車(chē)站燈光節(jié)能控制系統(tǒng)的研制-電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)論文

1、xx大學(xué)本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)、創(chuàng)作題目： 車(chē)站燈光節(jié)能控制系統(tǒng)的研制 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 院系：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院 專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 入學(xué)時(shí)間： 年 月導(dǎo)師姓名： 職稱(chēng)/學(xué)位 導(dǎo)師所在單位： xx大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院 完成時(shí)間： 2021 年 6月車(chē)站燈光節(jié)能控制系統(tǒng)的研制摘 要隨著現(xiàn)有能源日益缺乏，節(jié)約能源已為社會(huì)關(guān)注的重要話題。車(chē)站照明是城市交通能耗的重要內(nèi)容。本文針對(duì)站臺(tái)、候車(chē)室的燈光特點(diǎn)，利用單片機(jī)的控制原理，研究51單片機(jī)在照明系統(tǒng)的節(jié)能控制上實(shí)現(xiàn)智能控制，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能耗的目的。闡述了節(jié)能控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和工作原理，介紹了節(jié)能控制系統(tǒng)的總體成效，給出了節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方

2、案。關(guān)鍵詞：51單片機(jī)；車(chē)站節(jié)能；串行通信；紅外遙控 Development of Energy-Saving Lighting Control System StationAbstractWith the lack of available energy, energy conservation has been an important topic of concern for the community.Station lighting is an important part of urban transportation energy consumption.In this pape

3、r, the characteristics of the site lighting, waiting room, the use of single-chip control theory, research MCU intelligent control of energy-saving lighting control systems in order to achieve the purpose of saving energy.Describes the energy-saving control system overall structure and working princ

4、iple, describes the overall effectiveness of energy-saving control system gives the energy-saving control system design.Keywords:micro-controller;station;saving;serial;communication;infrared;remotecontrol目 錄 TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc30828 1 引言 PAGEREF _Toc30828 1 HYPERLINK l _Toc7936 1.1 課題的背與意

5、義 PAGEREF _Toc7936 1 HYPERLINK l _Toc20584 1.2 智能照明與傳統(tǒng)照明的比較 PAGEREF _Toc20584 2 HYPERLINK l _Toc23092 1.3 車(chē)站燈光節(jié)能控制系統(tǒng)功能及框架 PAGEREF _Toc23092 4 HYPERLINK l _Toc31353 2 候車(chē)室照明控制設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc31353 5 HYPERLINK l _Toc22941 2.1 候車(chē)室照明控制方案概述 PAGEREF _Toc22941 5 HYPERLINK l _Toc20872 2.2 Zigbee協(xié)調(diào)器與調(diào)度室PC機(jī)通訊設(shè)計(jì)

6、 PAGEREF _Toc20872 6 HYPERLINK l _Toc7566 2.3 Zigbee終端與光敏檢測(cè)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7566 7 HYPERLINK l _Toc19145 2.4 功率因數(shù)校正PFC電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc19145 8 HYPERLINK l _Toc2446 2.5 LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc2446 9 HYPERLINK l _Toc30234 2.6 候車(chē)室照明實(shí)際問(wèn)題考慮 PAGEREF _Toc30234 10 HYPERLINK l _Toc23631 3 站臺(tái)照明控制設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc2

7、3631 11 HYPERLINK l _Toc4513 3.1 站臺(tái)照明控制方案概述 PAGEREF _Toc4513 11 HYPERLINK l _Toc17172 3.2 PC機(jī)與單片機(jī)通訊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc17172 11 HYPERLINK l _Toc19918 紅外遙控電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc19918 12 HYPERLINK l _Toc30548 3.4 繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc30548 13 HYPERLINK l _Toc18982 4.1 候車(chē)室Zigbee協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc18982 14 HYPE

8、RLINK l _Toc19975 4.2 候車(chē)室路由器軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc19975 14 HYPERLINK l _Toc20632 4.3 候車(chē)室Zigbee終端軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc20632 15 HYPERLINK l _Toc5895 4.4 站臺(tái)燈光控制流程設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc5895 15 HYPERLINK l _Toc25016 4.5 紅外遙控設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc25016 16 HYPERLINK l _Toc9489 4.6 光敏檢測(cè)PWM輸出設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc9489 16 HYPERLINK l _Toc

9、15338 5 結(jié)束語(yǔ) PAGEREF _Toc15338 17主要 HYPERLINK l _Toc18649 參考文獻(xiàn)18 HYPERLINK l _Toc11161 附錄 PAGEREF _Toc11161 19 HYPERLINK l _Toc23903 致謝 PAGEREF _Toc23903 20 1 引言1.1 課題的背與意義1，所以推廣節(jié)能新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備是當(dāng)前的主要工作。自然資源是自然界中能被人類(lèi)利用的各種物質(zhì)和能量，是人類(lèi)進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)和生活的根底，是人類(lèi)生存和開(kāi)展的物質(zhì)保證和物質(zhì)根底，是人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)開(kāi)展的基石。伴隨著技術(shù)的不斷開(kāi)展和更新，人類(lèi)對(duì)自然資源的開(kāi)發(fā)和利用程

