基于X1227S8I的路灯节电控制器系统设计
1 引言
随着我国经济的高速发展,人民生活水平的日益提高,电力短缺问题尤显突出,已逐渐成为制约经济发展的瓶颈。路灯 照明占城市用电量较大。为了节约城市用电,一般采用路灯 节电控制器。它是利用不同时段的电压波动,在保证照度标准和照明质量的前提下,采用降压方法力求减少照明系统中的能量损失,最有效地利用电能。一般系统大都采用单片机内部计时方式进行软件定时,但需要采用计数器,这不仅占用硬件资源,而且不具有实时时钟,只能进行简单控制,节电效果也不能实现最大化。而采用X1227S8I 可以解决系统的实时时钟,还可实现系统参数的掉电保存。利用X1227S8I 作为核心器件并与单片机技术相结合,可以实现按日出、日落时间自动开启路灯 ,以致最大程度地缩短路灯 的开关时间,获取最大的节电效果。
2 X1227S8I 简介
X1227S8I 是一款带有时钟、日历、CPU监控电路和两路查询报警的实时时钟(RTC),它采用低成本的32.768 kHz晶体作为输入,可精密到秒、分钟、小时、日期、星期、月、来显示时间,并能自动调整闰年至2096年。X1227S8I 还提供一个备用电源的输入引脚(VBACK),该引脚可使器件采用不可充电的电池作为备用电源。X1227S8I 具有一个4 K位的EEPROM阵列,可保存系统配置参数,并具有安全、保密性。该存储器在主电源和备用电源全都失效时不受影响。另外,X1227S8I 还具有2.7～5.5 V单电源;其工作温度范围为-40℃～+85℃;采用小型8引脚SOIC封装等特点。
3 系统设计
3.1系统设计依据
由于气体放电灯消耗的功率取决于输入电压,根据高压钠灯的工作特性随电源电压的变化规律,当工作电压上升至额定电压的106％时,钠灯的功耗将上升至额定功率的115％;当工作电压上升至额定电压的110％时,钠灯的功耗将上升至额定功率的130％。若以额定功率为400 W的钠灯为例,当电源电压上升至额定电压的108％时,灯泡的功耗将上至480 W,这将造成用电量的大幅度上升。 由于设计道路亮度时已考虑了正常的亮度需要,所以不应以降低亮度来节约电能消耗,但考虑到后半夜车辆人流大为减少,此时供电电压因用电负荷减少而升高,此时采用降低供电电压,而适当降低光源的光通量也是可行的。假设后半夜的供电电压升高10％,此时再降低供电电压为额定电压的90％来运行,则光通量减少为额定值的70％,而消耗功率可减少55％。
路灯 照明节能的基本原则应以保证不降低场所的视觉要求为原则,在保证亮度标准和照明质量的前提下,依据路灯 电压与功率的非线性关系,力求减少照明系统中的能量损失,最有效地利用电能。系统采用降压调功节电,即利用时控自动投切及跟压调功等技术,自动跟踪电网电压,自动调节照明功率,实现对灯具自动、准确地开关及电压和照度输出的智能化模糊调节,解决了光控自动投切方式的干扰。智能化地调整路灯 的实际供电电源,使输出电压相对稳定,保证灯具的输入功率与实际照度要求达到最佳匹配,从而实现了高效节电,使其节电率达15％～38％,且延长了灯具的使用寿命。
3.2系统框图
图1为系统设计框图。其系统硬件主要由处理器(CPU)时钟电路、显示键盘电路、电流电压信号处理电路、通讯接口电路、电源自动切换电压稳定输出控制电路等5部分组成。其中,时钟电路负责提供钟,保存系统配置参数;显示键盘电路负责完成参数的设置和显示;电流电压信号处理电路用于完成三相电流、电压的测量信号处理转换;通讯接口电路负责完成系统升级,并采用GPRS通讯方式远程控制,实时监测三相电压、电流,以及设置远程开灯、关灯控制参数等,以减轻路灯 管理员的劳动强度,实现城市照明管理的现代化;电源自动切换电压稳定输出控制电路用于完成节电方案中电压的分段调节控制。
3.3时钟、参数存储器电路
图2示出X1227S8I 应用电路。由于P89V51RD2复位引脚RESET与X1227S8I 输出复位RESET的电平不同,所以采用74HC02转换电平。X1227S8I 的VBACK接一个3 V锂电池,VCC电源失效时可为器件提供电源,以保证实时时钟准确。X1227S8I 中SCL串行时钟输入端用来对所有输入和输出器件的数据进行计时。串行数据端(SDA)是一个双向引脚,用于向器件输入或输出数据。漏极开路输出需要使用上拉电阻输出。
