基于PLC的智能路灯控制系统的设计电气自动化专业.docx

第一章 绪论 1 1.1 引言 1 1.1.1 课题研究背景 1 1.1.2 课题研究的目的及意义 1 1.2 国内外发展现状 2 1.2.1 智能路灯在国外发展现状 2 1.2.2 智能路灯在国内发展现状 3 1.3 本次论文的主要内容及章节安排 3 1.3.1 论文的主要完成的内容 3 1.3.2 各章节安排 4 第二章 传感器原理及应用 5 2.1 光学传感器 5 2.1.1 光电效应简介 5 2.1.2 光敏电阻 5 2.1.3 光敏电阻传感器模块 7 2.2 压力传感器 9 2.2.1 压电效应 9 2.2.2 应变片式压力传感器 9 第三章 通信模块原理及应用 11 3.1 方案对比 11 3.2 电力线载波通信 12 3.2.1 电力载波通信简介 12 3.2.2 电力载波通信芯片介绍 13 3.3 与PC间的通信 16 3.3.1 RS-232的简介 16 3.3.2 MAX232的工作原理简介 17 第四章 主控系统的原理及设计 19 4.1 方案对比 19 4.2 具体方案综述 21 4.2.1 最小系统 21 4.2.2 AD转换模块的原理及实际应用 22 4.2.3 单片机外围电路 27 4.2.4 单片机功能简介 30 第五章 系统的总体设计 36 5.1 整体系统的电路设计 36 5.2 整体系统的电路设计说明 36 5.2 整体系统的程序流程图 37 第六章 结语 39 参考文献 40 致谢 41 第Ⅱ页 基于PLC的智能路灯控制系统的设计 摘要 在当前世界经济快速发展的环境下，能源作为经济发展的基础，得到了越来越广泛的重视。而照明用电作为使用最广、数量最大的一种用电方式，有着很大的调整空间，在中国，照明占到了百分之十三的比例，而其中的大部分用电又是完全多余的。 智能照明技术作为一种可以环缓解照明用电中过量用电的技术，不但符合绿色环保的大潮流，对缓解能源紧缺做出贡献，也提升了路灯控制系统的运行效率，减少了人力物力。而我国的智能路灯控制系统功能单一，发展尚不完善，其市场尚有上升的空间。 本文基于单片机和PLC电力载波，设计了一套可现场采集运行、远程监测控制的系统，完成了检测电路、控制电路及通信线路的设计，实现了与远端监控系统的通讯。 关键词：电力载波，单片机，智能路灯 Abstract In the current rapid development of the world economy, energy, as the basis of economic development, has been more and more attention. The electricity for lighting as the most widely used, the number of one of the largest electricity, there is room for adjustment, the Chinese, lighting accounted for thirteen percent of the proportion, of which most of the power is completely superfluous. As a kind of intelligent lighting technology can alleviate the ring lighting electricity excess electricity technology, not only conforms to the trend of green environmental protection, to alleviate the energy shortage to make contribution, but also enhance the efficiency of lighting control system, reduce the manpower and materials. But our country's intelligent street lamp control system has a single function, the development is not perfect, and there is still room for improvement in its market. This paper based on MCU and PLC power line carrier, design a set of field collection operation, remote monitoring and control system, completed the design of control circuit and communication circuit, detection circuit, and the realization of the remote monitoring system of communication. Key word: Power line carrier, single chip microcomputer, intelligent street lamp 第一章 绪论 1.1 引言 1.1.1 课题研究背景 进入21世纪，伴随着现代化程度的不断提高，温室气体的排放使得大气环境逐渐恶化，地球资源也日益减少，能源问题已俨然成为人类发展道路上的一大危机，能源问题也因此得到了更多的关注。在促进了社会的发展的同时，能源的大量使用也使得碳排放量急剧飙升，破坏了生态，也恶化了环境，。