智能路灯开题报告 [开题报告-基于单片机路灯稳压控制系统设计]

开题报告 电气工程及自动化 基于单片机的路灯稳压控制系统设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 随着工业的发展，电力设备的老化，电力紧张已是社会普遍现象。而城市化的加快又需要更多的照明路灯，其用电量占城市用电总量的比重越来越大，在用电高峰期，电网超负荷运行，电网电压都低于额定值，在用电低谷期供电电压又高于额定值，当电压高时不但影响照明设备的使用寿命，而且耗电量也大幅增加，当低谷时，照明设备又不能正常工作。所以研究路灯稳压控制系统就变得很有意义。稳压器[1]可广泛应用于：工矿企业、油田、铁路、建筑工地、学校、医院、邮电、宾馆、科研等部门的电子计算机、精密机床、计算机断层扫描摄影（CT）、精密仪器、试验装置、电梯照明、进口设备及生产流水线等需要电源[2]稳定电压的场所。也适应于电源电压过低或过高、波动幅度大的低压配电网末端的用户及负载变动大的用电设备，特别适用于一切对电网波形要求高的稳压用电场所。大功率补偿式电力稳压器可接火力、水力、小型发电机。根据电力专家的测试，电网中经常发生并且对电脑和精密仪器产生干扰或破坏的问题主要有以下几种：
　　 1、电涌（power surges）：指输出电压有效值高于额定值110％，而且持续时间达一个或数个周期。电涌主要是由于在电网上连接的大型电气设备关机时，电网因突然卸载而产生的高压。

　　 2、高压尖脉冲（high voltage spikes）：指峰值达6000v，持续时间从万分之一秒至二分之一周期（10ms）的电压。这主要由于雷击、电弧放电、静态放电或大型电气设备的开关操作而产生。

　　 3、暂态过电压（switching transients）：指峰值电压高达 20000V，但持续时间界于百万分之一秒至万分之一秒的脉冲电压。其主要原因及可能造成的破坏类似于高压尖脉冲，只是在解决方法上会有区别。

　　 4、电压下陷(power sags）：指市电电压有效值介于额定值的80％至85％之间的低压状态，并且持续时间达一个到数个周期。大型设备开机，大型电动机启动，或大型电力变压器接入都可能造成这种问题。

　　 5、电线噪声（electrical line noise）：系指射频干扰(RFI)和电磁干扰（EFI）以及其它各种高频干扰。马达的运行、继电器的动作、马达控制器的工作、广播发射、微波辐射、以及电气风暴等，都会引起线噪声干扰。

　　 6、频率偏移（frequency variation）：系指市电频率的变化超过3Hz以上。这主要由应急发电机的不稳定运行，或由频率不稳定的电源供电所致。

　 　所以使用稳压器，对用电设备特别是对电压要求严格的高新科技和精密设备来说是必不可少的。

稳压控制器，就是控制输出电压稳定的设备。所有的稳压器，都利用了相同的技术实现输出电压的稳定输出电压通过连接到误差放大器（Error Amplifier）反相输入端（Inverting Input）的分压电阻（Resistive Divider）采样（Sampled），误差放大器的同相输入端（Non-inverting Input）连接到一个参考电压Vref。

参考电压由IC内部的带隙参考源(Bandgap Reference)产生。

误差放大器总是试图迫使其两端输入相等。为此，它提供负载电流以保证输出电压稳定。稳压器由调压电路、控制电路、及伺服电机等组成，当输入电压或负载变化时，控制电路进行取样、比较、放大，然后驱动伺服电机转动，使调压器碳刷的位置改变，通过自动调整线圈匝数比，从而保持输出电压的稳定。容量较大的稳压器，还采用电压补偿的原理工作。

LDO 是一种线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的 LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为 PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为 200mV 左右；
与之相比，使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。

更新的发展使用 CMOS 功率晶体管，它能够提供最低的压降电压。使用 CMOS，通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的 ON 电阻造成的。如果负载较小，这种方式产生的压降只有几十毫伏。

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
本次研究主要是设计一种单片机控制的电路系统，通过单片机对电路信号的检测与处理来实现对电路的电压补偿以实现主电路的稳压效果。

基于单片机的路灯稳压控制拟解决的主要问题有：
1.如何将路灯电路与单片机进行信号连接 2.选择一种低成本、性能好，适合大规模运用的单片机做控制系统 3.如何用单片机控制系统来控制晶闸管的工作状态 4.如何设计主电路以达到稳压的效果 三、研究步骤、方法及措施：
单片机采用AT89C51。补偿变压器方式可应用于交流调压中，这种方式由单片机控制双向可控硅调节控制变压器与补偿变压器绕组组合实现输出电压的稳定。它具有体积小、成本底、通用性强、运行可靠、容易维修等特点。由于采用双向可控硅无触点调节变压器绕组组合来实现补偿稳压，取消了机电式补偿稳压电源中笨重而反应慢的电机、齿轮传动机制及碳刷机构，动态响应速度及维护方面有明显改善。

系统主要由AC/DC转换、A/D转换、双向可控硅触发电路、过欠压报警电路等组成。

A/D转换器选择ADC0809芯片。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。

过压、欠压报警电路采用蜂鸣器报警电路，蜂鸣器用三极管驱动方式驱动，报警电路的开关控制量直接由单片机的P1.0口输出。

四、参考文献 [1]李传信等.采用二进制绕组变压器的交流稳压器[J].电力电子技术,1997,（2）：75-76 [2]迟健男.双向可控硅构成无触点开关的简单方法[J].电子世界，2001 [3]蔡美琴等.MCS-51系列单片机系统及其应用[J].2004 [4]郑学平等.微机控制补偿式交流稳压器.电力电子技术[M].福州大学，1994.11 [5]郭文川.单片机原理与接口技术[M].中国农业出版社，2007.8 [6]邱关源.电路.高等教育出版社[M]，2005.4 [7]童诗白 华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，2004.4 [8]阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社,2004.4 [9]周明德. 微型计算机硬件、软件及应用(第2 版) [M] .北京:清华大学出版社,1998.