《路灯设计》教学设计（共8篇）
《路灯设计》教学设计 篇1
添一束光
浙美版十一册《路灯设计》教学设计
李霜菊
一、教材分析：
《路灯设计》一课属于设计应用领域。路灯是生活中随处可见的公共设施，路灯也从单纯的照明功能向欣赏和实用相结合发展。本课设计意图是将生活中的元素与美术相结合，让学生学会运用仿生学的设计理念，理解路灯造型设计的注意点（结构、协调性、造型、功能等方面），从而设计出造型新颖，构思巧妙的有特色的路灯。让学生关注生活，认识到美妙多彩的世界来自人们精心的设计，优秀的设计会使世界变得更美好。
教学重点：设计与环境协调、造型独特的的路灯。教学难点：路灯设计时各个因素的把握。
二、教学目标
知识与技能：
了解路灯设计的基本要素，设计一盏或一组造型新颖、构思巧妙与环境协调的路灯。
过程与方法：通过回忆生活中的路灯和图片欣赏，启发学生从美观、实用等方面综合考虑，从而为嘉兴街道设计出有特色的路灯。
情感态度价值观：感受路灯的造型美感，提高对生活物品和环境的关注。一方面体验到设计的魅力，也提高了对家乡环境的热爱。
三、教学准备
学生：铅笔，彩笔
老师：上课用的图片，示范用的工具等，设计好作业纸
四、教学过程
1、激情导入。通过对身边事物的改造来激发学生的兴趣。
黑板上张贴好一张自由女神像和鸟笼的图片，设置悬念。师：黑板上的是什么？ 生：自由女神和鸟笼
师：今天这个不是自由女神这里也没有鸟笼，看我怎么变。示范：用记号笔将字划去，并简单的几笔画成路灯造型。生：惊讶！
师：现在它们还是原来的样子吗？简单的几笔，就变成了路灯，为我们的城市增添了光亮。路灯是夜间的精灵，照耀着路上的行人，为我们的生活带来了夜间的光明。今天我们要上的就是《添一束光》。（ppt出示主题）
2、探讨研究。通过生活中路灯对路灯的回忆和图片的欣赏探讨路灯设计的因素。师： 你还能想象其他的东西变成路灯吗？ 生：回答。（回答不出来，老师可以举例提醒）
师：这就是我们所说的仿生学。将生活中的元素带到设计中去，使设计更加人性化和生活化。（ppt出示图片、黑板写下仿生学）师：在嘉兴的街道你见过令你印象深刻的路灯吗？ 生：回忆嘉兴的路灯
师：今天我也带了很多别的地方路灯的图片。（ppt播放图片欣赏）
图片欣赏过程中，老师解说主要点在路灯的造型、实用性、美观性上。（板书跟上）师：路灯在我们的生活中，不仅仅是公共设施，它也是一件艺术品，一件工艺品。师：如果让你为嘉兴的街道设计有特色的路灯，让来嘉兴的人么印象深刻记住嘉兴这个城市，你会怎么设计？
生：粽子造型的，南湖菱造型的…….（学生回答不上，老师引导）师：在设计之前，我们要先了解路灯的结构。（ppt路灯结构图）生：灯罩，灯体，灯柱 师：适当时加入底座。
师：我们先来看看同龄人的作品。
图片展示四张作品。
师：你喜欢哪一副？为什么？将这些灯搬到嘉兴，你觉得适合放在哪里？（点出与环境的协调性，板书跟上）
图片展示两张对比的作业。师:你觉得哪一副作品更成熟？ 生：第二幅，因为立体。（点出立体，板书跟上）师：怎么表现立体感呢？
示范：示范怎样将路灯设计的立体，透视要注意，适当的加阴影。师：设计的时候一个很重要的因素——创意别忘记了。
3、自由设计。学生形成基本的设计思路，老师适当的指导。师：你想为嘉兴的哪条街道设计怎样的一盏路灯呢？ 生：思考、讨论、回答（教师发现问题要及时指导）
师：本堂课将选出创新奖若干，造型奖若干，奖励将若干。让我们为嘉兴添一束特色的光。
作业要求是运用自己的创意为嘉兴的一条街道设计一盏或者一组有特色的路灯。将设计好的作业发下去，作业纸为一张表格，需要填写设计者的姓名，设计的地点，设计图和设计说明。
学生设计作品，老师巡回指导。
4、交流评价。请先画好的同学作为大众评委和老师一起评奖。将代表性的作品贴在获奖区。老师挑选学生来阐述自己的作品，一个由作者本人来评价，一个由同学来评价，老师再评价一个。
5、总结。对一堂课做个梳理。师：今天我们一同探讨了路灯怎么设计的，同学们也通过自己的努力为嘉兴的街道设计了很有特色的路灯。其实生活中充满了设计，只要我们善于观察。
《路灯设计》教学设计 篇2
一个发展中国家, 能源是国民经济的基础, 节能环保是社会经济发展的前提。电能是能源中具有安全性、环保性、经济性、广泛性重要商品之一, 是国民经济脊梁。为此节约电能, 科学利用电能, 同时保护生态环境。
在石化城市, 各类照明类消耗的电能比例很大, 对其进行科学的管理, 最佳实用效果、并节能环保。不但降低了企业电能成本及维修成本的支出, 而且是利国、利企、利民的大事。在长期供电运行管理工作中, 深知能源的不可再生性。而石化辖区道路照明及亮化工程的各种型号光源5602盏, 在线容量820KW, 每年能源费和维修费支出均在420.6万元以上。所以必须尽快进行节能改造意义之重大。
2 论述
城市道路照明及建筑亮化工程系统的技术节能, 不是取消或减少照明数量或缩短供电时间以求节电, 而是要以功率小效率高电光源和有效控制方式来满足建筑物的照明效果, 满足人体视觉所需的环境照度。就是要以最小的电能进一步提高照度效率。为此必须努力减少无效照度和减少照明系统中光能的损失, 努力寻求光能的有效综合利用和科学控制程序。众所周知, 照明设备的耗电量是照明消耗的电能与照明时间的乘积。因此, 要使照明设备节能, 就要从减少设备消耗的电能和缩短照明时间两方面着手。
3 技术分析重点考虑照度标准及照度分区
光照标准越高, 对肉眼观察越有利, 但是, 实际上受经济效益的限制, 无限增加照度标准是不可取的。因此, 我国根据作业种类和场所, 在劳动安全卫生条例中规定了最低照度。
在采用一般照明的同一照明区域中, 照明目的和可视作业内容完全相同的场合是不多的。如果在照明区中, 有通道和仓库, 就要把精密作业区分出来。在这种场合, 把所有作业区都按最高照度作为必要的视作业照明是不经济的。在视作业地点固定的工厂和事务所, 对照度标准进行极仔细的分区是很容易的, 特别是需要高照度部分, 可以在一般照明基础上, 增加局部照明;照度要求不高的部分, 可以和其他部分分开, 进行单独配线, 采用相间点灯或调光。