10、度越來(lái)越大，但是自然資源的數(shù)量是有限的，可再生資源的再生能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上利用速度，當(dāng)前這一歷史時(shí)期中，自然資源的枯竭速度已經(jīng)創(chuàng)造了歷史。然而在實(shí)際社會(huì)中，人們似乎還沒(méi)有意識(shí)到能源將給社會(huì)、地球帶來(lái)的危機(jī)，能源浪費(fèi)的現(xiàn)象十分普遍，大量能耗白白浪費(fèi)掉，不僅浪費(fèi)了資源，還污染了環(huán)境。能源浪費(fèi)的現(xiàn)象在照明上表現(xiàn)得十清楚顯，許多需要長(zhǎng)時(shí)間照明的設(shè)備和場(chǎng)所如學(xué)校的教室、圖書(shū)館、閱覽室、工廠辦公樓、地鐵等公共場(chǎng)所照明系統(tǒng)的電耗驚人。這些耗電量較高的照明系統(tǒng)中，一些電量的正常使用是不可或缺的，但由于使用和管理人員的責(zé)任心不強(qiáng)、環(huán)保意識(shí)差、缺乏科學(xué)的照明控制系統(tǒng)等因素造成的不必要的電量浪費(fèi)就難免讓人心疼。例如在夜

11、間室內(nèi)無(wú)人時(shí)，照明仍然常亮，設(shè)備區(qū)的長(zhǎng)明燈一年消耗的電量驚人，許多白天光照強(qiáng)度完全足夠的區(qū)域照明也一直常亮，這種現(xiàn)象造成了諸多不必要的能源浪費(fèi)和不必要的經(jīng)濟(jì)損失。隨著人口的增加，我國(guó)的城市化進(jìn)程的加快，越來(lái)越多的人口向城市轉(zhuǎn)移，使得城市交通壓力增大，軌道交通在這種形式下得到了空前的開(kāi)展。全國(guó)各大城市掀起了一輪建設(shè)軌道交通的高潮。建筑節(jié)能是節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，鐵路作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要根底設(shè)施和群眾化交通工具 ，在當(dāng)前加快建設(shè)節(jié)約型社會(huì)中肩負(fù)著重要的責(zé)任 ，面臨著艱巨的任務(wù)。在火車(chē)站建設(shè)“綠色照明控制系統(tǒng)是改善電力負(fù)荷緊張 ，節(jié)約車(chē)站運(yùn)行本錢(qián)、節(jié)約社會(huì)資源的有效途徑?；疖?chē)站是鐵路網(wǎng)的重要組成

12、局部，也是鐵路部門(mén)的重要能耗單位，在火車(chē)站的各種能耗中照明能耗占了接近40%2，因此，研究火車(chē)站的照明節(jié)能方法是保證鐵路網(wǎng)高效運(yùn)行的根底，具有重要的意義。1.2 智能照明與傳統(tǒng)照明的比較車(chē)站傳統(tǒng)照明包括旅客站臺(tái)、候車(chē)廳、分配廳、售票大廳、旅客地道、旅客天橋照明。站臺(tái)公共區(qū)照明主要包括正常照明和疏散照明，其中正常照明由根本照明和疊加照明兩局部構(gòu)成，各占整個(gè)正常照明容量的約50；正常狀態(tài)下，疏散照明作為根本照明的一局部進(jìn)行設(shè)置。在傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)中，車(chē)站公共區(qū)的照明通過(guò)兩種類(lèi)型的照明配電箱(根本照明配電箱和疊加照明配電箱)進(jìn)行配電，并通過(guò)設(shè)備管理系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)BAS系統(tǒng))進(jìn)行控制：在運(yùn)營(yíng)頂峰時(shí)，全部

13、翻開(kāi)；在運(yùn)營(yíng)頂峰過(guò)后可關(guān)閉疊加照明，由根本照明和疏散照明作為公共區(qū)照明；在運(yùn)行結(jié)束后可根據(jù)需要關(guān)閉全部根本照明，由疏散照明作為公共區(qū)值班和保安照明。在照明控制的進(jìn)程中主要經(jīng)歷了三個(gè)階段，分別為人工控制階段、時(shí)序控制階段和自動(dòng)調(diào)光控制階段。在建設(shè)開(kāi)展初期，大多采用人工控制的方式進(jìn)行空間照明，因?yàn)樵谡彰骺刂品矫嬗?jì)算機(jī)技術(shù)還不成熟，所以只能根據(jù)不同時(shí)段和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，由專(zhuān)人負(fù)責(zé)照明的控制和管理，區(qū)域照明亮度也是由專(zhuān)門(mén)人員主觀決定的。由于控制的不及時(shí)很容易造成能耗過(guò)大，產(chǎn)生極大地浪費(fèi)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速開(kāi)展，采用自動(dòng)控制方式的照明系統(tǒng)逐步代替了手動(dòng)控制方式在車(chē)站中的應(yīng)用。自動(dòng)照明控制系統(tǒng)通過(guò)有效地控制和

