光控時(shí)控；節(jié)能控制

現(xiàn)階段，我國(guó)很多城市中戶外燈的照明方式仍然為“全夜燈”，這種方式不僅浪費(fèi)能源，還會(huì)產(chǎn)生光源污染，而且長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行會(huì)嚴(yán)重浪費(fèi)材料，提升維護(hù)成本。所以，需要對(duì)戶外燈設(shè)置節(jié)能控制裝置，以降低設(shè)備電壓、改善用電功率、便于維護(hù)管理、節(jié)約設(shè)備耗能。而智能節(jié)能控制裝置，便可以有效解決這一問(wèn)題。

一、裝置控制器設(shè)計(jì)

智能節(jié)能控制裝置中的硬件主要包括光敏傳感器、聲音傳感器、單片機(jī)、轉(zhuǎn)換器、出發(fā)裝置等。聲音信號(hào)和光信號(hào)在進(jìn)入到傳感器中以后，會(huì)被轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，之后經(jīng)由放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，以此作為戶外燈的觸發(fā)信號(hào)。對(duì)于裝置控制器來(lái)說(shuō)，其核心為微處理器，系統(tǒng)中主要包含了單片機(jī)、電壓控制裝置以及相關(guān)電路，微控制器可以選擇AT89S52，該設(shè)備具有很強(qiáng)的兼容性，而且數(shù)據(jù)可以快速重復(fù)編寫(xiě)與擦除，保護(hù)等級(jí)較高，另外，該設(shè)備在編程過(guò)程中可以不依托于外部線路便能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)序與電壓的編寫(xiě)，可以對(duì)一年以內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢[1]。

在AT89S52中，其所包含的RAM一共有256個(gè)字節(jié)，但在實(shí)際使用過(guò)程中，只有128個(gè)字節(jié)能夠真正意義上被用戶所用，其他字節(jié)用于服務(wù)特殊寄存、在整個(gè)芯片中，定時(shí)器也是不可或缺的，在本文所述系統(tǒng)中，定時(shí)器的個(gè)數(shù)有三個(gè)，其中一個(gè)用于計(jì)時(shí)，一個(gè)作為波特率發(fā)生器。單片機(jī)的使用使得整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可以保持比較高的穩(wěn)定性，可以進(jìn)行在線編程，有利于后期對(duì)裝置的調(diào)試。另外，單片機(jī)還能夠?yàn)榭刂茟?yīng)用的運(yùn)行提供條件，使其更加運(yùn)行更加靈活。

二、功率變換單元設(shè)計(jì)

智能節(jié)能控制裝置中的功率單元依托于晶閘管，主要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)導(dǎo)通角的控制，進(jìn)而達(dá)到改變戶外燈電壓的最終目的。在本文所述系統(tǒng)中，功率變換單元的主電路為全控整流橋，該裝置內(nèi)部含有六個(gè)晶閘管，通過(guò)整流器件該轉(zhuǎn)換電流，而可控硅觸發(fā)角是左右電壓大小的關(guān)鍵。現(xiàn)階段，三相橋式電路是使用比較普遍的一種整流電路，該電路的連接方式分為共陰極組與共陽(yáng)極組，兩者分別擁有三個(gè)晶閘管，且導(dǎo)通順序一般按照從大到小排列。

該整流電路的特點(diǎn)如下：第一，在任何一個(gè)時(shí)刻中，都需要通過(guò)兩個(gè)晶閘管一起進(jìn)行疏導(dǎo)，以組成設(shè)備所需的運(yùn)行回路，兩個(gè)晶閘管不能是同一相中的，需要共陰極組與共陽(yáng)極組各一個(gè)。第二，想要觸發(fā)脈沖，需要滿足以下要求，首先，晶閘管需要按順序依次脈沖，每個(gè)晶閘管之間的脈沖差為60；其次，共陰極組中的三個(gè)晶閘管與共陽(yáng)極組中的三個(gè)晶閘管，兩兩之間的脈沖差為120；最后，對(duì)于同一相來(lái)說(shuō)，上下橋臂的脈沖差為180[2]。一般情況下，整流電路在輸出電壓的過(guò)程中，需要進(jìn)行六次脈動(dòng)，而且每一次的波形都保持一致。第三，在合閘啟動(dòng)時(shí)，整流電路中的電流可能會(huì)發(fā)生一定程度上的斷續(xù)，在這種情況，為了保證整流電路的正常運(yùn)行，一定要確保兩個(gè)晶閘管的脈沖能夠同時(shí)被觸發(fā)。為了確保這一點(diǎn)，可以運(yùn)用的方法有兩種，其一，寬脈沖，讓脈沖始終保持在60以上；其二，雙脈沖，在觸發(fā)晶閘管的過(guò)程中，向前一個(gè)晶閘管中補(bǔ)發(fā)脈沖，使兩者替代寬脈沖。