在视野内, 如果亮度相差很大, 作业者眼睛极易疲劳, 要引起注意。一般来说, 一般照明和局部照明照度之比为1:10以下。
4 改善照明设备的效率
提高照明设备效率可以从光源、照明灯具、控制设备等硬件解决, 如何把不同时段的所需照度自动完成, 用软件控制硬件既满足工作所需同时又节能, 组成一个系统加以有效利用。
4.1 采用高效光源
光源效率包括灯具效率和综合效率两种, 都可用1m/W表示。除白炽灯外, 放电式灯在工作时需要镇流器, 灯的效率就是指灯管本身的发光效率 (灯光通量/灯功率) 。综合效率可用光通量和包括镇流器损耗在内的实际消耗功率之比 (灯光通量/消耗电功率) 来表示。从节能观点出发, 比较各种光源的综合效率比讨论灯本身效率要合适。
从节电观点对各种光源的特性及原有设备的适用性分析上述光源的具体节能方法归纳如下:
1) 用高效荧光灯和HID灯 (水银灯、金属卤化物灯、高压钠灯等高亮度放电灯) 代替低效率的白炽灯 (例如:住宅白炽灯—荧光灯;体育馆、灯光球场的白炽灯—金属卤化物灯或高压钠灯) 。
2) 即使用同种灯, 也可采用高效率的节电灯代替 (例如:白炽灯100W—节电型65W或氪灯60W;快速起动荧光灯40W—节电型30W或20W) 。
3) 在诸如眩光和照度均匀性等照明质量允许范围内, 尽可能使用灯数量少的高瓦数灯。因为光源功率越大, 效率越高。
4) 采用混光照明, 不会降低显色性, 改善了综合效率。
4.2 提高照明率
所谓照明率就是射到被照面上的光通量与灯泡总光通量之比, 此值决定于灯具效率 (灯具反射的光通量与灯光通量之比) 、照明灯具的配光、房间形状、房间内的表面反射率。要提高照明率, 可采取以下措施:
1) 采用效率高的照明灯具;
2) 房间装修要明亮;
3) 使用适合房间形状的配光照明灯具。
5 妥善维护保养, 减少设备负荷
照明设备随工作时间的增长, 原有照度逐渐下降, 其主要原因有两个:
1) 灯体本身工作时间长了, 有效光通量会减小。
2) 由于照明灯具和灯的污脏, 使效率降低。
6 进行开闭控制, 缩短用电时间
只在必要时间、必要场所, 根据使用目的以适当亮度开灯就足够了。因此要对照明设备进行极细致的开闭管理。
最简单的方法是根据时间、场所、目的、有无自然光等操纵手动开关控制不必要的人工光。自动开闭控制由顺序定时器, 根据场所、目的及时间段的照明图进行自动开闭, 称照明控制式和用光敏元件测知自然光采光状态, 根据自然光射入状态自动开闭射入区内的电源光。两种控制都需要根据使用状况和使用目的、自然光射入状态, 对照明设备按照明图配线。白炽灯和荧光灯照明, 采用上述方式是容易控制, 但HID灯 (水银灯、金属卤化物灯、高压钠灯等高亮度放电灯) 因瞬时点燃有困难, 故采用上述控制方式会产生一些困难和限制。
现在推荐软启动节能系列智能调压照明调控装置, 来对气体放电光源进行调控。
中国国际GB50034-92及行业标准CJJ45-91在针对城市道路及工业企业户外道路照明的条款中指出:
对于供电与控制, 要求稳定的电压并实现自动时钟控制及光控。
对于深夜照明, 要求有节能措施。针对气体放电光源制定出了最佳调控方案, 开发了软启动节能系列智能调压照明调控装置。该智能照明调控装置已成功地应用于化工厂区各重要照明场所, 并取得了良好的经济回报。
智能照明调控装置以电源系统控制为中心, 在对气体放电光源实现自动调控满足不同厂所照度的同时, 切实现节电达20%--40%, 并使光源及附件的寿命延长一至二倍, 它具有以下十大基础功能:
1) 可编程的智能控制器, 可以根据设备使用地的经度、纬度准确地编程本地区每天日升日落时间, 控制供电的开闭时间。这项功能特别适用于厂矿及城市不同辖区。
2) 独立的节能时段设定, 适用于不同场所照明节能控制。
3) 对于特定场合的照度按所需时间自动控制。
4) 控制功能可用面板按键进行设定, 亦可以用微机WINDOWS平台上的专用软件设定。
5) 最多两次单击操作键盘或平台窗口标识, 即可实现各种功能的手动插入控制。
6) 卓越的软启动点亮功能保证光源不受冷启大电流冲击, 大幅度减少光源毁损率, 延长了光源及附件的工作寿命。
7) 高速电子检测及稳压执行系统, 绝对保证负载在设定工作电压值工作, 电源侧的电压变化与负载隔离。
8) 降压限流节能功能。是在夜深时段在不影响日体视觉的情况下, 适当降低输出工作电压、限制输出工作电流实现达到节能的目的。
9) 控制设备不论工作在哪一时段, 均能输出精度+2%的稳定电压。
10) 完善的保护功能。当检测到运行故障时, 将自动转到热备支路工作, 以保护对光源的连续供电;可由智能控制器储存故障时段记录, 便于维修和故障处理。
其设备控制过程如下:在线设备每日正常的循环工作过程, 开启设备软启动程序工作时, 首先经0-10分钟加0-100V设定电压预热后, 再经设定0-5分钟进入点亮模式电压阶段后, 缓慢上升到设定电压值工作。运行中根据照度需要设定多时段的降压或升压限流运行, 作到照度按需编程值自动调节控制, 实现节电目的。
在启动过程当中, 输出电压稳定在与之相应的编程控制值上, 启动过程完成, 设备将会给所供负荷提供稳定的电压, 直至设备收到降低供电电压的指令。
该指令由外部设备发出 (如智能控制器、遥控装置等) , 这个外部设备可作为遥控装置与设备的接线端子相连接。电压处于“慢斜坡”升压或降压模式并持续10分钟, 直至电压降至节电编程控制值。
这个过程是通过设定为多次重复自动循环过程。
软启动节能路灯控制器自动控制过程简述如下 (见附图) :
第一步启动开灯 (编程预设经纬仪等)
第二步预热系统启动 (0-10分钟预设)
第三步点亮系统启动 (0-3分钟预设)
