基于单片机的路灯节能装置软件—设计文档

软件详细设计报告 Error! No text of specified style in document. 孝感定原电子科技有限公司文 档 编 号产品版本密级产品名称：基于单片机的路灯节能装置软件共 页软件设计说明书目 录摘 要31详细设计31 .1软件简述31 .2软件功能描述41 .3控制主程序设计61 .4路灯节电系统调压变压模块81 .5系统自检处理101 .6红外遥控122编程协定122 .1操作系统122 .2调试工具122 .3编译链接工具12摘 要随着我国城市的快速发展，城市道路路灯中的电能消耗也随之增大，使城市的供电 压力增大，运行费用增加。同时，路灯分布的不均匀会导致某些道路、街道亮度分布的 不均匀，容易造成交通事故，路灯过亮或者过暗也影响灯具的正常运行和使用寿命。因 此，深入研究路灯节电系统对城市道路照明的合理设计、安全运行等都具有非常重要的 意义。本文在路灯节电装置中完成了以下几方面的研究工作： 首先，对国内外现有的照明节电方法进行对比分析，本文提出了基于单片机控制的 变压器降压节电方法。该节电器采用单片机控制变压器抽头来降低负载电压，从而实现 节电、延长灯具寿命的目的。 其次，详述了节电原理，硬件设计及其结构原理，包括电气组成、控制原理、单片 机及其外围电路、电流与电压采样电路和驱动电路等硬件结构。设计了节电装置的软件 结构和经纬度定时程序。 然后，对路灯调压变压器进行电磁计算和软件设计。根据设计任务书上给出的已知 参数，确定磁通密度、电流密度，从而选取铁心直径、导线规格、主要结构尺寸，然后 根据这些参数计算性能数据。此外，用c+Builder60编制调压变压器的计算设计软件。 最后，构建了路灯节电装置及其调压变压器仿真数学模型，对调压变压器投入运行 时的磁通、电压和电流等参数进行暂态分析和稳态分析。采用MatlabSimulink70仿真软 件对路灯节电装置进行了建模仿真，构建仿真电路，并对系统仿真进行了分析研究。 本文开发的以AT89S52单片机为核心的路灯节电器，在电网电压波动范围较大的情 况下，该节电器能自动调整输出电压的大小，使路灯始终能够稳定运行，并延长灯具的 寿命，达到较好的节电效果。实验证明该节电器的平均节电效率达到25左右，具有较 好的可靠性和较高的性价比，具有很好的市场前景。关键词路灯节电器 灯节电装置1 详细设计1 .1 软件简述随着路灯节电系统智能化技术的发展，对微机保护装置功能的要求也越来越多，不 仅要完成保护功能，还要充分发挥微处理器的智能作用，完成通讯、人机对话、自检等 功能。同时，随着智能路灯控制器的出现，对微机保护的控制精度和实时性也提出了更 高的要求。目前微处理器芯片的性能大幅度提高，己可以适应这种复杂化的应用系统的 要求，因而设计工作的关键落到了控制软件上。本装置的控制软件有以下几个特点畔： (I)易理解性、易维护性：通常是指软件系统容易阅读和理解，容易发现和纠正错误， 容易修改和补充。由于自动化程度的不断提高，系统的结构日趋复杂，设计人员很难在 短时间内对整个系统理解无误，应用软件的设计和调试不可能一次性完成，有很多问题 是在运行中逐渐暴露出来的，这就要求所编制的软件容易理解和修改。由于微机的运行 速度的提高，片面追求软件所占存储空间量小就不可取了，为了便于他人的阅读理解和 修改，往往要采样模块化的结构设计方案，使得程序流程清晰明了； (2)实时性：实时性是路灯节电系统智能化的普遍要求，即要求系统及时响应外部事 件的发生，并及时给出处理结果。近年来，由于硬件集成度与运算速度的大幅度提高， 在配合相应的软件，实时性容易满足要求。在软件设计中，采用汇编语言比采用高级语 言更具有实时性，但编写大的软件时，汇编语言的工作效率很难达到要求，因此越来越 多的技术人员采用c语言来进行软件的开发； (3)可测试性：这主要包括两方面的含义：是指比较容易的制定出测试标准，并根 据这些标准对软件进行测定；二是指软件设计完成后，首先在模拟环境下运行，经过静 态的分析和动态的仿真运行，证明准确无误后才可以投入实际运行； (4)准确性：这一点对路灯系统自动化有重要的意义。