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摘 要

随着经济社会的发展，电力资源的消耗不断增长，电力短缺将阻碍国民经济的发展。近些年来，节能降耗成为了人们关注的焦点。

本文研究的城市道路智能路灯节能控制系统本着节能降耗、减少国家在城市照明上的费用支出的理念。该系统基于51单片机，能实现路灯自动开关、自动调光、自动检测故障。本系统将传感技术、电力电子技术与单片机技术结合起来，利用传感器得到环境中亮度和噪声信息，将信息传递给单片机以驱动继电器和可变电抗器动作，实现开、关和调光的智能控制；利用电流传感器检测流经路灯的电流，单片机接收到电流信息可及时判断是否发生故障。

本文探讨了城市道路智能路灯节能控制系统的整体构思、设计方案，对硬件设计和软件设计做了具体介绍，对系统进行了仿真，并对仿真结果进行了分析。

关键字：节能控制；单片机；传感器

Abstract

With the development of economic society, the consumption of electric power resources is increasing. The shortage of electric power will impede the development of national economy. In the past few years, energy-saving and lower consumption have become the focus of public attention.

This paper researches an energy-saving control system of urban road intelligent street lamp. It is based on the idea of energy-saving and lower consumption, bringing down the national cost of urban lighting.Based on 51 single microcomputer, the system can make street lamp switch automatically,dim automatically,detect fault automatically. This system combines sensor technology, power electronic technology and single-chip microcomputer technology, uses the sensor to get the brightness and noise information in the environment, transmits the information to the single-chip microcomputer to drive the relay and variable reactor action, and realizes the intelligent control of opening, closing and dimming; uses the electric flow sensor to detect the current flowing through the street lamp, and the single-chip microcomputer receives the current information to judge whether or not in time a failure has occurred.

The system has been simulated .This paper discusses the overall conception and project design of the system studied.At the same time, it introduces the hardware design and software design concretely. analyzes the simulation results.

Key Words: Energy-saving and control; Single chip microcomputer; Sensor

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题概述 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2课题研究的目的及意义 1

1.2课题的国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.3论文的主要研究内容 4

1.4预期目标 4

1.5本章小结 4

第2章 城市道路智能路灯节能控制系统方案设计 5

2.1系统总体框图及方案设计 5

2.2路灯规格选定 5

2.3噪声大小和路灯亮度的匹配问题 6

2.2.1噪声的等级划分 6

2.2.2噪声分贝与电压之间的关系 7

2.3路灯开关功能方案的选择 7

第3章 系统硬件设计 9

3.1传感器模块设计 9

3.1.1光电传感器模块设计 9

3.1.2噪声传感器模块设计 10

3.1.3电流传感器模块设计 12

3.2单片机模块设计 12

3.2.1晶振电路 12

3.2.2复位电路 13

3.3开关电路模块 13

3.4可变电抗器模块设计 14

3.5A/D转换模块设计 16

第4章系统软件设计 18

4.1系统总体的软件设计 18

4.1路灯开关控制的软件设计 19

4.2. 路灯自动调光功能的软件设计 19

4.2.1产生PWM波的软件设计 19

4.2.2自动调光的软件设计 21

4.3 故障检测功能的软件设计 21

第5章仿真及结果分析 23

5.1路灯自动开关功能的仿真及结果分析 23

5.2自动调光功能的仿真及结果分析 25

5.3电流检测功能的仿真及结果分析 26

第6章总结与展望 28

参考文献 29

附录A 30

附录B 32

附录C 36

致谢 37

第1章 绪论

1.1课题概述

1.1.1研究背景

今时不同往日,社会在不断进步，人们对于美好生活的向往更加强烈 ,城市化进程加快，各类能源和资源的用量也在大幅上升。现如今电力资源已越来越成为一个国家发展的决定性力量。路灯作为城市夜晚的守护者是城市道路必不可少的公共设施，离开道路照明，城市交通就无法顺利运行，人民的生命安全和社会的长治久安难以得到保^[1]。为使城市路灯既能可靠工作又能达到节能的目的，节能路灯应运而生。目前使用较多的节能路灯主要是太阳能路灯和LED 路灯。太阳能路灯虽然不需要电网供电，很大程度上节约了电能，但存在着成本高且可靠性差、在城市中采光不充分等缺陷，大多应用在新农村的建设中，而城市路灯依然大规模靠电网供电，国家财政费用支出中路灯照明超过1000亿元。

传统的“全夜灯”照明方式是现阶段我国大部分地区仍在采用的,这种照明方式很明显存在着两方面的弊端。一是，浪费电力资源。午夜过后，路上的车辆和行人凤毛麟角，实在没必要让路灯太亮；二是,在后半夜应该降低路灯的照度,以避免影响居民的晚间休息，但是由于后半夜是用电低谷期,电力系统电压升高,路灯反而更亮了，这不仅造成能源浪费,还大大影响了设备和灯具的使用寿命^[2]。每年都有大量的路灯因此损坏，以高压钠灯来说，长期的过压使用将致使其工作时间由原本设计的三年减少到一年左右，造成了材料的浪费。除了存在电能的大量消耗和灯具、设备使用寿命的缩短两个弊端之外，传统路灯的管理和维护主要采用工人巡检的方式，增加了管理部门的工作量和运行维护的成本。同时传统路灯维修难度太大，很多路灯一旦出现故障就直接淘汰，重新更换新的路灯，造成了人力财力的浪费^[3]。

在这样的情况下，提高路灯照明系统的管理水平符合客观需要，在满足道路照明的同时实现智能化控制是未来城市路灯发展的方向，也有利于缓解城市电力资源源紧张的现状。

1.1.2课题研究的目的及意义

在上节所述的背景下，本课题的研究目的在于设计一款城市道路智能路灯节能控制系统以弥补现阶段路灯照明方式存在的缺陷。课题的研究意义在于：第一，节约电力资源；第二，提高路灯照明系统管理水平，以节省人力财力；第三，避免灯具长时间工作、超压工作带来的损伤，延长灯具和设备的使用寿命。

1.2课题的国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

国外从很早以前就开始关注路灯照明节能问题，并采取了一系列措施。

不论是国内还是国外，最初的照明节能方案与“智能”都没有太大关系，国外早期将解决照明节能问题的重心放在了镇流器的性能上，如欧共体、美国都曾这样做。他们通过推出一系列举措，颁布一系列条例，鼓励企业提高镇流器的能效，鼓励使用市面上更新换代的镇流器^[4]。

日本曾进行过“隔栈点灯”的试验,顾名思义就是“隔一亮一”。结果严重影响了生产效率和生活质量，社会的长治久安受到了威胁，犯罪率提高，还导致了道路交通事故的频发,最后这一方案被废弃了^[5]。我们应该知道，牺牲照明质量来换取电能的节约这种做法并不明智，没有分清主次，无论何时都要以人为本，照明质量始终是要放在第一位的。

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