第四步自动稳压运行 (预先设定电压186-220V)
第五步自动降压后稳压运行 (预先设定电压186-200V)
第六步停止关灯 (编程预设经纬仪等)
7 应用实例
大庆石化公司物业管理中心龙凤机电车间
路灯节电改造方案
投资与收益分析
根据龙凤机电车间辖区路灯的实践调研, 发现路灯存在着使用寿命短、耗电量大、维护费用高等原因, 建议公司对龙凤机电车间辖区卧龙路路灯做如下节能试验:
路灯用电现况
龙凤机电车间卧龙路段路灯采用三相电源供电, 有97根路灯杆, 每根路灯杆有2盏, 每盏路灯均为400W的高压钠灯, 全年平均日运行约11小时, 平均电价约为0.374元。
节电产品选择
根据该路段的路灯负载特性为高压钠灯, 拟选用LDJD型高性能控制柜:其规格为:LDJD型-200A
投资回报分析
我们针对卧龙路段路灯做运行测试进行节电效果分析, 以实测节电率33.3%计算投资回报期如下:
1、路灯年用电量:=总功率 (KW) ×年运行天数 (D) ×每天运行小时数 (h) = (0.8KW×97) ×365×11=31.1564万 (KW)
2、系统年节电效益=系统年用电量×节电率×电价=31.1564×33.3%×0.374=3.8802 (万元)
3、投资成本:一台LDJD-200型的节电控制柜的价格是44000.00元人民币.
4、投资回报期=投资成本/年节电效益=4.4÷3.8802=约1.133 (年)
按节电率33.3%计算, 投资回报期1.133年。若节电率上升则投资回报期更短。根据卧龙路段的路况, 在夜间人流、车辆稀少的情况下可以提前进入节能状态。经过综合布控后, 节电率可稳步上升到40%以上, 则会在更短的时间内收回投资成本。
大庆石化公司物业管理中心龙凤机电车间所管辖的龙凤区路灯控制有挂式控制箱与柜式控制箱共有76个, 年用电费为165万元。
以节电率为33.3%计算, 年节约费用165万元×33.3%=55万元。
76台智能照明控制柜, 平均价格为3.4万元, 分期投资如下表:
备注:投资回报期=投资成本/年节约费用×12月
节能就是创造效益:
经过投资回收计算, 综合的节电效果, 路灯的节电改造投资回收期不到一年的时间, 节能效果显著, 一次投资, 长期受益, 这项节能改造在减少电费的同时, 节电控制柜也起到优良的安全保护作用, 延长灯具使用寿命, 降低维护费用, 减少维修工作量。
采用智能照明控制器可节能、且节省人工维护费用;程序化调控器的软启动、稳压、减压减流, 还可延长照明光源及附属器具寿命, 节省更换照明器具所需的人力物力, 是一种较好的照明方案。
摘要：一个发展中国家, 能源是国民经济的基础, 节能环保是社会经济发展的前提。电能是能源中具有安全性、环保性、经济性、广泛性的重要商品之一, 是国民经济脊梁。为此节约电能, 科学利用电能, 同时保护生态环境。
关键词：软启动,节电,路灯控制器
参考文献
《路灯设计》教学设计 篇3
本课属于设计应用领域，随着经济的快速发展，道路照明建设成为一项很重要的建设任务。路灯的建设有利于道路交通安全，有利于居民区的治安管理，更成为城市一道靓丽的风景。路灯已经从单纯的照明功能向欣赏和实用相结合发展。让学生通过对生活中路灯的观察、欣赏，了解路灯的造型、色彩、功能与环境的关系；认识到美妙多彩的世界来自人们的精心设计。同时通过对路灯设计的尝试，激发学生美化生活的愿望，培养他们的设计意识。
二、教材分析
《路灯设计》是第七册第1课《台灯设计》的一个延续，发现生活中的美，并把它美化再应用到生活中。通过观察生活中造型各异的路灯，璀璨的灯光都会给我们以美的享受。同时让学生了解路灯在生活中的作用，体会美术与环境的关系。分析路灯的结构（灯罩、灯体和灯杆），以便学生了解路灯的基本组成，为设计出符合环境的路灯提供条件。
三、教学目标
1.知识与技能
了解路灯的种类、造型和功能，了解设计路灯应该从外观、实用和环境等方面综合考虑。初步了解路灯造型的基本要素，能设计一组造型新颖、构思巧妙与环境和谐的路灯。
2.过程和方法
在观察、对比、欣赏路灯作品的探究中，感受不同场所的路灯，设计出一组符合场景的路灯。
3.情感、态度、价值观：欣赏、观察不同地点的路灯，感受路灯的美感，提高对生活物品和环境的关注，激发美化生活的愿望，培养设计意识。
四、教学重点难点
重点：路灯的造型设计。
难点：灯罩、灯体和灯杆的设计统一并与环境协调。
五、课前准备
生：观察生活中的路灯和绘画工具。
师：各种不同造型的路灯图片资料和范画。包括在黑板上贴好磁铁。
六、教学过程
1.看图分类
师出示不同地点造型不同的路灯图片若干，让学生进行分类。
师说：王老师在国庆七天出去采风了，看到了许多的路灯，有些老师还记得，但是有些老师已经分不清楚了，请同学帮我把这些路灯送回家。
（设计意图：让学生积极动脑，激起他们的兴趣，及时地参与进来。）
老师先在黑板左边上贴四个地点，（围绕A.公路；B.儿童游乐园；C.休闲广场；D.社区庭院。事先在卡纸上写好这四个地点）。在黑板的右边贴范画。先由老师边让学生回答边做示范，把范画贴在相对应的地点旁。余下的范画让学生先思考，想好后再请同学贴到相应的地点后面。
（设计意图：把学生引导到路灯该属哪个地方，对路灯和环境的关系有个初步印象。）
2.分析讨论
（1）分析：为什么要这样分，谁能来说说理由。（灯杆有高中低，灯体的明亮度，或者环境的不同等）。再比较一下儿童乐园的路灯和公路路灯有什么区别？为什么呢？这么多造型各异的路灯是怎么设计的呢？有没有兴趣做一回设计师呀？揭题——今天我们就要学习《路灯设计》。
（设计意图：让他们学会观察，发现问题，分析问题，再去尝试解决问题。）
再仔细观察图片，说说路灯由几个部分组成。（灯罩、灯体、灯杆）
师出示一张大的路灯图（也可以现场示范），根据学生的回答在图上分别标出灯罩、灯体和灯杆。并让学生说这盏路灯可以放在哪里？每盏路灯的灯杆、灯罩有哪些造型？
