Diseño de circuito de acondicionamiento de señal para captación de voltaje y corriente luminosa.
Con la continua expansión de la escala de las ciudades grandes y medianas y la mejora continua de la apariencia urbana, el número de farolas de iluminación Está aumentando y su consumo de electricidad representa el consumo total de electricidad de la ciudad. La proporción también está aumentando. En el pasado, el alumbrado público utilizaba principalmente suministro de energía directo, así como suministro de energía manual y apagado manual. Este método tiene muchas desventajas: el voltaje del sistema de suministro de energía fluctúa en diferentes momentos, siendo menor que el valor nominal durante los períodos pico y mayor que el valor nominal durante los períodos valle. Cuando el voltaje es alto, no solo afecta la vida útil del equipo de iluminación, sino que también aumenta considerablemente el consumo de energía (si el voltaje de la fuente de alimentación aumenta en 20, el consumo de energía aumentará en 44 cuando el voltaje es bajo). , el equipo de iluminación no puede funcionar normalmente; se utiliza suministro de energía manual para aumentar la cantidad de personal, a veces no se puede abrir y cerrar a tiempo, lo que afecta la iluminación normal y desperdicia energía eléctrica. Por lo tanto, es necesario desarrollar un dispositivo conveniente y que ahorre energía para abordar los problemas anteriores, que debería tener las siguientes funciones.
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(1) Control de estabilización de voltaje: no importa durante el pico o valle del consumo de energía, el voltaje de la fuente de alimentación siempre puede ser estable dentro del valor nominal SL5020P
MM58248V
(2) Función de visualización: puede mostrar voltaje de entrada, voltaje de salida, corriente trifásica, factor de potencia, potencia activa, potencia reactiva y otros parámetros FSDL0365R
>(3) Temporización de inicio y parada: diferentes regiones y estaciones tienen diferentes horarios de alternancia de día y noche. El sistema puede ajustar automáticamente el tiempo de encendido de la luz de la calle según la región y la temporada;
LM4871A
(4) Ajuste la hora de inicio y parada según las condiciones climáticas: en la función de inicio y parada programadas, las luces de la calle se pueden encender y apagar según las condiciones climáticas;
HMC316MS8
(5) Compensación automática del factor de potencia: con la actualización continua de los equipos de iluminación, el sistema debe tener la función de compensación del factor de potencia;
SMDJ33A
(6) Alta eficiencia, sin forma de onda Distorsión, regulación de voltaje estable, amplia adaptabilidad de carga, puede soportar sobrecarga instantánea, operación continua a largo plazo, control manual y conmutación automática a voluntad, función de protección automática contra sobretensión y subtensión.
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El principio de funcionamiento del sistema 1
KM416V1200BT-L5
Hay muchas formas de regular el voltaje de CA, tales como regulación de voltaje de transformador de autoacoplamiento, modulación de fase y regulación de voltaje de saturación magnética. Ninguno de estos métodos puede cumplir los requisitos funcionales de los dispositivos de ahorro de energía de las farolas. El método del autotransformador no puede cumplir los requisitos debido a las limitaciones de sus escobillas de carbón cuando suministran una gran corriente. Sin embargo, el método de modulación de fase tiene distorsión de la forma de onda, lo que interfiere con la red eléctrica y algunos equipos de iluminación nuevos, y no puede cumplir con los requisitos; el método de saturación magnética no puede cumplir con los requisitos de alta potencia debido a su gran tamaño; 6MCX0297923
El transformador regulador de voltaje tiene una salida de doble contacto, y cada contacto puede moverse dentro de todo el rango. Cuando el contacto A está hacia arriba y el contacto B está hacia abajo, la fase del voltaje de salida del transformador de compensación Ub es la misma que Ui cuando el contacto A está hacia abajo y el contacto B está hacia arriba, la fase del voltaje Ub emitido por el transformador de compensación; es opuesta a la fase de Ui. Cuando el voltaje de entrada Ui aumenta δUi, el circuito de control ajusta el movimiento de los contactos A y B de modo que el contacto B se mueve hacia el extremo superior y A se mueve hacia el extremo inferior. El voltaje de compensación Ub cambia en consecuencia δUb, δUb =-δUi, Uo. = Ui-δUb, Mantenga el voltaje de salida Uo sin cambios; cuando el voltaje de entrada Ui disminuye δUi, el circuito de control mueve el contacto A al extremo superior y B al extremo inferior. En este momento, δUb = δUi, Uo = Ui δUb mantiene el voltaje de salida Uo sin cambios.