14、調(diào)節(jié)地鐵站內(nèi)照明設(shè)備及照明亮度，提供給乘客一個(gè)舒適平安的候車(chē)環(huán)境，提高照明設(shè)備的利用率的同時(shí)節(jié)約了能源。自動(dòng)照明控制系統(tǒng)主要利用對(duì)車(chē)站內(nèi)的光環(huán)境的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)的對(duì)照明燈具進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以到達(dá)照明的實(shí)際需求。隨著傳感器技術(shù)的快速開(kāi)展，自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)中越來(lái)越多的運(yùn)用傳感器技術(shù)，也使得車(chē)站智能照明系統(tǒng)也不斷趨于智能。智能調(diào)光系統(tǒng)主要是通過(guò)傳感器采集實(shí)時(shí)光照，然后控制計(jì)算機(jī)根據(jù)事先設(shè)定的控制策略將實(shí)際照明亮度與理想照明亮度相比照，通過(guò)執(zhí)行器控制照明設(shè)備，使照明亮度到達(dá)要求水平，滿足車(chē)站內(nèi)舒適、平安光環(huán)境。目前在實(shí)際應(yīng)用中，由于自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)造價(jià)較高，因此并沒(méi)有廣泛應(yīng)用在地鐵照明系統(tǒng)中。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展，材

15、料及技術(shù)的價(jià)格降低，智能調(diào)光系統(tǒng)必將成為照明控制領(lǐng)域的新的開(kāi)展方向。智能照明控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的照明控制方式有著本質(zhì)的區(qū)別以及不可比較的優(yōu)勢(shì)：其 中最本質(zhì)的一個(gè)區(qū)別就是 ，傳統(tǒng)照明控制是以“強(qiáng)控“強(qiáng)，利用普通的墻裝翹板開(kāi)關(guān) 或者配電箱內(nèi)的斷路開(kāi)光對(duì)控制回路進(jìn)行相線的通斷控制，從而到達(dá)對(duì)回路的控制目的，并且控制方式單一，開(kāi)關(guān)與回路之間是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。而智能照明控制系統(tǒng)內(nèi)所有的回路控制都是以“弱控“強(qiáng)，操作者根本不會(huì)接觸到強(qiáng)電，控制方式多樣化，開(kāi)關(guān)可以控制系統(tǒng)內(nèi)的任意一或多回路，功能可按照使用要求 定制。下面就兩個(gè)系統(tǒng)做個(gè)詳細(xì)的比對(duì)3：1)智能照明控制系統(tǒng)可控制任意回路連續(xù)調(diào)光或開(kāi)關(guān)。傳統(tǒng)的控制方式

16、開(kāi)關(guān)與控制 回路一一對(duì)應(yīng)，按照控制要求施工完畢后，功能的更改需要復(fù)雜的工作，有的可能由于施工問(wèn)題，導(dǎo)致控制功能不可更改。2)智能照明控制系統(tǒng)場(chǎng)景控制：可預(yù)先設(shè)置多個(gè)不同場(chǎng)景，在場(chǎng)景切換時(shí)淡入、淡出。這是傳統(tǒng)的控制方式無(wú)法做到的，雖然通過(guò)多個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)多個(gè)回路實(shí)施微調(diào)，可以到達(dá)對(duì)場(chǎng)景的控制，但是操作復(fù)雜，對(duì)回路的亮度值無(wú)法精確掌控，而且調(diào)節(jié)好后無(wú)法記憶儲(chǔ)存調(diào)節(jié)的效果，無(wú)法對(duì)整體模式進(jìn)行切換。3)智能照明控制系統(tǒng)可接入各種傳感器對(duì)燈光進(jìn)行自動(dòng)控制，如動(dòng)靜感應(yīng)，照度感應(yīng)等自動(dòng)控制區(qū)域內(nèi)一或者多個(gè)回路，并根據(jù)需要使燈光到達(dá)所期望的亮度值。傳統(tǒng)的控制方式可以做到動(dòng)靜感應(yīng)，但僅僅局限于開(kāi)和關(guān)，照度感應(yīng)，光照補(bǔ)