（设计意图：让学生有了路灯要符合环境的意识，加深他们的印象，从而明白路灯和环境是紧密相连的。再通过观察，知道路灯的灯罩、灯杆可以变换，有不同的形状。）
（2）尝试交流。请同学们闭上眼睛，想象一下，我们漫步在一个儿童乐园的草坪上，四周有小朋友的嬉笑声，这时你看见了一盏盏的路灯，你觉得，那个路灯应该是怎样的造型？请同学来说说。
（设计意图：通过这个环节，学生更加明白了路灯的造型、色彩等等要紧扣环境和谐这个要素。）
（3）小结：要使路灯设计得漂亮应从路灯各部分造型、色彩、材料等方面进行整体考虑，并且要和周围环境协调。（打个比方，我们在运动的时候穿西装总是怪怪的吧。）
3.学生练习
欣赏了那么多的路灯，我们也晓得了路灯的基本要素，那么老师来考考你们吧。现在有这么几个地方需要重新设计路灯：（1）迪斯尼乐园；（2）钱清街道；（3）居住的小区；（4）我们的校园。（这些先写在卡纸上，出题的时候再贴到黑板；并在设计小贴士上写明可以增加路灯的其他功能：如挂广告，打电话，看电视等等。）
（设计意图：推出这些学生熟悉，喜欢的地方，能让他们有亲切感，有一种迫切想表达自己想法的愿望。小贴士又可以引领学生拓展设计思路。）
小设计师们，让我们展开想象的翅膀，根据自己的喜好来选择其中一处进行一组路灯的设计，记得写上设计意图哦。
（设计意图：学生清楚自己的路灯是哪里的，有哪些特点，是否符合要求，有明确的设计目标。）
4.生设计，教师巡视（及时发现典型问题，当场解决）
5.点评
把一些学生作品贴在黑板上，先请其他同学猜这是哪里的路灯，再由作者说明：是怎么想的，优点有哪些，哪里需要改进。（是否符合环境、造型，是否有新意等。）
6.拓展
课后去留意一下身边的事物，身边有很多美好的事物，只是我们没有发现罢了。有了观察，才能发现生活中的美。
（设计意图：提倡学生多观察身边的事物，培养良好的学习习惯。）
8路灯设计 美术教案 篇4
一、教学目标
知识领域：通过学习了解路灯的种类、功能，了解设计路灯应从美观、实用和环境协调等方面进行综合考虑。
技能领域：初步了解路灯造型的基本要素，能设计一组造型美观、构思巧妙与环境协调的路灯。
情感领域：感受路灯造型的美感，提高学生对生活物品和环境的关注，激发学生爱护公共设施、美化生活的愿望，培养设计意识。
二、教材分析：
1.编写思路
本课属于小学6年级“设计·应用”学习领域的课程。
随着社会的发展，路灯不断呈现在我们生活中，并从单纯的照明功能向欣赏和实用相结合发展。通过这课学习引导学生将生活中的元素与美术相结合，让学生通过对生活中路灯的观察、欣赏，了解路灯的基本结构以及路灯的造型、色彩、功能与环境的关系。让学生关注生活，认识到美妙多彩的世界来自人们精心的设计，优秀的设计会使世界变得更美好。同时通过对路灯设计的尝试，激发学生美化生活的愿望，培养其设计意识。促进“设计·应用”学习领域阶段目标的有效达成。
三、重点、难点
重点：路灯的造型设计。
难点：设计出与相应环境协调的路灯。
四、课前准备
教师：多媒体课件、作品等 学生：铅笔、彩色笔、黑色水笔等
五、教学过程
1．谈话导入
上节课我们学习了电话亭的设计，了解了电话亭是一种公共设施，今天，老师要和大家再来学习一种公共设施——路灯。相信大家听到路灯都不会感到陌生吧，那老师想请同学来说说你了解的路灯是什么样子的？ 2．欣赏造型别致的路灯
（1）结合自己对路灯的了解，你们觉得设计者设计这组路灯是怎么想的？ 或你认为这会是哪里的路灯呢？为什么觉得是某某某的路灯呢？（2）揭题：路灯设计 3．下面请大家欣赏一下不同环境中的路灯，并思考2个问题：
（1）你看到屏幕上出现了那些种类的路灯。（2）欣赏了这些路灯后你有什么感受?（2）教师小结：通过刚才的欣赏和同学的发言，让我们大家都知道了原来路灯不仅给我们大家带来了光明，造型各异、璀璨的灯光还给我们美的享受呢，是不是这样啊！那既然这样我们今天设计路灯不是变得更有意义了啊。4．看书请同学自学路灯的结构，理解各部分的含义 5．结合图片，讨论路灯的设计思路。
（1）根据黑板上出示的一张图片小组讨论一下思考以下三个问题：
① 指出图片中的灯杆、灯体、灯罩
② 你认为图列中哪部分（灯杆、灯体、灯罩）设计得最巧妙、最美观？是如何体现的？ ③ 它和周围环境协调吗？是如何体现的？
（2）这是书本上的灯杆造型变化图例，想一想除了这些变化你还能想出哪些变化？（3）欣赏同龄儿童的作品，发表自己的意见。
（4）师生小结：这节课我们学习了路灯设计，那要想使路灯设计的漂亮应从路灯的各部分的造型、色彩、材料等方面进行考虑，并要和周围环境协调。6．创作设计
（1）作业要求：请同学给梨园、校园、公园设计一盏路灯，三个地方中任选一个来进行设计，要求造型优美，并简单的说明设计意图。提示：①思考你设计的路灯怎样与周围环境协调。
②设计时要从造型、色彩、等方面考虑
③路灯的功能创意，如：可以通话、拍照、放音乐等
（2）学生练习，教师个别指导 7．作业展评）小组互评，组内学生互相介绍自己设计的路灯，教师巡视指导，提示评价要点：造型、是否和环境协调、有没创意等）推荐出好的作品放在展示区
（2）欣赏入选的作品，请学生代表和部分老师一起评仪出最适合梨园、校园、公园的设计作品。请或胜同学介绍设计意图。8．小结扩展
《路灯设计》教学设计 篇5
出版社：建筑科学出版社 2009年6月 出版
开 本：16开
册 数：全三卷 +1张光盘
定 价：798 元 优惠价：350 元 详细目录
第一篇 路灯设施与管理概述
第二篇 路灯常用技术
第一章 道路照明用电光源
第二章 镇流器
第三章 灯具的选择
第四章 基本光度参数
第五章 路灯的技术标准
第六章 路灯设计
第七章 路灯照明计算
第八章 测量
第九章 控制
《路灯灯型方案设计与路灯工程施工招标投标文件及合同范本》 第十章 道路照明低压线路导线截面的选择
第三篇 城市道路照明设计标准
第一章 总则
第二章 照明标准
第三章 光源和灯具的选择