El devanado primario del transformador regulador de voltaje TUV está conectado en forma de Y y está conectado al extremo de salida del regulador de voltaje, y el devanado secundario está conectado al devanado primario del transformador de compensación TB conectado en serie en el circuito principal.
El proceso de estabilización de voltaje es: la unidad de detección de voltaje muestrea, detecta y emite señales de acuerdo con los cambios en el voltaje de salida, controla la rotación del servomotor y acciona las escobillas del transformador TUV para ajustar el voltaje secundario del transformador, cambiando así Compense la polaridad y la magnitud del voltaje para lograr la estabilización automática del voltaje de salida dentro del rango permitido de la precisión del ajuste de estabilización de voltaje, logrando así el propósito de la estabilización automática de voltaje.
El método del transformador de compensación tiene las características de tamaño pequeño, control flexible, voltaje mínimo que regula la potencia del transformador y la corriente de salida, operación continua y una fuerte capacidad de sobrecarga.
Diseño de hardware del circuito de control
El circuito de hardware del sistema de control consta de un microcontrolador, un convertidor A/D, una pantalla de cristal líquido, un circuito de reloj y un servocontrolador.
Microcontrolador 2.1
El microcontrolador adopta P89C51RD2. El microcontrolador P89C51RD2 tiene una memoria de programa FLASH no volátil programable en paralelo de 64 K, que puede realizar la programación en serie ISP en el sistema y IAP en la aplicación. . En la programación del sistema ISP (en la programación del sistema), hay 1 KB de RAM en el interior, el programador paralelo selecciona el modo de 6 relojes/12 relojes (el modo de reloj predeterminado es 12 relojes después del borrado del chip), 4 niveles de prioridad de interrupción, registros DPTR duales, matriz de contadores de programación. PCA, salida PWM y otras funciones. El sistema utiliza el microcontrolador P89C51RD2 y no necesita ampliar la memoria del programa ni la memoria de datos. Todos los puertos de E/S del microcontrolador funcionan en modo de E/S normal. Para ahorrar líneas de puerto, los dispositivos periféricos utilizan chips con comunicación de datos en serie. Para evitar interferencias, todas las líneas de señal que manejan señales fuertes están ópticamente aisladas. Después de la conversión de nivel, el puerto serie puede funcionar como ISP por un lado y puede comunicarse con el host por el otro.
2.2 Circuito de conversión analógico a digital
El circuito de conversión analógico a digital consta de un circuito de acondicionamiento de señal y un circuito de conversión A/D. La función principal del circuito de acondicionamiento de señal es convertir señales externas como voltaje, corriente y luz ambiental en un rango de señal aceptable para el A/D. El chip de conversión A/D utiliza un convertidor TLC2543. El TLC2543 es un convertidor analógico a digital de 12 bits con 14 canales. Hay tres canales dentro del chip y 11 canales fuera. El voltaje de entrada es 0~5V (VER-=0, VER =5V). La interfaz entre TLC2543 y la CPU adopta el modo SPI y sus pines se convierten. El TLC2543 puede funcionar en modos de 8 y 12 bits. Se puede seleccionar durante la inicialización y la conversión se puede iniciar enviando el número de canal correspondiente TLC2543 en el comando. Una vez completada la conversión, el EOC enviará un pulso de bajo nivel al microcontrolador. Después de que el microcontrolador responde a la interrupción, puede leer los datos de conversión del TLC2543 y enviar el siguiente comando de inicio de canal al mismo tiempo.
2.3 Circuito de accionamiento del motor paso a paso
El motor paso a paso es impulsado por un módulo de accionamiento de motor paso a paso disponible comercialmente y solo requiere cinco cables para interactuar con el microcontrolador. Los pines del módulo incluyen control de dirección, pulso de paso, señal de freno, GND y VCC. Después de que el microcontrolador recopila el voltaje trifásico, lo compara con el valor establecido para determinar la dirección de funcionamiento y el número de pulsos de paso. Una vez que el voltaje de salida esté dentro del rango de error, el motor paso a paso dejará de funcionar.