17、償?shù)裙δ軅€(gè)是無(wú)法做 到。4)智能照明控制系統(tǒng)的時(shí)間控制：某些場(chǎng)合可以隨上下班時(shí)間調(diào)整亮度，隨著一天內(nèi)的各個(gè)時(shí)間段對(duì)照度的要求調(diào)整到相應(yīng)的場(chǎng)景模式。傳統(tǒng)的控制方式可對(duì)單一或者多個(gè) 回路實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)，控制方式單一，對(duì)于一個(gè)相比照較大的場(chǎng)所，燈光回路很多的話，需要數(shù) 量相當(dāng)龐大的時(shí)鐘控制器，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，調(diào)整時(shí)間是個(gè)很艱苦的事情，而一個(gè)智能照明控制系統(tǒng)的時(shí)間控制只需要一個(gè)。5)智能照明控制系統(tǒng)具備紅外遙控、遠(yuǎn)程控制的功能：可用手持紅外遙控器對(duì)燈光進(jìn)行場(chǎng)景控制，亮度調(diào)節(jié)的功能。現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)展到通過(guò)無(wú)線移動(dòng)終端利用GSMGPRS，WIFI 等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通過(guò) ，IPAD，平板電腦等無(wú)線設(shè)備對(duì)燈光進(jìn)行操作的水平。傳

18、統(tǒng)的控制方 式無(wú)法做到，控制方式無(wú)靈活性。6)智能照明控制系統(tǒng)可與其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)集成：可系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，利用上述控制手段進(jìn)行綜合控制或與樓宇智能控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。傳統(tǒng)的控制方式不具備此條件。 1.3 車(chē)站燈光節(jié)能控制系統(tǒng)功能及框架車(chē)站照明自動(dòng)控制系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制、高強(qiáng)氣體放電燈(HID )調(diào)光等的多種技術(shù)為一體的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。通過(guò)讀取車(chē)站列車(chē)接發(fā)系統(tǒng)或旅客引導(dǎo)系統(tǒng)的信息，合理啟閉站臺(tái)燈具的點(diǎn)亮情況。在無(wú)接發(fā)列車(chē)作業(yè)的時(shí)間內(nèi)，站臺(tái)照明屬于低照度要 求。根據(jù)站車(chē)次及照明燈具的實(shí)際情況，把站臺(tái)燈具按照度要求，一局部設(shè)置成滿足站臺(tái)根本照度要求的長(zhǎng)明燈，其他的調(diào)置成滿足旅客乘降和接發(fā)列車(chē)作業(yè)時(shí)高照

19、度要求的行 車(chē)燈。在低照度要求的時(shí)候，只需要翻開(kāi)長(zhǎng)明燈或?qū)嵤┙倒β收{(diào)節(jié)即可滿足站臺(tái)的根本照 度要求，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，并減輕工作人員的工作強(qiáng)度。其主要功能有： 1具有系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)控制及人工控制功能2按車(chē)次信息進(jìn)行自動(dòng)啟閉燈具和降功率二次節(jié)能的功能3具備直接發(fā)送功能：可直接向任一控制終端發(fā)送干預(yù)信息照明控制系統(tǒng)主要有以下4局部組成：輸出設(shè)備、輸入設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、效勞器等。輸出設(shè)備為執(zhí)行模塊，從總線上得到并執(zhí)行命令，如繼電器模塊等；輸入設(shè)備是感測(cè)和發(fā)出命令給總線的元器件，如光敏傳感器、紅外遙控器等；效勞器是指中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)及制軟件等。 2 候車(chē)室照明控制設(shè)計(jì)2.1 候車(chē)室照明控制方案概述候車(chē)室照

20、明控制的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)室內(nèi)燈光亮度隨著室內(nèi)自然光亮的變化而變化，以確保室內(nèi)光亮始終保持在適宜的范圍內(nèi)。由光敏調(diào)光閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該功能，閉環(huán)系統(tǒng)示意圖如下列圖16。圖1：光敏調(diào)光閉環(huán)控制示意圖光敏檢測(cè)裝置個(gè)數(shù)依候車(chē)室空間大小而增減，這里暫定為4個(gè)。光強(qiáng)控制策略如下：(1)當(dāng)實(shí)際光強(qiáng)大于光強(qiáng)適宜區(qū)的上限時(shí)，調(diào)節(jié)定時(shí)器的存放器，使得PWM占空比變小，光強(qiáng)變小，逐漸回到光強(qiáng)適宜區(qū)；(2)當(dāng)實(shí)際光強(qiáng)小于光強(qiáng)適宜區(qū)的下限時(shí)，調(diào)節(jié)定時(shí)器的存放器，使得PWM占空比變大，光強(qiáng)變大，逐漸回到光強(qiáng)適宜區(qū)；(3)當(dāng)實(shí)際光強(qiáng)在光強(qiáng)適宜區(qū)中時(shí)，由于系統(tǒng)誤差的存在，以及人眼對(duì)光強(qiáng)小范圍的變化不是特別敏感，可以不用調(diào)節(jié)定時(shí)器的

