帶遠程監控的路燈照明 節電控制系統設計

0 引言
照明是城市基礎設施的組成部分，在城市的交通安全、社會治安、人民生活和市容風貌中居于舉足輕重的地位，并發揮著不可替代的作用，也標志著城市實力和成熟的程度。現有的城市路燈70％以上使用的都是高壓鈉燈，其設計壽命為24 000小時(5年)。但是，由于電壓波動大，許多地區的波動甚至超過額定電壓的15％，特別是在后半夜，由于電負荷減少，使得電網電壓有時接近245 V，高電壓不但浪費了電能，還縮短了燈泡的使用壽命，事實上，現在城市路燈的實際使用壽命平均不到一年。
目前，在供電電源端節能的方式主要有兩種，一是采用半夜燈，二是采用調壓方式。并夜燈是通過在下半夜關掉一部分照明燈的方法來達到節能，它具有簡單易行的特點，缺點是道路照明不均勻，且無法解決下半夜電壓高而影響光源壽命的問題，也不適用于商場、學校這些室內場所。而通過降低供電電壓的方法不但可以節能，還可延長光源的壽命，是一種較好的節能方式。
為此本文提供了一種基于C8051F310單片機的節電控制系統的設計方案，該系統能針對電網電壓偏高和波動現象，并根據用戶現場的實際需求，實時在線調控輸出最佳照明工作電壓，以將其穩定在允許的范圍內，從而提高電力質量，節約照明用電，延長燈泡的使用壽命，十分適用于路燈、學校、商場等室內和室外的照明節電控制。

1 基本設計思路
本文所設計的路燈控制器采用自耦變壓器形式調整負載路燈的電壓，自耦變壓器的一、二次側線圈不僅有磁的聯系，還有電的聯系，所以，在輸出電壓調節范圍不大時，它的容量比較小，所以消耗的材料小，造價低，效率高，其最大的優點是克服了可控硅斬波型產品產生諧波的缺陷，實現了電壓的正弦波輸出，其結構和功能都很簡單，可靠性也比較高。
圖1所示是一個路燈照明節電系統的基本框圖。該路燈節電控制器要實現的基本設計思路是通過閉合在自耦變壓器二次邊不同變比的四個觸點開關，使路燈兩端電壓在電網電壓變化時(主要是夜間電網電壓偏高時)能夠自動穩定在一預設值。

熒光燈是一種利用汞放電產生紫外輻射來激發熒光粉層而發光的低氣壓放電燈，是目前工廠、大廈、商場、機關、學校和家庭照明的一種主要電光源。表1給出了熒光燈的照度、壽命與電壓的關系(令額定電壓下的壽命為1)。

由表1可知，若電網電壓為額定電壓220 V，采用90％額定電壓供電時，燈具壽命可延長一倍，照度衰減7％。從人體視覺學可知，人的眼睛對光強度變化的感覺是按對數關系計算的，照度衰減7％，人的視覺能夠感覺到光線變暗1．6％，此時節約電能19％，可以達到最佳能效比。如電網電壓超過220 V，則節能率一般在20％以上。所以，90％額定電壓為室內照明供電最優運行與節能電壓。
1．1 觸點開關設置方案
由以上分析可知，90％的額定電壓為路燈或室內照明最優運行與節能電壓，即200伏。我國電網電壓標準為220 V(-15％~+10％)，即電網電壓的波動范圍為187～242 V。假設電網電壓在以上電壓范圍內波動，并設自耦變壓器各路開關變比分別為a0、a1、a2、a3，那么，可以取電網波動的四個電壓點來計算設定自耦變壓器的變比，以使電網電壓在這四個點的時候，變壓器輸出均為200V，這四個點為200V，210V，220V，230V。