第四章 照明设计
第五章 照明供电和控制
第六章 节能措施
第四篇 路灯灯型方案设计
第五篇 铁艺灯饰
第六篇 不同场合下灯具的选型
第七篇 方案设计典型示例
第一章 城市规划中的照明设计
第二章 道路桥粱照明设计
第三章 城市广场照明设计
第四章 园林景观照明设计
第五章 建筑景观照明设计
第八篇 路灯灯型计算机绘制表现图实用技巧
第一章 3ds max5灯光应用详解
《路灯灯型方案设计与路灯工程施工招标投标文件及合同范本》 第二章 AutoCAD2004
第三章 Mays 5
第四章 FLash MX 2004
第九篇 路灯工程预案定额与工程量清单计价
第一章 变配电设备工程定额
第二章 架空线路工程定额
第三章 电费工程定额
第四章 配适宜于配线工程定额
第五章 照明器具安装工程定额
第六章 防雷接地装置工程定额
第七章 路灯灯架制作安装工程定额
第八章 刷油防腐工程定额
第九章 路灯定额工程量计算规划
第十章 定额预算与工程量清单计价编制实例及对照应用实例
第十篇 路灯工程项目招标投标文件
第一章 工程承包活动的基本知识
第二章 工程项目招标
第三章 工程项目投标
第四章 工程招标文件
《路灯灯型方案设计与路灯工程施工招标投标文件及合同范本》 第五章 工程投标文件
第六章 工程评标
第十一篇 路灯工程施工合同管理
第一章 合同法律基础
第二章 施工合同的谈判、签订与审查
第三章 施工合同双方的一般权利和义务
第四章 工程施工合同的质量条款
第五章 工程施工合同的经济条款
第六章 工程施工合同的进度条款
第七章 工程施工合同的管理
第八章 施工合同的履约处理
第九章 施工合同的争议处理
第十章 工程承包风险管理与施工索赔
第十二篇 工程合同示范文本
第一章 工程施工合同
第二章 工程监理合同
第三章 工程勘察设计合同
第四章 工程总包与分包合同
第五章 其他相关合同
《路灯灯型方案设计与路灯工程施工招标投标文件及合同范本》 第十三篇 城市道路照明工程施工及验收规程
第一章 总则
第二章 架空线路
第三章 低压电缆线路
第四章 变压器
第五章 配电装置与控制
第六章 安全保护
第七章 路灯安装
《路灯设计》教学设计 篇6
基于89C51单片机的光控路灯设计
指导老师：翁志刚
学生姓名：沈韦青
葛宜兵
任务：基于单片机条件下，设计一光控路灯模型。
要求：
1、光照条件充足时，路灯保持熄灭状态，光照不足时，路灯自动开启照明。
2、使用器材：光敏电阻、模数转换器、单片机等。
3、电路简洁，制作原理图并要求仿真。设计方案：
方案一
基于单片机的光控路灯设计
方案二
说明：
因为本课程设计的要求用单片机来实现光控路灯的设计，所以采用方案二，总体设计分为两个模块：主控模块和被控模块。主模块与被控模块之间通过单片机进行连接。
摘要：
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。
路灯控制方式很多，本系统采用MSC-51系列单片机89C51和相关的光电检测设备来设计智能光控路灯控制器，实现了能根据实际光线条件通过89C51芯片的P1口控制路灯开关功能。随着社会文明的
基于单片机的光控路灯设计
不断发展，城市照明不仅局限于街道的照明，而且发展成了城市景观等装饰性照明的综合市政工程，社会对亮灯率、开关灯的准确率、故障检测的实时性和维修的及时性要求不断提高，利用51系列单片机可编程控制八位逻辑I、O端口实现路灯开关控制的智能化，达到节能、自动控制的目的。避免传统电路对能源的浪费，路灯的自动控制更方便管理，本系统实用性强，操作简单。
本文首先介绍了单片机及嵌入式系统的基本概念、特点和应用。描述了多功能基于51单片机的光控路灯的设计过程。详细说明了以51单片机为核心的软、硬件的研制过程和方法。利用proteus软件设计了电路原理图。完成光控路灯的设计。
一、引言：
随着社会经济的发展，城市照明设施的功能从单纯的以照明为主转变为实现美化环境、改善形象、活跃夜市经济的目的。对城市灯饰的管理与控制迫切需要一种科学、合理、高效的方法。因此，提供一种有效而合理的控制与管理的方法，对城市路灯与饰灯的运行状态进行智能监控显得极为重要。针对城市路灯这样“终端多、地域广、户外、分散、信息量不大”等特点，可以选择单片机智能光控的方式来解决。这样，既克服了传统的路灯控制方法、控制方式单一而无法满足实时监控和管理要求的弱点，又能适应现代城市队灯饰控制的要求。
基于单片机的光控路灯设计
目录
摘要……………………………………………………………………...1 1 引言…………………………………………………………………...3 2 单片机概述…………………………………………………………...5 3 芯片介绍……………………………………………………………...6 3.1 光敏电阻及放大电路………………………………………6 3.2 ADC0804芯片简介…………………………………………9 4 单片机选型…………………………………………………………..13 4.1、AT89C51的特点…………………………………………13 4.2、单片机附属电路………………………………………….14 5 总电路图及工作原理……………………………………………..…16 6 源程序…………………………………………………………..……17 7 仿真结果……………………………………………………….…….18 8 心得体会………………………………………………………….….19 9 参考文献………………………………………………………….….19
基于单片机的光控路灯设计
二、单片机概述：
单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。通常单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