21、存放器。圖2：Zigbee設(shè)備通訊示意圖光敏檢測(cè)基于芯片CC2430的Zigbee終端設(shè)備是閉環(huán)系統(tǒng)的控制器。CC2430內(nèi)含A/D轉(zhuǎn)換和PWM輸出引腳，光敏檢測(cè)得到的模擬量接入CC2430A/D轉(zhuǎn)換引腳。為防止對(duì)室內(nèi)光亮的誤判，要對(duì)4個(gè)光敏檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯與操作，該操作由Zigbee協(xié)調(diào)器7完成。Zigbee協(xié)調(diào)器與4個(gè)終端設(shè)備的通訊示意如上圖2。Zigbee協(xié)調(diào)器的主要功能有兩個(gè):完成與調(diào)度室PC機(jī)的通訊；監(jiān)測(cè)4個(gè)終端設(shè)備的光敏檢測(cè)結(jié)果，加以分析并向終端發(fā)送調(diào)節(jié)亮度的控制命令。Zigbee終端設(shè)備的主要功能有兩個(gè)：完成對(duì)光敏檢測(cè)數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換，并在收到協(xié)調(diào)器命令時(shí)將轉(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)送給協(xié)調(diào)

22、器；收到協(xié)調(diào)器命令時(shí)輸出相應(yīng)PWM波到LED恒流驅(qū)動(dòng)裝置，以調(diào)節(jié)照明裝置亮度。為保證Zigbee協(xié)調(diào)器與終端設(shè)備通訊質(zhì)量，提高通訊距離與抗干擾能力，引入路由器。2.2 Zigbee協(xié)調(diào)器與調(diào)度室PC機(jī)通訊設(shè)計(jì)候車(chē)室與調(diào)度室距離一般在1-2公里之間，而PC機(jī)一般為RS232接口，而RS232接口只能用于20m內(nèi)的通信，不能到達(dá)這么遠(yuǎn)距離。RS485接口的最大通信距離為1219m,因此在PC機(jī)串口端需用RS232/485轉(zhuǎn)換器，并在Zigbee協(xié)調(diào)器端再接入MAX485電路，以完成與RS485的接口配置。轉(zhuǎn)換器與接口電路間，在低速、短距離、無(wú)干擾的場(chǎng)合用普通的雙絞線，假設(shè)環(huán)境干擾惡劣，那么可采用鎧

23、裝型雙絞屏蔽電纜。假設(shè)距離大于1200m,可借助RS485中繼器以提高通訊距離。RS232/485轉(zhuǎn)換器原理8如下列圖3。圖3：RS232/485轉(zhuǎn)換原理圖RS485與RS485接口原理如下列圖4。U1發(fā)送時(shí)，RW1置高，RW2置低；U2發(fā)送時(shí)，RW2置高，RW1置低。圖4：RS232與RS485接口原理圖2.3 Zigbee終端與光敏檢測(cè)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)用的光敏器件是光敏電阻，利用其光線越強(qiáng)電阻越低，光線越暗電阻越大的特點(diǎn)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。將光敏電阻和一固定阻值電阻串聯(lián)分壓，光敏電阻上的電壓采樣值輸入CC2430的A/D轉(zhuǎn)換端口，實(shí)現(xiàn)光敏檢測(cè)。CC2430的模數(shù)轉(zhuǎn)換在P0端口：P00-P07

24、。因每個(gè)光敏檢測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)Zigbee終端設(shè)備，故每個(gè)光敏檢測(cè)點(diǎn)只需用CC2430的一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換引腳，這里選為P00。Zigbee終端設(shè)備接收到Zigbee協(xié)調(diào)器發(fā)送的關(guān)于LED光亮調(diào)控信號(hào)時(shí)，輸出相應(yīng)占空比的PWM波到LED驅(qū)動(dòng)恒流源主控芯片DW8502D使能端EN，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED光亮的調(diào)節(jié)。因Zigbee終端與LED驅(qū)動(dòng)恒流源距離很近，PWM輸出、輸入端口可直接通過(guò)導(dǎo)線連接，干擾較小。CC2430的PWM輸出可通過(guò)8位定時(shí)器完成。光敏檢測(cè)示意如下列圖5。圖5：Zigbee終端光敏檢測(cè)示意圖CC2430的工作電壓最小為-0.3V，最大為3.9V，通常選為3.3V。220V交流電經(jīng)變壓器降壓、整

