智能照明电路设计开题报告

毕业论文（设计）相关表格资料（1）开题报告审批表（2）周进展情况记录（3）答辩记录（4）成绩评定表（5）论文撰写过程的其他资料论文（设计）题目：智能照明路灯设计学院：专业（方向）：年级、班级：学生学号：学生姓名：指导老师：2015年5月30日三亚学院毕业论文(设计)开题报告审批表学生姓名专业班级毕业论文（设计）题目智能照明路灯设计题目类型工程设计（项目）类□论文类□作品设计（作品）类■其它□一、选题简介、意义与背景随着我国城市化水平的不断提高,城市的路灯照明系统的不断扩大,节约电能、提高路灯系统管理水平,已经是急需解决的课题。目前各大城市的路灯能源利用率普遍不高，路灯电费和管理费用是政府的一项巨大的财政支出。传统的路灯节能系统存在着智能化程度低、通讯稳定程度差、路面照度分布不均等问题，而且能源短缺问题越来越严重。基于以上种种情况，从路灯节能控制系统的成本、可靠性、信息化、应用前景等方面考虑,设计智能路灯的设计与研究具有深远的意义，它能很好的解决无人时亮灯的问题，能很好的满足需求，可广泛用于城市的道路照明系统，既节能又安全可靠，是未来社会发展的趋势。LED路灯是发光二极管作为光源，是半导体照明灯，是一种固态冷光源，具有环保无污染、光效高、耗电少，寿命长等优势特点。由于路灯是城市高速发展中的重要成分，以往的路灯光源通常采用高压钠灯，它的材质决定了它光效低的特点，因此造成了能源的巨大浪费。然而LED路灯优势在于大功率的LED路灯光源采用的是低压直流供电、由基功率型兰光LED与黄光荧光粉合成高效的白光二极管，实现了高效、安全、环保、使用寿命长、响应速度快、显色指数高的优良特点，可广泛用于城市的道路照明系统，既节能又安全可靠。因此LED光源作为一种新型的绿色无公害光源，凭着比以往老式光源更环保安全的优良特点，是未来社会发展的趋势，也是城市智能节能照明控制的转折点。LED智能节能照明路灯控制系统采用是的内部芯片的智能控制，可采用智能传感器（光电传感器和噪声传感器）和无线远程控制技术作为控制系统的完善和升华。该智能节能控制系统能够通过对时间段的监控或者人流量的多少来自动调节LED路灯的亮度，大大的节约了能源，当然好的光源材料，也需要单片机的智能控制，基于成本问题，结合89C52单片机微处理器和LED，可研发出各种节能环保产品，为可持续性发展和创造更多的社会价值奠定基础。二、文献综述一、引言如今，照明电路的数量越来越多，使得城市街道、小区内的路灯的用电量占城市用电量的比重越来越大，在用电高峰期时，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，照明设备有不能正常工作。所以，对城市的路灯的设计已经成为了当务之急，特别是午夜之后车流量急剧减少时，应该适当的关闭路灯，节约用电。但是我国的既节能又能延长路灯寿命的技术相比国外却是落后了，因此智能节能路灯控制系统的设计对于城市的发展至关重要。本论文旨在设计一套LED智能节能照明路灯控制系统，该智能节能控制系统能够通过对时间段的监控或者人流量的多少来自动调节LED路灯的亮度，大大的节约了能源。二、本课题的研究现状和发展趋势由于政策大力扶持，加之市场广阔、利润相对较高等因素，市政领域LED照明成为各大LED应用厂商竞相逐鹿的阵地。为避免同质化竞争，提升产品附加值和影响力，研究和发展智能路灯控制系统就成为他们的首选之一。经过几年的发展，全国已经有数十家专门研发路灯控制系统的公司，国内外各大LED照明厂商也纷纷大力开展照明控制系统的研发，并在全国各地建成许多示范基地。1.系统功能需求挖掘：作为控制领域的新生产物，路灯控制系统的功能需求还在不断挖掘中，目前主要以节能、便捷管理为主，已形成普遍共识的功能需求有：路灯控制：采用全体、分组或单灯的方式进行路灯的远程开、关和调光控制；情景控制：可以设定路灯工作情景、控制策略，实现无人值守工作；数据采集：对每盏路灯工作状态、报警、工作电压、电流、累计电量等进行采集并上传至服务器；路灯管理：对路灯反馈数据进行统计分析，产生维护报警和数据报表，报警内容可以及时通知相关维护人员；地理信息系统(GIS)：利用商用或免费的地理信息系统，实现路灯等相关设备的实时定位，提高可操作性。