智能路燈節能控制器及控制方法
2024-02-16 15:47:15
專利名稱：智能路燈節能控制器及控制方法
技術領域：
本發明屬於電氣控制技術領域，尤其是ー種路燈控制裝置及其控制路燈的方法。
背景技術：
現有路燈控制裝置，根據一年四季變化規律，應用經緯度算法計算日出日落時間，對開關時間進行微調。在天氣陰睛情況下自動調整開啟時間，滿足行人的需要。採用電網エ頻電壓供電，使用接觸器控制電源的通斷，接觸器吸合路燈開啟，接觸器關斷路燈熄滅。主迴路串接電感線圈，採用電磁調節技術，調節電 感量的大小實現路燈調節電壓的目的，達到調節照度、節能目的。當自動控制系統故障時，採用旁路控制實現對接觸器的控制，以保證路燈照常工作。但是，現有的路燈控制裝置存在以下缺陷(I)在開啟與關閉過程中使用接觸器通斷，因此主迴路的電弧很大，接觸器使用壽命短、維護量大。(2)主迴路串接電感量的大小調節有限，接觸器通斷過程中，路燈兩端電壓從零到固定值，燈管預熱和冷卻過程短，因此燈管壽命縮短。(3)主迴路串接電感量的大小調節有限，路燈兩端電壓調節有限，特別是在夜間電網電壓升高後，行人稀少，路燈照度需要相應降低，但是目前的路燈控制裝置無法實現這ー功能，而路燈電耗與電壓的平方成正比，因此節能效果差。(4)主迴路串接電感自身有損耗，浪費有色金屬。
發明內容
為了解決上述技術問題，本發明提供了ー種使用壽命長、維修量小、能夠延長路燈使用壽命、節能的智能路燈節能控制器。本發明是通過以下手段完成上述技術目的的。ー種智能路燈節能控制器，包括控制器電源開關，以及分別與控制器電源開關相連、並依次電連接的單片機、D/A轉換器、觸發器和晶閘管主控器，所述觸發器與晶閘管主控器之間還設置有轉換開關，所述電源開關與主迴路電相連，所述晶閘管主控器包括反並聯的第一晶閘管和第二晶閘管、並串聯在主迴路中。優選地，所述晶閘管主控器還包括分別與第一晶閘管和第二晶閘管並聯的壓敏電阻。優選地，所述主迴路上還串聯有第一熔斷器及第ニ熔斷器。優選地，所述主迴路中設置有市電指示燈、主迴路指示燈、輸出端指示燈，所述控制器電源開關處還設置有電源指示燈。優選地，所述晶閘管主控器與所述觸發器之間設置ー轉換開關。所述智能路燈節能控制器控制路燈的方法，包括以下步驟(a)初始化單片機進行初始化；
(b)按下START按鈕後，定時開始；(C)單片機的計數器從I開始計數，當計數值TC < 100時,D/A轉換器將當前計數值TC用關係式10* (100-TC)轉化為模擬量，並驅動觸發器，第一晶閘管和第二晶閘管的觸發角從最大開始觸發，路燈兩端的電壓從0開始逐步上升，計數器的計數值TC為100吋，路燈兩端的電壓達到100%，實現軟啟動，完成路燈的無級升壓的啟動過程；(d)當計數器的計數值TC處於100至200之間時，D/A轉換器將當前的計數值TC用關係式10* (TC-100)轉化為模擬量，並驅動觸發器，實現路燈兩端的電壓從100%逐漸變小，當計數值為TC為200時路燈兩端的電壓達到0%，實現路燈無級降壓的停止過程。(e)路燈啟動後，按DOWN按鈕後，直接輸送給計數器ー個固定值600，D/A轉換器使用關係式10* (TC-100)將當前的計數值TC轉化為模擬量，並控制觸發器，使路燈兩端的電壓為固定值。 (f)路燈啟動後，按RSET按鈕復位後，直接輸送給計數器ー個固定值0，經D/A轉換器轉化後控制觸發器，使路燈兩端的電壓為0伏，人為熄滅路燈。與現有技術相比，本發明具有以下優點(I)開啟與關閉過程中，使用晶閘管導通控制，因此主迴路無電弧，延長了接觸器的使用壽命、減小了維護量。(2)主迴路串接晶閘管，實現了路燈兩端電壓的09^100%控制。啟動時電壓從OV逐漸提高直至所設置電壓，電壓從09^100%變化，關閉時電壓從所設置電壓逐步到0V，電壓從100%、％變化，燈管具有較長的預熱和冷卻過程，並且避免了由於熱脹冷縮，在開關過程中引發的燈絲損壞現象，因此能夠延長燈管壽命。(3)主迴路串接晶閘管，能夠實現電壓的無級變化。特別是在夜間，行人稀少，能夠調低電壓以降低路燈的照度，因此節能效果良好。設電網額定電壓為220V，而夜間電網負荷減輕，電網電壓可達到230V以上，路燈耗電量明顯增加，壽命明顯減少。本發明能實現電壓在09^100%範圍內變化，假定夜間路燈兩端的電壓為150V，既能滿足行人的需要，則能夠通過人為調節將路燈兩端的電壓調至150V。如此，節能效果也最為明顯，高達55%以上。同吋，路燈正常運行電壓與額定電壓相比較，至少降低了 10%，那麼燈泡的壽命將提高2倍以上。(4)利用主迴路的晶閘管無觸點控制實現旁路控制，工作電流小，功耗低，效果理想。
