单片机典型案例开发(四).doc
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1、单片机典型案例开发(四)一、基于STC单片机的智能LED路灯控制器设计摘要:为了充分节约能源,提高路灯控制系统的智能化,介绍了一种基于STC 单片机的智能LED 路灯控制器,引入在线监测、PWM 和电力线载波通信技术,实践应用效果良好,具有成本低、运行稳定的特点。本控制器对智能化路灯管理有很大帮助,应用前景广阔。当前巨量的能源消耗和由此引起的能源短缺、价格上涨等已使得节约能源成为一项十分迫切的任务。各国消耗的能源中很大一部分用于照明,其中城市公共照明(主要是道路照明和景观照明)在我国照明耗电中占30%.有资料显示,每年用于照明的电力在3 000 亿度以上,若采用LED 照明,每年就可以节约1/
2、3 的照明用电,基本上相当于总投资规模超过2 000 亿元的三峡工程的全年发电量。综合以上优点,LED光源自然成为城市公共照明的首选,同时目前国内大部分城市的道路照明管理系统直至现在仍在沿用简单的光控、钟控等传统控制方式。这些系统普遍存在着难以反馈路灯运行状态信息、难以进行远程控制等局限,基本没有节电效果,并且采用传统的人工巡检,不仅使路灯管理部门的任务繁重,也增加了运行维护的费用。考虑到这些因素,本文针对LED 光源开发了智能路灯控制器。结合LED 光源的特点,并引入了电力线载波通信技术,PWM 调光技术。1 LED 技术概述1.1 体积小而坚固耐用LED 基本上是一块很小的晶片被封装在环氧
3、树脂里面,它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分,不易损坏。1.2 耗电量低一般来说LED 的工作电压是23.6 V.工作电流是0.020.03 A.这就是说:它消耗的电不超过0.1 W.1.3 使用寿命长当光通量衰减到80%时,其寿命达到了25 000 h.而金属卤化物灯的寿命在6 00012 000 h,高压钠灯的寿命是12 000 h.1.4 调光功能由于LED 的工作范围较大,其光输出和工作电流成正比,因此可以通过减小电流的方法来调光。LED 的调光还可以采用脉冲宽度调节的方法来得到,通过调节电压的占空比和工作频率,有效调节LED 的发光强度。1.5 环保LED 是由无毒的材
4、料制成,不像荧光灯含水银会造成污染,同时LED 也可以回收再利用。1.6 光色、显色性好在中间视觉水平下,人眼在高色温环境里比低色温环境更容易辨别事物。白光LED 的显色性也比高压钠灯好很多,高压钠灯的显色指数只有20 左右,而白光LED 可以达到6580.2 系统的工作原理智能LED 路灯控制器是作为智能路灯控制系统参考的一部分,主要由STC 单片机、采样电路、载波收发模块等组成。系统上位机的命令和控制器的反馈都通过载波模块利用电力线进行收发;路灯的电压、电流由采样电路实时采集;单片机实时处理采集的电压、电流,进行判断处理,同时判断执行上位机的指令,及时反馈路灯的信息。3 硬件电路的设计3.
5、1 主要器件的选择和相关的性能STC12C5404AD 单片机是一款高速、宽电压、低功耗的增强型8051 内核单片机,最高16 k 字节片内Flash 程序存储器,512 字节片内RAM 数据存储器。STC12C5404AD 有10 位ADC 通道捕获/ 比较单元,6 个16 位定时器,硬件看门狗,高速SPI 通信端口,全双工异步串行口,每个通用I/O 口驱动能力均可达到20 mA.在线可编程,无需编程器,无需仿真器,可远程升级,有效节约成本,方便客户的各种应用。PL2102 是特别针对中国电力网恶劣的环境所研制开发的低压电力线载波通信芯片。它仅由单一的+5 V 电源供电,以及一个外部的接口电
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