另外，与大量客户接触后，部分客户提出的需求如下：配电箱控制：目前部分省市对配电箱采用了“三遥”控制，起到了示范作用。有客户要求在路灯控制系统中加入配电箱电源远程控制及电力参数监测功能，或将已有的配电箱控制系统集成至路灯系统中；电缆失窃及偷电报警：某些地区电缆盗窃和偷电情况非常严重，客户提出可以加入电缆失窃和偷电报警功能；照度检测及控制：检测环境光亮度，进行自动调光；活动检测：分时段通过人体红外传感、图像模式识别等方式识别是否有人员活动，分区域调节亮度；扩展摄像头功能：用于监控路灯运行状态及有无人员破坏等。未来可能产生和引导用户使用的功能需求主要来自网络规模和技术融合，如：功能领域扩展：由于照明控制系统的终端节点数量大、分布广，一旦形成规模后，可以用于城市环境监测、交通管理、治安等；可见光通讯：利用LED光源的快速响应特性，可以进行可见光通讯，目前已经有多家研究机构和高等院校对此展开研究，并在一些领域产生一些应用，如果将这一技术应用用在路灯控制系统和路灯上，无疑将会产生更多的应用；传感器应用：传感器技术的发展，将会给照明控制系统的功能带来更大的扩展空间。2.路灯控制系统常用架构路灯控制系统延续了物联网的架构，由应用层、网络层、感知层构成。其中应用层由一系列软件构成，目前多数公司采用B/S架构，也有公司采用C/S架构和组态软件。一般包括：数据采集和控制组件：用于连接网络层设备，获取数据或发送控制命令；配置组件：用于进行系统平台及数据库初始化，设备列表的导入等；管理组件：用户通过该组件可以操作和查看路灯等设备，执行生成列表、报警等功能。网络层在路灯控制系统中称为集中器，一般采用ARM内核和Linux或VxWorks等操作系统，实现路由和一些简单的控制、数据采集功能。感知层主要由大量照明控制器构成，用于执行灯具的调光/开关操作和采集灯具数据等功能。如若需要，也可以扩展其它传感器或执行器件，如照度仪、人体红外传感器、震动器等三、方案论证方案一：采用数字电路实现。数字电路优缺点：1）同时具有算术运算和逻辑运算功能数字电路是以二进制逻辑代数为数学基础，使用二进制数字信号，既能进行算术运算又能方便地进行逻辑运算（与、或、非、判断、比较、处理等），因此极其适合于运算、比较、存储、传输、控制、决策等应用。2）实现简单，系统可靠以二进制作为基础的数字逻辑电路，可靠性较强。电源电压的小的波动对其没有影响，温度和工艺偏差对其工作的可靠性影响也比模拟电路小得多。3）集成度高，功能实现容易集成度高，体积小，功耗低是数字电路突出的优点之一。电路的设计、维修、维护灵活方便，随着集成电路技术的高速发展，数字逻辑电路的集成度越来越高，集成电路块的功能随着小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）的发展也从元件级、器件级、部件级、板卡级上升到系统级。电路的设计组成只需采用一些标准的集成电路块单元连接而成。对于非标准的特殊电路还可以使用可编程序逻辑阵列电路，通过编程的方法实现任意的逻辑功能。但处理能力有限，题目要求支路控制器需实现的功能很多，数字电路不易实现。故不适合本设计。方案二：应用ARM，ARM处理器是Acorn计算机有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。更早称作AcornRISCMachine。ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。ARM处理器的特点是：耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。