圖I為本發明所述智能路燈節能控制器結構框圖。圖2為本發明所述智能路燈節能控制器電路圖。圖3為本發明所述單片機軟體控制流程圖。
具體實施例方式為了更清楚的說明本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明作進ー步詳細的介紹。如圖I所示，本發明所述的智能路燈節能控制器，包括控制器電源開關，以及分別與控制器電源開關相連、並依次電連接的單片機、D/A轉換器、觸發器和晶閘管主控器，所述觸發器與晶閘管主控器之間還設置有轉換開關，所述電源開關與主迴路電相連，所述晶閘管主控器串聯在主迴路中，所述晶閘管主控器包括反並聯的第一晶閘管和第二晶閘管，如圖2所示。本發明中，將第一晶閘管SCR1，第二晶閘管SCR2反並聯連接與負載串聯到市電電源上。當市電電源電壓正半周開始時觸發第一晶閘管SCR1，負半周開始時觸發第二晶閘管SCR2，形同一個無觸點開關，允許頻繁操作，無電弧，壽命長。若正負半周以同樣的移相角a觸發第一晶閘管SCRl和第二晶閘管SCR2，則負載電壓有效值能夠隨a角而改變，實現交流調壓。單片機控制觸發器實現主迴路的晶閘管交流調壓，完成路燈交流電壓從o°/rioo%的變化。所述單片機採用STC89v51RD2單片機，利用單片機自身定時器，通過程序設置，能夠實現無級升壓的緩慢啟動過程、無級降壓的緩慢停止過程，保證燈絲有足夠的預熱和冷卻時間。在使用過程中，能夠通過單片機控制路燈兩 端的電壓，實現人為的設置路燈的照度等級，已達到節能的目的。進ー步地，為了保護所述第一晶閘管SCRl和第二晶閘管SCR2，還設置有分別與第一晶閘管SCRl和第二晶閘管SCR2並聯的壓敏電阻，作為保護器件。為了提高主迴路的安全性，在所述主迴路上串聯第一熔斷器FUl及第ニ熔斷器FU2。為了便於觀察運行狀態，所述主迴路中分別設置有市電指示燈、主迴路指示燈、輸出端指示燈，所述電源開關處設置有用於指示所述電源開關運行狀態的電源指示燈。具體地，智能路燈節能控制器的電路圖如圖2所示，主迴路包括第一晶閘管SCRl與第二晶閘管SCR2反並聯組成的晶閘管主控器，LD1、LD2、LD3……LDn (n為正整數)等若干路燈，第一熔斷器FU1，第二熔斷器FU2以及壓敏電阻等器件；觸發器、單片機以及D/A轉換器等組成控制迴路；所述電源開關，單片機控制按鈕START、DOWN、RSET，轉換開關KKl、市電指示燈HD1、主迴路指示燈HD2、輸出端指示燈HD3以及電源指示燈HD4等組成輔助電路。為了避免控制迴路故障而不能實現主迴路電源的控制，在所述晶閘管主控器與所述觸發器之間設置ー轉換開關KKl。當控制迴路出現故障時，仍然使用第一晶閘管SCRl和第二晶閘管SCR2，形成一個無觸點開關來控制主迴路電源的接通和關斷，即旁路控制。當所述電源開關接通時，將轉換開關KKl接通KGl和KG2，全壓接通主迴路，保證了路燈的正常使用；當所述電源開關斷開時，將轉換開關KKl與KGl和KG2斷開，從而斷開主迴路電源，路燈熄滅。此種控制方案具有兩種優點，ー是在弱電控制系統故障時，能正常確保路燈正常啟停；ニ是避免了用刀閘或接觸器等常規電器控制路燈時產生電弧的缺陷，即避免了在開啟和關斷過程中產生電火花現象，減少故障率，能夠延長電器設備的壽命。如圖3所示，本發明所述智能路燈節能控制器控制路燈的方法包括以下步驟(a)初始化單片機進行初始化；(b)按下START按鈕後，定時開始；(C)單片機的計數器從I開始計數，當計數值TC < 100時,D/A轉換器將當前計數值TC用關係式10* (100-TC)轉化為模擬量，並驅動觸發器，第一晶閘管和第二晶閘管的觸發角從最大開始觸發，路燈兩端的電壓從0開始逐步上升，計數器的計數值TC為100吋，路燈兩端的電壓達到100%，實現軟啟動，完成路燈的無級升壓的啟動過程；(d)當計數器的計數值TC處於100至200之間時，D/A轉換器將當前的計數值TC用關係式10* (TC-100)轉化為模擬量，並驅動觸發器，實現路燈兩端的電壓從100%逐漸變小，當計數值為TC為200時路燈兩端的電壓達到0%，實現路燈無級降壓的停止過程。 (e)路燈啟動後，按DOWN按鈕後，直接輸送給計數器ー個固定值600，使用關係式10* (TC-100),經D/A轉換器轉化為模擬量，並控制觸發器，使路燈兩端的電壓為固定值，人為設定路燈兩端的電壓，實現路燈的降壓節能的目的。(f)路燈啟動後，按RSET按鈕復位後，直接輸送給計數器ー個固定值0，經D/A轉換器轉化後控制觸發器，使路燈兩端的電壓為0伏，實現人為停止路燈。利用單片機定時器的中斷響應實現計數器控制，將計數器的值轉化為模擬量，實現路燈兩端電壓的控制。在路燈啟動和停止的過程中 路燈的燈絲有足夠的預熱和冷卻時間，從而達到了延長燈絲使用壽命的目的。以上實施方式為本發明的個別實施例，本領域技術人員在本發明的基礎上所作出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.智能路燈節能控制器，其特徵在於，包括控制器電源開關，以及分別與控制器電源開關相連、並依次電連接的單片機、D/A轉換器、觸發器和晶閘管主控器，所述觸發器與晶閘管主控器之間還設置有轉換開關，所述電源開關與主迴路電相連，所述晶閘管主控器包括反並聯的第一晶閘管和第二晶閘管、並串聯在主迴路中。
2.根據權利要求I所述的智能路燈節能控制器，其特徵在於，所述晶閘管主控器還包括分別與第一晶閘管和第二晶閘管並聯的壓敏電阻。
3.根據權利要求2所述的智能路燈節能控制器，其特徵在於，所述主迴路上還串聯有第一熔斷器及第二熔斷器。
4.根據權利要求3所述的智能路燈節能控制器，其特徵在於，所述主迴路中設置有市電指示燈、主迴路指示燈、輸出端指示燈，所述控制器電源開關處還設置有電源指示燈。
5.根據權利要求4所述的智能路燈節能控制器，其特徵在於，所述晶閘管主控器與所述觸發器之間設置一轉換開關。
6.權利要求1-5任一項所述的智能路燈節能控制器控制路燈的方法，其特徵在於，包括以下步驟 Ca)初始化單片機進行初始化； (b)按下START按鈕後，定時開始； (c)單片機的計數器從I開始計數，當計數值TC< 100時，D/A轉換器將當前計數值TC用關係式10* (100-TC)轉化為模擬量，並驅動觸發器，第一晶閘管和第二晶閘管的觸發角從最大開始觸發，路燈兩端的電壓從O開始逐步上升，計數器的計數值TC為100時，路燈兩端的電壓達到100%，實現軟啟動，完成路燈的無級升壓的啟動過程； (d)當計數器的計數值TC處於100至200之間時，D/A轉換器將當前的計數值TC用關係式10* (TC-100)轉化為模擬量，並驅動觸發器，實現路燈兩端的電壓從100%逐漸變小，當計數值為TC為200時路燈兩端的電壓達到0%，實現路燈無級降壓的停止過程。
7.根據權利要求6所述的控制方法，其特徵在於，還包括以下步驟 Ce)路燈啟動後，按DOWN按鈕後，直接輸送給計數器一個固定值600，D/A轉換器使用關係式10* (TC-100)將當前的計數值TC轉化為模擬量，並控制觸發器，使路燈兩端的電壓為固定值。
8.根據權利要求7所述的控制方法，其特徵在於，還包括以下步驟 Cf)路燈啟動後，按RSET按鈕復位後，直接輸送給計數器一個固定值0，經D/A轉換器轉化後控制觸發器，使路燈兩端的電壓為O伏，人為熄滅路燈。
全文摘要
本發明涉及一種智能路燈節能控制器及控制方法，所述智能路燈節能控制器包括控制器電源開關，以及分別與控制器電源開關相連、並依次電連接的單片機、D/A轉換器、觸發器和晶閘管主控器，所述觸發器與晶閘管主控器之間還設置有轉換開關，所述電源開關與主迴路電相連，所述晶閘管主控器包括反並聯的第一晶閘管和第二晶閘管、並串聯在主迴路中。本發明延長了接觸器、燈管的使用壽命，減小了維護量，具有節能的效果。
文檔編號H05B37/02GK102769974SQ201210247670
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月17日 優先權日2012年7月17日
發明者孫寧宇, 徐一凡 申請人:華北電力大學