25、流器整流接入LM7805輸入INT引腳，輸出OUT引腳輸出5V電壓。LM7805輸出的5V電壓接入ASM1117輸入引腳，輸出3.3V電壓。CC2430的電壓源電路如下列圖6。2.4 功率因數(shù)校正PFC電路設(shè)計(jì)功率因數(shù)校正9的目的是為了減少輸入端的無(wú)功功率，提高AC/DC變換器輸入端功率因數(shù)，從而提高交流側(cè)電網(wǎng)的有效利用率。圖7：功率因數(shù)校正電路示意圖基于控制芯片IW2202的功率因數(shù)校正電路如下列圖4。功率因數(shù)校正功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：三極管Q1是控制PFC的開(kāi)關(guān)。在Q1導(dǎo)通期間，從交流線路傳輸?shù)哪芰勘淮鎯?chǔ)在升壓電感L1中。同時(shí)，來(lái)自C1的能量被存儲(chǔ)在變壓器T1初級(jí)線圈中。在Q1關(guān)斷期間，在T1

26、初級(jí)線圈中的能量傳輸?shù)捷敵?，同時(shí)L1中的能量對(duì)C1充電。假設(shè)L1和T1初級(jí)線圈中儲(chǔ)存的能量在交流線路半周期內(nèi)的平均值相同，C1上的電壓將保持不變。采用IW2202驅(qū)動(dòng)Q1，可實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，兩個(gè)電感器L1和T1初級(jí)線圈完全復(fù)位一次。存儲(chǔ)在L1中的能量全部傳送到C1，在C1中存儲(chǔ)的能量全部傳送到負(fù)載?；贗W2202的電源對(duì)交流電路呈現(xiàn)一個(gè)電阻性負(fù)載，交流線路功率因數(shù)接近為1。為給LED驅(qū)動(dòng)芯片提供適宜的供給電源，基于IW2202的含有功率因數(shù)校正功能數(shù)字開(kāi)關(guān)電路如下列圖5?；?iW2202 的離線數(shù)字電源，輸出功率可達(dá) 150W。圖8：基于IW2202的數(shù)字開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)2

27、.5 LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)裝置的控制芯片為DW8502，其最大輸出功率為80W，可滿足候車(chē)室照明光亮要求。LED驅(qū)動(dòng)恒流源在整個(gè)候車(chē)室照明控制系統(tǒng)中的位置與作用如下列圖9。圖9：控制系統(tǒng)中LED驅(qū)動(dòng)電路作用示意DW8502的輸入電壓范圍為直流5-40V，220V交流電經(jīng)過(guò)含功率因數(shù)校正功能的數(shù)字開(kāi)關(guān)電源輸出19V直流，該直流電壓作為DW8502的輸入電壓。通過(guò)改變應(yīng)用電路中Rset阻值大小，可調(diào)節(jié)輸出電流Iout，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出功率大小。輸出電流最大為2000mA，此時(shí)對(duì)應(yīng)的Rset阻值為0.305K。DW8502的EN引腳可輸入由Zigbee終端設(shè)備輸出的PWM波，通過(guò)不同占空比的PW

28、M波控制輸出電流，進(jìn)而影響照明裝置亮度。DW8502組成的恒流LED驅(qū)動(dòng)電路10如下列圖10。圖10：基于DW8502的LED恒流驅(qū)動(dòng)電路2.6 候車(chē)室照明實(shí)際問(wèn)題考慮在候車(chē)室照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，有諸多實(shí)際問(wèn)題需要考慮，現(xiàn)列舉幾種情況并給出相應(yīng)解決方案。問(wèn)題一：夏天天氣變化較為劇烈，假設(shè)下雨天閃電突明，易照成光敏檢測(cè)裝置的誤判而照成調(diào)暗甚至關(guān)閉候車(chē)室照明裝置。解決方案：依百度百科，閃電的持續(xù)時(shí)間約0.25秒，故可考慮解決方案為對(duì)候車(chē)室內(nèi)4個(gè)光敏檢測(cè)得到的電壓值在0.5s內(nèi)發(fā)生突變，那么輸出前一時(shí)刻PWM波形，使照明裝置維持前一時(shí)刻亮度不變。問(wèn)題二：因手電筒等照明的影響，使某個(gè)光敏檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的光亮