1）体积小、低功耗、低成本、高性能；2）支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；3）大量使用寄存器，指令执行速度更快；4）大多数数据操作都在寄存器中完成；5）寻址方式灵活简单，执行效率高；6）指令长度固定。但ARM编程较复杂，我们本科学生很难掌握，且开发板价格较高。故不适合本设计。方案三：采用STC89C52作为主控制单片机。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-FlashProgramableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。该芯片功能强大，具有足够快的速度；有各种同步串行接口、足够的内部ROM和RAM，以减小控制系统的物理尺寸，具有看门狗功能和稳定的电源。本系统图形显示程序要求较高，因此我们采用了52系列的STC89C52它的程序存储器达到32KB），可以很方便的实现我们所需功能，利用其强大的功能不仅可以简化硬件电路而且还可以大幅度提高系统运行速度。用STC89C52自己动手制作的最小系统板，结构紧凑，工作稳定，性价比很高。根据设计要求并综合各方面因素，系统首先通过单片机STC89C52对时钟芯片DS1302进行程序编写，再把写入的数据读出来，最后在LCD上显示。在设置时钟芯片的时候加入外部中断来编写闹铃程序，可实现到设定的时间进行闹铃动作，可做附加功能使用，也可作为开灯时间到的标识。对于智能节能控制LED路灯模块，基于STC89C52的定时中断功能来产生相应的PWM模块，通过单片机微处理器来扫描时钟芯片数据，当扫描到设定的开灯时间和节能开灯时间时，输出相应的PWM信号来控制LED路灯的动作。综合题目要求和性价比我们选择方案三为本系统的最终方案。四、设计方案智能节能控制系统的总框图如图1所示，设计的控制原理为：图1智能节能控制系统的方框图系统首先通过单片机STC89C52对时钟芯片DS1302进行程序编写，再把写入的数据读出来，最后在LCD上显示。在设置时钟芯片的时候加入外部中断来编写定时程序，作为开灯时间到的标识。对于智能节能控制LED路灯模块，基于STC89C52的定时中断功能来产生相应的PWM模块，通过单片机微处理器来扫描时钟芯片数据，当扫描到设定的开灯时间和节能开灯时间时，输出相应的PWM信号来控制LED路灯的动作。【参考文献】[1]孙宗智,王涛《一种智能照明控制系统方案的研究》,信息技术与信息化,2010.1,53-55.[2]涂冰峰《绿色光源----LED光源的发展前景》,内江科技，2010.6,46-186.[3]贾正松《基于单片机实现智能照明控制系统的设计》，现代电子技术，2009，32（17），104-107.[4]赵庆勇.《工业厂房的照明设计》.电工电气,2010(5),58-59.[5]石东海.单片机数据通信技术从入门到精通.西安:西安电子科技大学出版社,2002[6]黄勤.单片机原理及应用.清华大学出版社，2010[7]查兵，崔浩单片机原理[J]中国高新技术,2011年1期[8]李健，蒋全胜，任灵芝智能路灯控制系统设计[J]工业控制计算机,2010年6期[9]金仁贵单片机应用系统的开发方法[J]电脑知识与技术：学术交流,2006年12期[10]Vizimuller,P.:„RFdesignguide-systems,circuits,andequations‟(ArtechHouse,Boson,MA,1995)[11]EchelonCorporation.《IntroductiontotheLonworksSystem》三、论文体系、结构（大纲）第一部分主要介绍说明了智能照明路灯设计的研究意义、内容和背景，以及国内外目前的研究现状和趋势；第二部分主要说明了本智能照明路灯设计的控制