广场景观照明节能控制装置

广场景观照明节能控制装置 大连得瑞科技有限公司 薛燕祥 孙辉 王治安 摘要:本文介绍了一种以MEGA32单片机为CPU的智能化控制装置。它能够用于广场景观照明和商场照明的集中控制，输出路数可以扩展。利用电力线载波技术能够在不改变现有配电系统的基础上实现对每一盏灯的精确控制，节省大量人力物力。各种功能可以根据需要进行组合。运行可靠，一次可以设定一年中所有的节庆日，全年运行过程中不需要人工干预，既能够充分发挥景观照明的效果又能节约电能，节能效果十分显著。 关键词:节能 景观照明 电力线载波 智能化控制 一、 概述: 随着经济的发展和生活水平的提高，人们对精神生活的需求也越来越迫切，为了满足人们对于美化城市环境的要求，各地都修建了一些大型的广场，而广场景观照明就成为夜间城市亮化中不可缺少的选择，由于资源的枯竭和能源紧缺导致的价格上涨，国家和社会对于能源节约也越来越重视。广场景观灯的能源浪费问也变的更加突出。在2008年8月1日开始实施的《国务院办公厅关于深入开展全民节能行动的通知》[国办发(2008)106号]第五条规定:控制路灯和景观灯照明，在保证车辆，行人安全的前提下，合理的开启和关闭路灯，在用电高峰时段，城市景观照明、娱乐场所霓虹灯要减少用电，政府机关、公共场所应关闭不必要的夜间照明。除重大节日外，一律关闭景观照明。 现在的广场景观照明只能依靠人工来开启和关闭，不能做到统一管理和智能化运行。亮灯形式一成不变。深夜无人的时候不能及时关闭，造成电能大量浪费，同时也给广场周围的居民带来了光污染，影响居民的正常休息。为了既要发挥景观灯的美化城市的功能，有不浪费电能和人力资源，我们开发出了一种既可以用于广场景观照明，也可用于大型商场照明集中控制的智能化控制装置。 二、 装置的控制方式和特点及硬件结构 1、装置的控制方式 装置的控制方式分为电力线载波方式和集中线控方式 ? 电力线载波方式 利用先进的电力线载波技术，做到精确控制每一盏灯，不需要对广场原来的配电线路做改动，省去重新布线的麻烦，节省时间和人力物力，特别适合不是集中线控方式的广场。 ?集中线控方式 利用已有的线路，装置安装在配电柜中，对每一条线路进行控制，适合以集中线控方式控制的广场。 2、装置的特点 本装置能全年不间断运行，整个运行过程不需要人工干预，共有24路输出并具有可扩展功能，控制方式灵活，运行可靠，自身功耗比较低。 3、主要功能 ?每年可以设定最多12个节庆日，在节庆日中开启景观照明， 美化城市环境。平时不开景观照明，节省电力。 ?所有设置都能够通过上位机软件设定，通过串行接口更改装置设置 ?对景观灯进行花样控制，例如可以做成跑马灯，流水灯等效果。 ?可以利用载波技术，精确控制到每一盏灯，节电效果更加显著。 ?自动调整开、关灯时间。它能够根据当地经纬度自动计算出天黑、天亮时间。天黑时自动开启景观灯，在半夜自动关闭景观灯，天亮时自动关闭所有照明灯。 ? 在载波模式下，装置可以检测出路灯的故障状态，并将故障 灯编号上传到主机，方便维修人员查看并及时维修。 ? 每一路可单独设定开、关灯时间，最大程度上节约电能。 ? 每一路的开关状态能够通过LCD显示屏显示出来。 4、装置的硬件结构 装置的硬件结构如图1所示: ?CPU单元 CPU采用ATMEL公司的MEGA32单片机。它采用RISC精简指令集结构，功耗低，速度快。内部集成有32K字节的可重复编程的 FLASH，1K字节的EEPROM。有SPI接口，支持在线编程，工作电压范围宽，性能可靠。 ?看门狗复位电路 由一个CD4020计数器和振荡电路组成。CPU需要按时向CD4020的清零端发出清零信号，否则计数器将向CPU发出复位信 号，强制CPU复位。从而防止程序跑飞，提高可靠性 输出状态反馈 译码光电隔离输出执行复位电路译码? ?控制 ?时钟电路?共24路扩展? ?单数据按键显示? 元单元光电隔离输出执行总线 输出状态反馈 上位机 通 信 图1 ?时钟电路 采用先进的时钟芯片为装置提供系统时间数据，它功耗低，误差小。通过IIC总线方式与CPU进行通讯，通过CPU可以对时钟数据进行修改。装置掉电以后自动切换为电池供电。供电电池使用3.6V纽扣电池 ?按键显示单元 由按键和LCD显示屏组成，通过按键可以修改每一路的开关时间，设定节庆日日期，更改系统时间等。LCD显示屏可以显示系统时间、日期和各路输出的开关状态。 ?译码扩展单元 由一个或者几个(视输出路数而定)3-8译码器加上数据琐存器 74HC373组成扩展单元。对输出进行译码控制，通过74HC373进行数据琐存，从而达到输出扩展的目的。 ?光电隔离单元 由74HC373输出的信号，通过光耦对输出继电器进行驱动，并且与输出进行光电隔离，提高系统工作的可靠性和安全性。 ?输出执行单元 由继电器或者可控硅构成输出回路，并将开关状态反馈到CPU中，通过LCD显示出来。 ? 上位机通信单元 采用MAX232接口芯片，通过RS232串行口与上位机进行通信。装置向上位机发送当前设置信息，并接收上位机发出的各种指令。 三、装置的控制流程 在编写控制程序时应注意以下几点: 1、在开灯以前必须判断一下当前时间是否在可以开灯的时间区域内，防止白天因为误操作等原因开灯。 2、在整个程序中，定时向看门狗电路发出喂狗信号，防止CPU 复位 3、在设置状态下，当无按键动作超过一定时间后，系统必须自动退出设置状态。 4、对所有按键必须做软件的防抖动处理，防止误操作。 装置的程序框图如下: 上电初始化 显示时间日期 进入设置,设置 节日模式,进入节日模式 手动模式自 动, 在开灯时间内 开 灯 到关灯时间, 关 灯 显示时间日期 到第二天, 四、 上位机通讯部分 上位机采用普通微机，软件用DELPHI语言编写，实现与装置的互相通讯功能，主要实现以下功能: 1、提供一个友好的人机对话界面。 2、对装置运行的参数可以直观快捷的更改、保存。详细设置每路的开关灯时间。每路是自动还是手动运行，每年的节庆日日期设定。为了直观的显示运行参数，对每一路的参数采用格的方式显示。 3、可以对上位机与装置通信用的COM口进行选择。 4、提供软件和装置的操作，提供厂商的联系方式，便于进行产品的售后服务。 五、 结束语 本装置功能齐全，运行稳定。在电力线载波模式下，不需要对现有的配电线路进行改造。节省大量人力物力。装置的输出路数多，能够扩展，可以根据当地的天黑、天亮时间自动开启和关闭。一次设置全年的运行参数，不间断智能化运行，不需要人工干预。既能发挥景观灯的美化城市的功能，还能提高灯具的使用寿命，节能效果十分显著。 参考文献: 1、耿德根、宋建国、马潮、叶勇建编著，AVR高速嵌入式单片机原理与应用 北京航空航天大学出版社 2、范逸之、陈立元编著，Delphi与RS232串行通信控制， 清华大学出版社 3、张友德、赵志英、涂时亮编，单片微型机原理、应用与实验， 复旦大学出版社