三、智能控制策略

在節(jié)能控制裝置中，不存在管理中心，所以，照明控制裝置需要以控制策略為依托，自動(dòng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行照明。在本文所述系統(tǒng)中，控制策略主要選用的是手動(dòng)控制、時(shí)間控制、環(huán)境控制三者相結(jié)合的方式，三者的優(yōu)先級(jí)如下：手動(dòng)控制最高，在進(jìn)行手動(dòng)控制的過(guò)程中，其他兩者都會(huì)被屏蔽；時(shí)間控制次之，在時(shí)控有限期內(nèi)，環(huán)境控制被屏蔽；環(huán)境控制最低，在時(shí)控有效期外，運(yùn)用環(huán)境控制。

（一）時(shí)間控制策略

在本文所述系統(tǒng)中，時(shí)間控制策略主要包括兩方面，分別為開(kāi)關(guān)燈控制與夜間分段調(diào)光控制。通過(guò)這兩種控制方式，不僅可以取得很好的節(jié)能效果，還能夠改善照明質(zhì)量。前者主要通過(guò)對(duì)日照曲線的模擬來(lái)確定，任何一個(gè)城市都有其自身獨(dú)特的日照曲線，因此，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，對(duì)日照曲線進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，從而確定出更加精準(zhǔn)的開(kāi)關(guān)燈時(shí)間[3]。后者主要依托于夜間道路的交通流量進(jìn)行確定，對(duì)于一條城市道路來(lái)說(shuō)，夜間的交通流量會(huì)發(fā)生變化，但一般情況下，一段時(shí)間內(nèi)的流量變化并不大，所以，可以根據(jù)季節(jié)來(lái)劃分照明周期，并在每個(gè)照明周期中設(shè)置若干個(gè)照明場(chǎng)景，分別設(shè)置調(diào)光與開(kāi)關(guān)燈時(shí)間。如前半夜道路上的行人較多，則場(chǎng)景亮度較高；后半夜道路上的行人減少，則需要切換到亮度較低的場(chǎng)景，在保證照明的基礎(chǔ)上，達(dá)到節(jié)能目的。

（二）組群控制策略

以載波通信為基礎(chǔ)，領(lǐng)域中已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單燈低成本檢測(cè)，與此同時(shí)，對(duì)戶外燈的控制方式也更加多樣。即便在同一路段中，戶外燈所處的位置也會(huì)改變其照明控制要求，而所謂組群控制，就是對(duì)于比較特殊的戶外燈，要根據(jù)其實(shí)際情況，對(duì)照明場(chǎng)景進(jìn)行有針對(duì)性的控制，從而保證在節(jié)能的基礎(chǔ)上降低光污染。從根本上講，組群控制需要依托于通信協(xié)議，其數(shù)據(jù)幀格式包括數(shù)據(jù)報(bào)頭、控制類型、起止地址以及作用范圍等，單燈智能控制器的不同組合，可以讓組群控制更加豐富。

（三）環(huán)境控制策略

環(huán)境控制指的是智能照明系統(tǒng)可以以天氣、交通等情況為基礎(chǔ)，智能選擇相應(yīng)的照明控制措施，從而提升節(jié)能效果。如果天氣變化異常，戶外燈周圍的環(huán)境亮度也會(huì)發(fā)生變化，而照度輔助控制便能夠改變戶外燈的開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，為了確保系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，在采集戶外燈周圍環(huán)境照度的過(guò)程中，需要通過(guò)軟件濾波來(lái)過(guò)濾掉如閃電之類的照度干擾[4]。另外，為了使照明控制更加的人性化，交通流量變化也是需要考慮的重要因素，特別是在節(jié)假日、上下班高峰等時(shí)段，交通流量的變化會(huì)相對(duì)明顯，需要根據(jù)實(shí)際流量，進(jìn)行有針對(duì)性的對(duì)采集周期進(jìn)行控制與調(diào)整。

綜上所述，智能戶外燈節(jié)能控制裝置的智能化程度較高，能夠通過(guò)光控與時(shí)控來(lái)選擇相應(yīng)的控制方式，具有很強(qiáng)的可靠性，單片機(jī)芯片選用的是AT89S52，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)調(diào)光與照度的有效控制，功率變換單元所選用的是整流電路，由六個(gè)晶閘管組成，通過(guò)寬脈沖與雙脈沖的方式，能夠避免電流斷續(xù)。智能節(jié)能裝置還具有成本較低、維護(hù)便捷、操作簡(jiǎn)單等多方面優(yōu)勢(shì)，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)方面看，還是從技術(shù)方面看，其未來(lái)的發(fā)展與應(yīng)用前景都非常廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]甘本鑫，徐少明，蘇紅艷等.基于單片機(jī)的LED路燈模擬控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，03：205—207.

[2]安雙利，錢銳，陸翔宇等.基于單片機(jī)智能控制的路燈節(jié)能系統(tǒng)的研制[J].上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，01：49—53.

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[4]陳鳳賢，胥布工，湯玉峰等.基于多智能體技術(shù)的智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與儀表，2012，12：30—33.