29、比室內(nèi)光亮強(qiáng)很多，照成對(duì)候車(chē)室內(nèi)光亮的誤判。解決方案：正常情況下，候車(chē)室內(nèi)4個(gè)光敏電阻所得電壓數(shù)據(jù)應(yīng)該在相同的區(qū)間范圍內(nèi)。故可將4個(gè)光敏檢測(cè)結(jié)點(diǎn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行與處理，當(dāng)4個(gè)結(jié)點(diǎn)所得電壓區(qū)間相同時(shí)再進(jìn)行光亮調(diào)節(jié)，否那么輸出前一時(shí)刻PWM波形，使照明裝置維持前一時(shí)刻亮度不變。問(wèn)題三：因候車(chē)室內(nèi)大型廣告燈牌的影響，使4個(gè)光敏檢測(cè)節(jié)點(diǎn)所檢測(cè)光亮均比室內(nèi)正常光亮強(qiáng)，從而照成照明裝置亮度較低。解決方案：在調(diào)度室PC機(jī)除接入時(shí)鐘模塊，針對(duì)春夏秋冬及白天黑夜不同時(shí)刻候車(chē)室內(nèi)應(yīng)有的光照強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在不同的季節(jié)時(shí)間內(nèi)，將候車(chē)室實(shí)時(shí)光敏檢測(cè)的結(jié)果與正常數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，假設(shè)不在一個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)，那么在上位機(jī)界面報(bào)警，提醒

30、工作人員進(jìn)行人工操作。因要大量參考數(shù)據(jù)，這一方案在本系統(tǒng)內(nèi)還未實(shí)現(xiàn)。3 站臺(tái)照明控制設(shè)計(jì)3.1 站臺(tái)照明控制方案概述站臺(tái)通訊控制示意如下列圖11。圖11：站臺(tái)通訊控制示意圖調(diào)度室通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得列車(chē)運(yùn)行信息。列車(chē)進(jìn)出站時(shí)，站臺(tái)處單片機(jī)通過(guò)串行通信從調(diào)度室獲得信息并完成對(duì)站臺(tái)照明裝置的相應(yīng)控制。也可通過(guò)紅外遙控器控制單片機(jī)進(jìn)行照明控制。當(dāng)通訊系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以人工完成對(duì)照明裝置的控制。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖12。列車(chē)進(jìn)站信號(hào)PC上位機(jī) 單片機(jī) 站臺(tái)照明串行通信繼電器 控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)紅外遙控人工手動(dòng)圖12：站臺(tái)照明控制示意圖3.2 PC機(jī)與單片機(jī)通訊設(shè)計(jì)圖13：PC機(jī)與單片機(jī)通訊示意圖站臺(tái)照明主控芯片

31、為AT89C52。PC機(jī)與AT89C52的通訊情況類(lèi)似于PC機(jī)與Zigbee協(xié)調(diào)器的情況。具體操作方法可參照2.2節(jié)。PC機(jī)與單片機(jī)通訊示意如上圖13，AT89C52與MAX485接口電路如下列圖14。圖14：AT89C52與MAX232接口電路圖 3.3 紅外遙控電路設(shè)計(jì)紅外控制分為紅外收發(fā)、紅外接收解碼兩局部。紅外發(fā)送通過(guò)紅外遙控器完成，一體化紅外接收器完成紅外接收。TC9012是一塊用于東芝系列紅外遙控系統(tǒng)中的專(zhuān)用發(fā)射集成電路，可發(fā)射38KHZ的載波，以減少雜波信號(hào)的干擾。TC9012的通信格式為：一幀數(shù)據(jù)中含有32位碼，包含兩次8位用戶碼，8 位數(shù)據(jù)碼和8 位數(shù)據(jù)碼的反碼及最后位的同步

32、位。引導(dǎo)碼由4.5ms的載波和4.5ms的載波關(guān)斷波形所構(gòu)成，以作為用戶碼、數(shù)據(jù)碼以及他們的反碼的先導(dǎo)。VS0038是塑封一體化紅外線接收器，它是一種集紅外線接收、放大、整形于一體的集成電路，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號(hào)兼容的所有工作，沒(méi)有紅外遙控信號(hào)時(shí)為高電平，收到紅外信號(hào)時(shí)為低電平，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。紅外發(fā)送由紅外遙控器完成，紅外接收由一體化紅外接收頭VS0038完成，并將復(fù)原后的紅外遙控原始編碼輸入單片機(jī)。TC9012是用于紅外遙控系統(tǒng)的發(fā)射集成電路，可發(fā)射38KHZ的載波，以減少雜波信號(hào)的干擾。

33、圖15：AT89C52與紅外一體化接收電路圖3.4 繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)繼電器線圈需要較大的電流約50mA才能使繼電器吸合，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)多個(gè)繼電器需加驅(qū)動(dòng)。ULN2003是個(gè)非門(mén)電路，含7個(gè)單元，單獨(dú)每個(gè)單元驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)350mA。通過(guò)控制繼電器吸合個(gè)數(shù)，可控制站臺(tái)照明裝置亮滅組數(shù)。圖16：AT89C52與繼電器驅(qū)動(dòng)電路 4 車(chē)站燈光節(jié)能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 候車(chē)室Zigbee協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì) 圖17：Zigbee協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)4.2 候車(chē)室路由器軟件設(shè)計(jì) 圖18：路由器軟件設(shè)計(jì)4.3 候車(chē)室Zigbee終端軟件設(shè)計(jì)圖19：Zigbee終端軟件設(shè)計(jì)4.4 站臺(tái)燈光控制流程設(shè)計(jì)圖21：上位機(jī)設(shè)