单片机经过1、2、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种的方向发展，他们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压低功耗化。
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三、芯片简介
3.1 光敏电阻及放大电路: 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。
可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。光敏电阻的主要参数是：
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（1）光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。
（2）暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。
（3）灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。
（4）光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。
（5）光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。
（6）伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。
（7）温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。
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（8）额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。工作原理
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体
图
1、光敏电阻的实验图
上图是由光敏电阻和三极管组成的放大电路，白天光照强度较强，光敏电阻呈低阻状态，三极管基极电位较低，三极管处于 8
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导通状态，发射极为高电平；当夜幕降临时，光照强度变弱，光敏电阻阻值逐渐变大，基极电压上升，当上升到一定程度后，三极管处于截止状态，三极管发射极从而产生低电平，并传送到模数转换器。
3.2 ADC0804芯片(模数转换器)简介
1.工作原理:所谓A/D转换器就是模拟/数字转换器（ADC），是将输入的模拟信号转换成数字信号。信号输入端可以是传感器或转换器的输出，而ADC的数字信号也可能提供给微处理器，以便广泛地应用。
2.ADADC0804引脚图如下：
图
2、ADC0804引脚图
3.引脚说明
/CS（引脚1）芯片选择信号,低电平有效
/RD(引脚2)外部读取转换结果的控制输出信号。/RD为HI
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时，DB0~DB7处理高阻抗：/RD为LO时，数字数据才会输出。
/WR（引脚3）用来启动转换的控制输入，相当于ADC的转换开始（/CS=0时），当/WR由HI变为LO时，转换器被清除：当/WR回到HI时，转换正式开始。
CS、RD、WR：是数字控制输入端，满足标准TTL 逻辑电平。其中CS和WR用来控制A/D转换的启动信号。CS、RD用来读A/D转换的结果，当它们同时为低电平时，输出数据锁存器DB0~DB7 各端上出现8位并行二进制数码。
CLKI（引脚4）和CLKR（引脚19）：ADC0801~0805片内有时钟电路，只要在外部“CLKI”和“CLKR”两端外接一对电阻电容即可产生A/D 转换所要求的时钟，其振荡频率为fCLK≈1/1.1RC。其典型应用参数为：R=10KΩ，C=150PF，fCLK≈640KHZ，转换速度为100μｓ。若采用外部时钟，则外部fCLK 可从CLKI 端送入，此时不接R、C。允许的时钟频率范围为100KHZ～1460KHZ。INTR（引脚5）：INTR是转换结束信号输出端，输出跳转为低电平表示本次转换已经完成，可作为微处理器的中断或查询信号。如果将CS 和WR 端与INTR 端相连，则ADC0804 就处于自动循环转换状态。CS ＝0 时，允许进行A/D转换。WR 由低跳高时A/D转换开始，8位逐次比较需8×8=64 个时钟周期，再加上控制逻辑操作，一次转换需要66～73个时钟周期。在典型应用fCLK＝640KHZ时，转换时间约为103μｓ～114μｓ。当fCLK超过640KHZ，转换精度下降，超过极限值1460KHZ时便不能正常工作。VIN(+)（引脚
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6）和VIN(-)（引脚7）：被转换的电压信号从VIN(+)和VIN(-)输入，允许此信号是差动的或不共地的电压信号。如果输入电压VIN的变化范围从0V到Vmax，则芯片的VIN(-)端接地，输入电压加到VIN(+)引脚。由于该芯片允许差动输入，在共模输入电压允许的情况下，输入电压范围可以从非零伏开始，即Vmin 至 Vmas。此时芯片的VIN(-)端应该接入等于Vmin 的恒值电码坟上，而输入电压VIN仍然加到VIN(+)引脚上。AGND（引脚8）和DGND（引脚10）：A/D 转换器一般都有这两个引脚。模拟地AGND 和数字地DGND 分别设置引入端，使数字电路的地电流不影响模拟信号回路，以防止寄生耦合造成的干扰。VＲＥＦ／2（引脚9）：参考电压VREF/2 可以由外部电路供给从“VREF/2”端直接送入，VREF/2 端电压值应是输入电压范围的二分之一所以输入电压的范围可以通过调整VREF/2 引脚处的电压加以改变，转换器的零点无调整。