而地球资源的日益减少也引发了人们的极大关注，除了找寻新型能源，节约资源也刻不容缓。 众所周知，电能作为目前应用最广泛的能源，不但经济、高效、方便、无污染，并且转换方便、易于输送，从而成为生产生活中最为基础的一种能源，然而，如此方便高效的能源，在使用时的浪费现象却屡见不鲜。最为常见的就是所谓的长明灯了，因为照明用电单体容量较小，安装比较分散，粗略看来长明灯似乎并无伤大雅，然而照明用具其实数量庞大而分布广泛，随着城市化现代化脚步的逐渐加快，不论是在规模上还是在能耗上，长明灯造成的能源浪费都不容小觑。 照明用电在我国的用电情况下所占的比例，已经达到了14%，因此减少照明用电的浪费也成为了节约能源的关键。特别在当前寰球能源紧缺的形势下，不得不说，节能环保的问题已经不容忽视。在普通路灯控制系统功耗高，效率低等缺陷存在的情况下，照明系统所存在的问题呼之欲出，而耗电量大作为其中最为突出的一个，需要采取措施针对性的解决，因此，对城市路灯的智能控制已然成为了当务之急。 1.1.2 课题研究的目的及意义 目前，我国的智能路灯控制的理论尚未完善，大部分城市的路灯仍采取常规控制，即通过Transformer或Power Distribution Box来控制其开断，这种控制较为分散，且故障率高、效率很低，相比于常规控制，智能路灯可以做到统一、系统的控制，更为简洁方便，但由于一次投资巨大，收效时间过长，因此尚未在国内大范围采用。 在此基础上，本论文设计了一款由单片机控制的智能控制系统，通过PLC电力线载波通信技术，实现对各路灯的控制和监控，在省去人工巡查的工作量及不安全因素的同 时，也能高效地管理路灯，并在不同的环境下调整不同的运行状态，从而达到保护环境的目的。 我国智能路灯领域尚在发展，而基于电力线载波通信的路灯监控系统是一项低成本、高效率的建设工程，旨在节能、高效的利用电力资源，提高路灯控制的智能水平，该智能路灯系统一方面对经济的发展和人们日常出行有着非常重要的作用；另一方面，较老式控制系统而言，无需额外的通讯电缆，有着较低的成本较低和不俗的效率。因此，该系统在国内路灯控制市场有着非常明亮的前途。 1.2 国内外发展现状 1.2.1 智能路灯在国外发展现状 在国外，路灯照明的智能控制工作研究起步较早，已经普遍利用计算机控制道路照明，如新加坡、法国、西德和瑞士等国，并开发出不少智能灯具和智能控制与管理系统，如澳大利亚的奇胜、邦奇和德国的ABB照明系统所采用的智能控制技术较为先进，澳大利亚奇胜场景照明控制系统，可以对同一个场所中最多 18 个灯区（照明回路）供电和调节亮度，用户可以调节和预设每个灯区的亮度，只需按一下按键就可以选择满意的照明环境，澳大利亚邦奇开发的Dynalite分布式智能照明控制系统是模块化结构和分布式控制，各种部件各具独立功能的模块用一条双绞数据通信总线将它们连接起来组成一个Dynet控制网络，将控制功能分散给系统中每一个模块（如：调光模块、场景切换控制面板、智能探头），各模块之间通过网络总线直接相互通信，当系统中某个模块出现故障时不会影响其它模块，可靠性高，ABB智能照明系统采用二芯线控制，用EIB总线将系统中的各个输入、输出和系统元件连接起来，大截面的负载线缆从输出单元的输出端直接接到照明灯具或其他用电负载上，而无须经过智能开关，因此，在国外发达国家，利用计算机技术进行智能照明管理已经十分普遍。[1] 在国外为了达到照明节能，大多数国家都采取了以下措施： 1）完善照明功率元件的性能需求，主要还是在镇流器件技术水平上的提升； 2）在环保照明得到了非常大的推广，从发光材料到使用标准都出台了相应的措施使其标准化，合乎有效管理，大力推动绿色照明至全社会使用。 3）建立节能环保政策，并将其推广至人名群众，使环保节能的观念深入人心，并通过相应的奖励措施，鼓励并促进节能产业的发展。 1.2.2 智能路灯在国内发展现状 目前我国已经有很多大城市都采用了智能化的路灯控制系统，很多大型的场所、会场的路灯也采用了智能路灯控制系统，但由于智能路灯的一次性投资比较大，所节省的能源和人力资源效益只能在未来体现出来，所以现在还没有大规模推广应用。智能路灯控制作为一个新兴邻域，现在仍然处于一个发展上升的阶段，尚没有形成一个完善完整的理论体系。目前我国所采用的的路灯技能方式，大致有以下三种： (1)控时节能法：即利用控制照明时间来达到节能目的的一种方法，国内该种方法的操作方式有：人工、时控和光控，即：人为的改变照明开关状态（根据时间或照明状态）、根据时间自动调节照明系统以及按照光照强度来选择照明的开关状态三种方式。 (2)光源节能方法：由于照明材料的不同，产生的能耗也必然是不同的。光源节能即在光源上做出调整，利用节能材料达到减少耗电量的目的。但由于国内尚未晚上法律法规，节能指标尚未统一，且节能材料的是否经济、是否环保，尚未达到一个统一的标准，存在的问题还很多。因此，在这方面国内还处于一个探索发展的状态 (3)降压节能法：也就是通过降低路灯电压，牺牲部分照明效果来达到节能环保的目的。目前在国内可用的方案有可控硅降压和自耦变压器等方法，但仍为完善，存在着这样那样的缺陷。如可控硅工作时产生的谐波会影响电网的电压质量，而自耦变压器由于其可控性差，工作又不稳定，常常达不到智能控制的要求。 1.3 本次论文的主要内容及章节安排 1.3.1 论文的主要完成的内容 智能路灯控制系统通过传感器自动检测环境变化并通过单片机采取相应的动作，并通过通信渠道用PC机远程控制，使之可广泛用于市政照明、家居照明等场景。通过控制系统对公共照明设备的监控，在加强系统运行稳定可靠性的同时，也达到了节能减排的目的，确保使用方便，管理高效。 本次设计主要完成的功能有： 一、能够实时监测光照度，并处理采集的数据，对不同的照度阈值采用相应的路灯开关动作；