智能光控時控戶外燈的節(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，光控時控技術也逐漸應用到戶外燈中，其智能化程度越來越高。智能節(jié)能控制其便是在這種條件下研發(fā)出來的，能夠解決戶外燈的能源消耗問題，通過光控與時控的方式，實現(xiàn)自動啟停、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計、功率變換單元設計以及智能控制策略等三個方面入手，對節(jié)能控制裝置進行簡要研究。

關鍵詞：智能戶外燈；光控時控；節(jié)能控制

現(xiàn)階段，我國很多城市中戶外燈的照明方式仍然為“全夜燈”，這種方式不僅浪費能源，還會產(chǎn)生光源污染，而且長時間的運行會嚴重浪費材料，提升維護成本。所以，需要對戶外燈設置節(jié)能控制裝置，以降低設備電壓、改善用電功率、便于維護管理、節(jié)約設備耗能。而智能節(jié)能控制裝置，便可以有效解決這一問題。

一、裝置控制器設計

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、轉換器、出發(fā)裝置等。聲音信號和光信號在進入到傳感器中以后，會被轉化成電信號，之后經(jīng)由放大器對信號進行放大，以此作為戶外燈的觸發(fā)信號。對于裝置控制器來說，其核心為微處理器，系統(tǒng)中主要包含了單片機、電壓控制裝置以及相關電路，微控制器可以選擇AT89S52，該設備具有很強的兼容性，而且數(shù)據(jù)可以快速重復編寫與擦除，保護等級較高，另外，該設備在編程過程中可以不依托于外部線路便能夠?qū)崿F(xiàn)時序與電壓的編寫，可以對一年以內(nèi)的數(shù)據(jù)進行查詢[1]。

在AT89S52中，其所包含的RAM一共有256個字節(jié)，但在實際使用過程中，只有128個字節(jié)能夠真正意義上被用戶所用，其他字節(jié)用于服務特殊寄存、在整個芯片中，定時器也是不可或缺的，在本文所述系統(tǒng)中，定時器的個數(shù)有三個，其中一個用于計時，一個作為波特率發(fā)生器。單片機的使用使得整個系統(tǒng)在運行過程中可以保持比較高的穩(wěn)定性，可以進行在線編程，有利于后期對裝置的調(diào)試。另外，單片機還能夠為控制應用的運行提供條件，使其更加運行更加靈活。

二、功率變換單元設計

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)對導通角的控制，進而達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)部含有六個晶閘管，通過整流器件該轉換電流，而可控硅觸發(fā)角是左右電壓大小的關鍵?，F(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極組，兩者分別擁有三個晶閘管，且導通順序一般按照從大到小排列。

該整流電路的特點如下：第一，在任何一個時刻中，都需要通過兩個晶閘管一起進行疏導，以組成設備所需的運行回路，兩個晶閘管不能是同一相中的，需要共陰極組與共陽極組各一個。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，每個晶閘管之間的脈沖差為60；其次，共陰極組中的三個晶閘管與共陽極組中的三個晶閘管，兩兩之間的脈沖差為120；最后，對于同一相來說，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程中，需要進行六次脈動，而且每一次的波形都保持一致。第三，在合閘啟動時，整流電路中的電流可能會發(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行，一定要確保兩個晶閘管的脈沖能夠同時被觸發(fā)。為了確保這一點，可以運用的方法有兩種，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)晶閘管的過程中，向前一個晶閘管中補發(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，自動對現(xiàn)場進行照明。在本文所述系統(tǒng)中，控制策略主要選用的是手動控制、時間控制、環(huán)境控制三者相結合的方式，三者的優(yōu)先級如下：手動控制最高，在進行手動控制的過程中，其他兩者都會被屏蔽；時間控制次之，在時控有限期內(nèi)，環(huán)境控制被屏蔽；環(huán)境控制最低，在時控有效期外，運用環(huán)境控制。

（一）時間控制策略

在本文所述系統(tǒng)中，時間控制策略主要包括兩方面，分別為開關燈控制與夜間分段調(diào)光控制。通過這兩種控制方式，不僅可以取得很好的節(jié)能效果，還能夠改善照明質(zhì)量。前者主要通過對日照曲線的模擬來確定，任何一個城市都有其自身獨特的日照曲線，因此，需要根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況，對日照曲線進行準確計算，從而確定出更加精準的開關燈時間[3]。后者主要依托于夜間道路的交通流量進行確定，對于一條城市道路來說，夜間的交通流量會發(fā)生變化，但一般情況下，一段時間內(nèi)的流量變化并不大，所以，可以根據(jù)季節(jié)來劃分照明周期，并在每個照明周期中設置若干個照明場景，分別設置調(diào)光與開關燈時間。如前半夜道路上的行人較多，則場景亮度較高；后半夜道路上的行人減少，則需要切換到亮度較低的場景，在保證照明的基礎上，達到節(jié)能目的。

（二）組群控制策略

以載波通信為基礎，領域中已經(jīng)可以實現(xiàn)對單燈低成本檢測，與此同時，對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改變其照明控制要求，而所謂組群控制，就是對于比較特殊的戶外燈，要根據(jù)其實際情況，對照明場景進行有針對性的控制，從而保證在節(jié)能的基礎上降低光污染。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，智能選擇相應的照明控制措施，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)境亮度也會發(fā)生變化，而照度輔助控制便能夠改變戶外燈的開關燈時間，為了確保系統(tǒng)能夠正常運行，在采集戶外燈周圍環(huán)境照度的過程中，需要通過軟件濾波來過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、上下班高峰等時段，交通流量的變化會相對明顯，需要根據(jù)實際流量，進行有針對性的對采集周期進行控制與調(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，能夠通過光控與時控來選擇相應的控制方式，具有很強的可靠性，單片機芯片選用的是AT89S52，可以實現(xiàn)對照明系統(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，由六個晶閘管組成，通過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、維護便捷、操作簡單等多方面優(yōu)勢，無論從經(jīng)濟方面看，還是從技術方面看，其未來的發(fā)展與應用前景都非常廣闊。

參考文獻：

[1]甘本鑫，徐少明，蘇紅艷等.基于單片機的LED路燈模擬控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術，2011，03：205—207.

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

[3]高麗.有載調(diào)壓路燈節(jié)能控制裝置的研制及應用[J].煤炭技術，2011，09：70—71.

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