4.ADC0804转换器的工作时序如图4-8 所示。
基于单片机的光控路灯设计
图
3、ADC0804转换器的工作时序图
5.AD转换器的设计接口电路图:
图中，ADC0804 数据输出线与AT89C51 的数据总线直接相连，AT89C51的RD、WR和INT1直接连到ADC0804，由于用P1.0线来产生片选信号，故无需外加地址译码器。当AT89C51向ADC0804发WR(启动转换)、RD(读取结果)信号时，只要虚拟一个系统不占用的数据存储器地址即可。
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四.单片选型
4.1、AT89C51的特点：
AT89C51是带4K字节可编程可擦出的只读存储器的低电压，高性能，CMOS，8位单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造。AT89C51管脚图如图2.2所示。
图
5、AT89C51管脚图
主要特性： 1与MOS-51兼容 4K字节可编程闪烁存储器
基于单片机的光控路灯设计 数据保留时间：10年 4全静态工作：0HZ-24HZ 5 128*8的RAM 6 32可编程I/0口线 7 两个16位的定时计数器 8 5个中断源 9 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 11 片内振荡器和时钟电路 4.2、单片机附属电路
单片机附属电路主要有晶体振荡电路和复位电路。一．晶体振荡电路
1.晶体振荡器的作用：石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来选择频率和稳定频率，是 一种可以取代LC谐振回路的谐振元件。本设计所用的晶体振荡电路如图2.3所示。
图
6、晶体振荡电路
基于单片机的光控路灯设计
此晶振电路所选用的石英晶振频率为12MHZ。二．复位电路
单片机复位是使CPU和系统的其它功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后 CP=0000H，是单片机从第一个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位，所以我们必须弄清楚 MCS-51型单片机复位的条件，复位电路和复位后的状态。
单片机复位的条件是：必须使RST/Vpd或RST引脚上加上持续两个机器周期的高电平。例如，若时钟频率为12MHZ，机器周期为1us，则只需2us以上的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常用的复位电路如图2.4（a）和图2.4（b）所示。
图7（a）复位电路（b）与单片机相连的复位电路
图7（a）复位电路，其电阻阻值的选择和电容容量的选择都是经过计算的，而最后计算的结果时间常数可以满足我们的需求。其计算过程如下：
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t=0.7RC=0.7*1000*10*10-6=0.7ms 此值远远大于2us,所以此复位电路用。
图7（b）是我们设计中用到的复位电路，为按键复位路，该电路除具有上电复位功能外，若要复位只需按图中RESET键，此时电源Vcc经过R1,R2分压在RESET端产生复位高电平。
五、总电路图及工作原理： 电路图：
图
8、基于单片机的光控路灯原理图
工作原理：
根据光敏电阻阻值特性，光照较强时，光敏电阻阻值较小，相应传入ADC0804的电压较低，经模数转换后，将得到的8位二进制数输入单片机89C51中，由单片机程序控制路灯开关，当输
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入单片机电平为高电平时，灯不亮，但输入单片机电平为低电平时路灯亮。本设计中，输入数值小于128H时路灯亮。
六、源程序： #include
void main(){ cs=0;rd=0;/*引脚标注*/ /*延时子程序部分*/
/*主函数部分*/
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yanshi(40);rw=1;yanshi(70);rw=0;
P1=0xff;temp=P1;if(temp<128)shuchu=0;
/*输出低电平路灯亮*/ else shuchu=1;
/*输出高电平路灯不亮*/ }
七、仿真结果：
当光线充足时，LED等保持熄灭状态，当光线较低时，LED灯亮。
/*判断输入信号值并控制路灯开关*/
基于单片机的光控路灯设计
图
9、仿真成功截图
八、心得体会：
通过本次课程设计，掌握了一些单片机方面的有关知识，增强了思考能力和动手能力，加深了对微机原理课本知识的理解，认识到课本知识的重要性，学会了使用proteus、keil等相关软件，本次课程设计的题目是基于单片机的光控路灯系统设计，在设计中又一次感受到课本知识的重要性，同时也认识到，只学好课本理论知识是远远不够的，在学习课本知识的同时还要增强自己的动手能力，对一些重要原理及定理要熟练掌握，只有一步一步的把理论知识学好，再积极的进行科学实践才能提高自身的素质，为以后现代化建设贡献自己的一份力量。
九、参考文献：
郊区路灯智能控制系统设计 篇7
