基于單片機的節電照明控制系統

引言

目前我國電力工業(yè)發(fā)展速度很快，但是電力供應不足和用電效率低下的狀況依然比較嚴重，在今后相當一段時(shí)間內將繼續存在。推行照明節電技術(shù)，節約電能是改善電力負荷緊張狀況的主要途徑之一。我國照明用電約占總發(fā)電量的12%左右，且以低效照明為主，因此成為終端節電的主要對象之一。照明用電大都屬于峰時(shí)用電，由此可見(jiàn)，照明節電具有節約電量和緩和高峰用電的雙重作用。

工作原理

提倡照明節能，不等于降低對視覺(jué)作業(yè)的要求和降低照明質(zhì)量。照明節能的基本原則應是保證不降低工作場(chǎng)所的視覺(jué)要求，在保證照度標準和照明質(zhì)量的前提下，力求減少照明系統中的能量損失，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，降壓節電是一種切實(shí)可行的方法，不僅節約了電能，而且穩定了電壓，延長(cháng)了燈泡的使用壽命，達到了雙重意義上的節能。

根據日光燈的特性，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，等日光燈運行穩定后再降到200V、190V或180V低電壓輸出。

節電控制器的工作模式為：節電器開(kāi)始工作后，首先以滿(mǎn)電壓在預設的預熱時(shí)間段內運行；預熱時(shí)間過(guò)后，節電器的輸出電壓開(kāi)始平滑下降,直至輸出電壓降至預設的節電水平，并保持這一水平穩定運行,當節電水平設置值改變或節電控制信號斷開(kāi)，輸出電壓將改變?yōu)樾碌墓濍娝交蚧謴蜐M(mǎn)電壓輸出

硬件設計

它包括強電部分、單片機及其外圍電路、電流采樣電路、電壓采樣電路和驅動(dòng)電路等。

電氣組成

系統強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。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。

單片機及其外圍電路

單片機選用AT89C52，其內含256個(gè)字節的RAM，32條I/O線(xiàn)，3個(gè)16位定時(shí)器/計數器，且自帶8K的電擦除EEPROM，用以保存控制程序。用ADC0809作為模數轉換器，實(shí)現對電流、電壓由模擬量向數字量的轉換，時(shí)鐘是單片機的ALE經(jīng)D觸發(fā)器縮頻，控制口由P2.7、WR、RD和或非門(mén)組成的標準控制電路，結果輸出采用延時(shí)方式，延時(shí)大約為180 s。單片機的P0口與ADC0809的輸出端口連接，讀取AD轉換后的結果。

采樣電路和驅動(dòng)電路

系統根據電網(wǎng)的電壓和電流，作出相應的控制策略，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、電流電壓轉換、濾波、校準后，輸出給模數轉換器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，校準后輸出給ADC0809。

單片機輸出脈沖經(jīng)隔離、功率放大后可直接接到繼電器控制級，控制繼電器。為降低來(lái)自電網(wǎng)的干擾，由單片機I/O線(xiàn)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)。單片機的三路（P1.0~P1.2）經(jīng)三八譯碼器轉換后可得到八路控制信號，這些信號經(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

由于系統參數較多，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通訊，可以對設定參數進(jìn)行斷電保存，其片內的SPI存儲器用于存放預設節電水平值和運行時(shí)段設置值。另外它還包括一個(gè)可編程的看門(mén)狗定時(shí)器和低電壓檢測電路，能夠保護單片機可靠地運行。

軟件設計

本程序采用模塊化設計思想，以主程序為核心設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，簡(jiǎn)化了設計結構。運行過(guò)程中通過(guò)主程序調用各功能模塊子程序。

結束語(yǔ)

該節電系統設計原理新穎、硬件簡(jiǎn)單、有很好的節電效果。
實(shí)驗證明，該節電器的節電效率為25％左右，該系統不僅具有節電、延長(cháng)燈泡壽命的功能，而且能使日光燈在電壓波動(dòng)較大范圍內穩定運行。由于該系統采用了單片機控制，所以具有高的性能價(jià)格比和柔性，即可以根據實(shí)際情況變更和擴展，提高了靈活性和適應性，有利于應用和推廣。

參考文獻:

[1].AT89C52datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/AT89C52_1064535.html.
[2].ADC0809datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/ADC0809_123186.html.
[3].X5045datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/X5045_723753.html.