系统中要进行一些计算，算法 的正确性与精确性问题对控制结果有着直接的影响，因此在算法选择方面要适合要求： (5)可靠性：可靠性是控制系统软件最重要的指标之一，它要求两方面的意义：一是 运行参数环境发生变换时，软件都可以可靠运行并给出正确结果；二是道路环境恶劣， 干扰严重，必须保证在严重干扰条件下也能可靠运行，这对路灯控制智能化尤为重要。1 .2 软件功能描述1 .2.1 软件功能介绍系统基于STC89C52单片机，主要的模块有热释电红外传感模块、温度检测模块、蜂鸣器报警模块、数码管显示模块和GSM短信报警模块。系统整体框架如图1所示。1 .2.2 软件基本框架信号调理部分采用了模拟比较器输入的结构，下图是本软件的基本框架图和主程序流程图。图一 基本框架图根据控制原理和节电控制策略编写软件，包括节电控制程序，键盘液晶交互程序， 经纬定时程序，过压、欠压、过流、短路等保护程序。程序采用模块化设计，以主程序 为核，II，设置多个子功能模块，运行过程中由主程序调用各子功能模块。图二 主程序流程图1 .3 控制主程序设计空气开关QF合上，经纬定时开关启动闭合，路灯节电装置开始检测电压；如果输 入电压u大于260V或小于180V，装置断电保护，报警过压或欠压故障，否则，装置 立即合上接触器K1，系统置于旁路状态。15分钟后，继续检测电压；如果电压在大于 180V，而小于200V，则继续旁路工作：如图2所示。1 .3.1 程序流程图1 .3.2 设备侧实现如果电压处于200V260V正常范围，合上接 触器K2，然后断开Kl；根据节电控制策略，通过单片机控制单元变压器抽头的切换 以控制负载上输出电压，达到节电控制要求；如果电压处于200V一220V，则合上控制 变压器抽头的接触器KMl：如果电压处于220V240V，则打开KMl，然后合上接触 器KM2；如果电压处于240V260V，则打开KMl或KM2，然后台上接触器KM3。 如果CTl输出电流大于100，则发出过载报警提示，同时启动风扇对变压器进行冷却。电流仍在空气开关OF的整定值范围内，装置仍可供电，一般过载不超过120。 变压器温度检测，如果温度超过规定值，则直接合上K1，打开K2，旁路工作。1 .4 路灯节电系统调压变压模块变压器的设计中包括电、磁、结构等大量的理论基础，下面针对在设计中涉及到的 一些基本的理论进行简单阐述并对一些应用公式按照实际计算进行简化。为下面的设计 提供理论基础，确保程序的准确性。变压器的设计计算中，既包括严格理论推导的计算 公式，还包括大量经验和半经验公式，在计算和设计中牵涉到很多系数。这些系数基本 上是一系列许可的取值区间，如何在这一区间种选择一个确定数值，在很大程度上取决 于设计者的经验。即使对已经有理论分析得到的理论公式的一些计算步骤，例如铁心直 径的选择，1 .4.1 程序流程图1 .4.2 设备侧实现由于理论公式本身需要位于其后的计算步骤得到的结果作为输入条件，不便于进行计算，因此在实际设计中，都是采用一些经验公式作为初估。 设计计算中得到的结果都是连续型的实数值，但是加工制造时不可能针对连续参数 加工，因此其中的结构参数和其他有要求的参数必须归整为规定的离散值。离散值的取 值范同是国家或企业所规定的允许值的集合。1 .5 系统自检处理1 .5.1 程序流程图1 .5.2 设备侧实现软件上电初始化自检开始，先进行微处理器外设初始化，包括片内外设串口，定时器，CAN 接口，IO口等。把芯片默认的引脚跟内部的外设资源连接起来，即定义引脚的功能模式。然后读取温度传感器的信号，内部电压信号，电流信号等。最后进入while循环程序之前，对程序里面定义的全局变量进行上电初始化赋值。若出现异常，系统自动恢复出厂设置，进行系统报警，并将数据记录到EEPROM中。1 .6 红外遥控1 .6.1 程序流程图1 .6.2 设备侧实现红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强、信息传输可靠、功耗低、成本低、易实现等显著优点。本设计使用的是NEC编码方式的遥控器，红外接收选择HS0038红外遥控器接收头，接收