2.4 Circuito de monitor y teclado
El monitor adopta una pantalla LCD de 128 × 64 y los datos se pueden mostrar en una pantalla dividida. La interfaz entre la pantalla y el microcontrolador es una transmisión de datos en serie de 4 cables. El teclado es un teclado matricial de 4×4 con **16 teclas. A través del teclado se pueden configurar parámetros como hora del sistema, regulación de tensión, longitud y latitud, tiempo de encendido de alumbrado público, etc.
2.5 Circuito de detección de luz ambiental
La función del circuito de detección de luz ambiental es detectar la luz exterior. Siempre que esta función esté activada durante la configuración, el dispositivo puede encender automáticamente las luces de la calle cuando la luz exterior alcanza un cierto nivel. El circuito se muestra en la Figura 4.
Cuando la luz ambiental es brillante, la resistencia del fotorresistor RS es muy pequeña y el voltaje del colector del transistor es muy bajo. Cuando la luz ambiental es oscura hasta cierto punto, el voltaje de salida aumenta. Cuando es superior al valor establecido, el microcontrolador controla el encendido de la luz de la calle.
2.6 Circuito de detección del factor de potencia
El voltaje y la corriente se moldean y envían a INT0 e INT1 del microcontrolador. Cuando se interrumpe INT0 (señal de voltaje), el temporizador T0 comienza a contar. Cuando se interrumpe INT1 (señal de corriente), se lee el recuento de T0. Cuando se interrumpe INT0 nuevamente, el valor de T0 se lee y se borra. La frecuencia y el factor de potencia de la fuente de alimentación se pueden calcular a partir de las dos lecturas de T0.
3 Diseño de software del circuito de control
El programa de software utiliza lenguaje C51 y programación modular. El software consta del programa principal, el programa de muestreo A/D, el programa de filtro digital, el programa de visualización, el programa de procesamiento de botones, el programa de controlador de motor paso a paso, el programa de ajuste de voltaje y el programa de compensación del factor de potencia.
3.1 Programa principal
Una vez que el sistema comienza a funcionar, el programa principal primero inicializa los recursos internos y externos del microcontrolador y luego llama al programa del módulo de funciones en secuencia.
3.2 Programa de muestreo analógico a digital
El programa principal llama cíclicamente al programa de muestreo A/D. Recoge 10 señales analógicas externas 12 veces cada vez y las envía. el búfer de datos después del filtrado digital para uso de otros programas.
3.3 Programa de ajuste de voltaje
El programa de ajuste de voltaje utiliza el algoritmo PID. Su entrada es el voltaje de ajuste establecido y el voltaje de salida después de la operación PID, se convierte en el número de pulsos. Salida del motor paso a paso, para uso de controladores de motor paso a paso. El controlador de motores paso a paso es relativamente sencillo. Según el número y la dirección de los pulsos calculados por PID, los pulsos correspondientes se envían al controlador del motor paso a paso a través del puerto de E/S. Dado que la precisión de la estabilización de voltaje del sistema se puede configurar dentro de un cierto rango a través del teclado, no hay exceso durante el proceso de regulación de voltaje del sistema.
3.4 Programa de visualización
El programa de visualización muestra voltaje, corriente, factor de potencia, hora del sistema, estado de funcionamiento y otros parámetros en la pantalla LCD. Dado que hay una biblioteca de caracteres chinos en el módulo LCD, el código interno del carácter chino se puede enviar directamente cuando se muestran los caracteres chinos. Los números dinámicos también se muestran usando la fuente dentro de la pantalla LCD, por lo que no es necesario crear una fuente. el programa.
3.5 Programa de compensación del factor de potencia
El factor de potencia se calcula en función de los datos leídos de las interrupciones INT0 e INT1. En comparación con el factor de potencia establecido, después del cálculo, el relé externo se controla para cambiar el banco de capacitores y mantener el factor de potencia de la rama de suministro de energía de la farola dentro del rango establecido.
4 Conclusión
El dispositivo de ahorro de energía de alumbrado público inteligente adopta el método de estabilización de voltaje de compensación del transformador y utiliza las potentes capacidades informáticas y de control del microcontrolador. Tiene las ventajas de su tamaño pequeño. , funcionamiento fiable y ahorro de energía. Si se puede promover, elevará la gestión del alumbrado público urbano a un nuevo nivel, ahorrando energía y reduciendo la pérdida de luminarias, por lo que tiene amplias perspectivas de promoción.