34、計(jì)流程圖圖20：站臺(tái)燈光控制流程圖4.5 紅外遙控設(shè)計(jì)紅外發(fā)射由紅外遙控器完成，單片機(jī)主要完成紅外解碼及對(duì)繼電器的控制。本系統(tǒng)選擇的紅外遙控器主控芯片為T(mén)C9012，紅外接收解調(diào)由一體化紅外線接收器VS0038完成，紅外解碼由單片機(jī)完成。圖23：紅外遙控程序框架圖22：紅外遙控設(shè)計(jì)流程 光敏檢測(cè)PWM輸出設(shè)計(jì)依據(jù)光敏檢測(cè)所得電壓大小不同，設(shè)定不同的PWM波輸出模式以控制光亮。光敏檢測(cè)PWM調(diào)光流程圖如下。圖24：PWM控光流程5 結(jié)束語(yǔ)畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)將原有知識(shí)付諸實(shí)踐，并向新的知識(shí)、技能學(xué)習(xí)的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，我體會(huì)到自主學(xué)習(xí)，要善于利用已有資源的重要性。這其中的資源包括網(wǎng)絡(luò)資源、向老師和同

35、學(xué)交流討論的能力等。?車(chē)站燈光節(jié)能控制系統(tǒng)的研制?從研究背景及意見(jiàn)、系統(tǒng)硬件選型與設(shè)計(jì)到系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，各環(huán)節(jié)都有內(nèi)在的聯(lián)系。節(jié)能是當(dāng)代社會(huì)日益關(guān)注的一個(gè)話題，車(chē)站節(jié)能依據(jù)實(shí)際情況，從候車(chē)室與站臺(tái)兩方面進(jìn)行考慮。候車(chē)室內(nèi)完全采用硬件電路，實(shí)現(xiàn)燈具亮度隨室內(nèi)光線變化而實(shí)時(shí)變化的功能，簡(jiǎn)單有效。站臺(tái)依據(jù)列車(chē)進(jìn)出站不同而進(jìn)行不同的照明方案，到達(dá)節(jié)能目的。通過(guò)上位機(jī)與紅外控制，使照明控制不用人工手動(dòng)完成，提高了效率。 在完成了對(duì)車(chē)站燈光節(jié)能控制系統(tǒng)的研制工作之后，我對(duì)電子設(shè)計(jì)的整體流程和調(diào)試有了更加具體的認(rèn)識(shí)，硬件知識(shí)以及單片機(jī)應(yīng)用知識(shí)也有了較大的提高，C語(yǔ)言編程也更為熟練。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，自己的動(dòng)

36、手能力和實(shí)踐能力有了很大幅度的提高。這次設(shè)計(jì)中所學(xué)獲得的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)必將為我今后的工作和學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的根底。主要參考文獻(xiàn)： 1國(guó)家開(kāi)展和改革委員會(huì).?節(jié)能中長(zhǎng)期專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃?R.北京:國(guó)家開(kāi)展和改革委員會(huì)，2004. 2廖美.高速鐵路大型客站照明系統(tǒng)的節(jié)能研究D.華中科技大學(xué),2021年1月. 3趙青青.智能照明控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用綜述N.照明工程學(xué)報(bào),2021年8月(第22卷第4 期). 4孫育才.ATMEL新型AT89S52系列單片機(jī)及其應(yīng)用M.清華大學(xué)出版社,2005年1月.5王力人.控制用小型繼電器M.中國(guó)電子學(xué)會(huì)電子元件學(xué)會(huì)?電子元件?編輯部,1992.6張俊.地鐵車(chē)站節(jié)能控制策略J.現(xiàn)代

37、建筑電氣,2021(31):25-28.7王小強(qiáng).基于ARM的Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D.電子科技大學(xué),2021.06. 8胡瑋、魏偉.RS232與RS485串行接口轉(zhuǎn)換電路及其編程實(shí)現(xiàn)J.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2021,8(1).9余莉娜.基于PFC的LED驅(qū)動(dòng)電源研究與實(shí)現(xiàn)D.電子科技大學(xué),2021.04.10王琪.基于FAN7527B的LED電源設(shè)計(jì)J.電子元器件應(yīng)用,2021.06.14,13(8).11楊東峰.直流電磁繼電器驅(qū)動(dòng)方法的探討J.機(jī)電元件,2002.03,22(1).附錄Zigbee簡(jiǎn)介 ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、高數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種廉價(jià)的，低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線網(wǎng)