随着城镇化建设的推进,大城市建设和区域经济建设加速发展,各类工业园区、经济开发区等不断涌现,随之而来的是区域之间交通网络四通八达,星罗密布。而屹立在道路两边的路灯更是数不胜数, 夜幕降临后,一片辉煌极其壮观。工业园区一般处在郊区,且附近无居民居住,这些路段上夜晚很少有行人及车辆通过,如果让路灯彻夜点亮,不仅造成了国家电能的极大消耗,同时大大缩短了灯泡使用寿命,增加了路灯维护的难度和成本[1]。在建设环保型、节约型、可持续发展型国家的大前提下,从实用角度出发设计一种既能满足交通需要,又能节能的路灯控制系统有着重要的现实意义[2,3]。
本文所设计的路灯控制系统利用光敏传感器自动识别白天夜晚,利用超声波检测过往车辆,再配合高精度的震荡延时电路,实现白天关灯,天黑开灯, 深夜有行人或车辆通过时,间歇式开灯的智能化控制。
1系统的实现方案
该路灯控制系统以MSP430G2553单片机为核心,外部接有光照度检测模块、超声波模块、无线发送/接收模块及大功率切换开关等,系统的组成及结构框图如图1所示。
系统的控制原理及工作过程如下所述:
本系统的控制器分为主机和从机两种型号,从结构上来说,主机控制器具有完整的功能,其结构如图1所示,从机控制器则没有超声波检测及无线发送功能。由于无线模块的有效通信距离为150米~ 200米,所以每隔100米安装一个主机控制器,从机控制器则安装在两个主机控制器之间的每个路灯上。工作时,微控制器根据光照度传感器反馈回的信号确定是白天还是黑夜,当光线不足时,微控制器控制大功率切换开关接通,此时灯泡正常发光,另一方面启动定时电路,定时电路延时时间约为5个小时,定时时间没到时,不进行车辆检测及无线控制。 也就是说系统认为天黑后的前5个小时还是正常活动时间,这时应保证正常的交通进行,不进行节能控制。定时时间到了后,当超声波模块检测到车辆或行人时,控制切换开关点亮路灯,同时将控制信号通过无线方式发送出去,这样主控制器无线覆盖范围内的全部路灯都会打开,确保司机有足够的视野。 在控制板上用两位拨码开关作为方向识别,这样可以防止道路对面或其它临近路段的路灯误触发而动作。
2系统硬件设计
该系统设计的出发点是在现有路灯的基础上进行功能升级,使其既能满足交通照明的需要,又能最大限度减少不必要的浪费。考虑到郊区路灯数量十分庞大,路灯安装、维护及检修人员不一定具备专业的电学知识等客观因素,在整个系统的设计中,坚持了原理简单、功能实用、工作稳定可靠、安装维护方便、具有通用性的原则。
2.1主控制芯片选择
该控制系统选用TI公司MSP430G2553作为控制核心,这是一个16位的、具有精简指令集的、 超低功耗的混合型单片机,处围只有20个管脚, 内置功能模块丰富,价格实惠市场货源充足,设计开发资料丰富全面,相关调试及开发工具丰富易用[4,5]。
2.2光线强度检测模块设计
这部分电路的功能是检测外界光线强度,以此判断白天和黑夜,当夜晚光线强度下降时,系统控制大功率切换开关接通,路灯工作,同时在芯片内部启动软件定时功能。由于天刚黑的前几个小时,路上还有行人活动,所以这个时间段里不进行节能控制; 到深夜后,行人及车辆几乎没有,此时关闭不用的路灯,一旦路上有行人出现,车辆检测模块获取到有效的信号后点亮路灯,并利用无线发送模块将这一信号传到前方150米范围内的每一盏,保证司机在行车过程中有足够的视野。光强检测模块采用硅光电池,它是利用光生伏特效应制成的光电转换器件,设计中根据硅光电池的光照特性,将其输出电流通过I /V转换电路变换电压信号,经过低通RC滤波电路,送入单片机ADC通道。具体电路如图2所示。
2.3车辆检测模块设计
车辆检测模块的主要作用是行人及车辆的识别,设计中采用了超声波模块,其原理是通过计算发射声波与接收声波之间的时间差,利用时间与路程的关系,计算出距离。当有行人或车辆通过时,反射距离缩短,时间差变短。通过实验验证,本设计中选用的模块,其有效距离可达4米,视角约15度,通过对比数据,当有汽车从正下方通过时,时间缩短约为9ms,这个时间足够单片机响应和处理。超声波模块及其接线方式如图3所示。
2.4无线发送接收模块
传统的通信方式分为有线和无线两种,其中无线的方式因其安装方便、工作稳定,还具有快捷的特点,在户外广为采用。近年来,基于GPRS、Zig Bee等技术的无线通信发展迅速,应用广泛[6,7,8],但考虑到交通行业中安装、维护过程及人员结构等特点,本设计中采用了PT2262、PT2272的通信方式。这是一对带地址、数据编码功能的无线遥控发射/接收芯片,具体电路设计如图4-5所示,电路中用声表面谐振器代替传统的LC振荡器,再配接特性阻抗为50欧姆的天线,通过实验验证,工作稳定、通信可靠、户外可达150米的距离,完全满足了系统的需求。无线信号在空间向四周传播,为了防止影响到道路对面或附近其它道路上的路灯,根据道路的南北及东西走向分为四种模式,在控制板上设置了两位拨码开关,其四种组合刚好与这四种模式对应,系统在每次发送无线信号前只需要读取拨码开关的值,就确定了发送的命令格式,这样就省去了复杂的组网过程及地址设置、识别过程。
3系统软件设计
系统的主要功能是根据外界光线的强弱自动开关路灯,到达深夜后进行节能控制,即当有车辆通过时才打开路灯,并通过无线控制及时打开前方路灯, 确保司机夜间行车视野的开阔。光线检测及车辆检测由传感器完成,主控芯片通过读取传感器的输出值并进行逻辑判断,决策下一步的执行动作。考虑到节能控制动作并不频繁,所有的操作都放在中断中完成,主程序中只完成各模块的初始化并启动定时器,然后就进入睡眠模式。中断程序是系统的核心部分,其流程图如图6所示。
4结束语
本文从节能的角度出发,设计了一种新型的适用于郊区的智能路灯控制系统,该系统能根据外界光线的明暗变化自动开灯和关灯,深夜根据行人及车辆通行情况进行智能控制。该系统功能实用、可靠稳定、通用性强、安装、调试及维护方便,具有广泛的推广应用价值。
参考文献
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[4]秦龙.MSP430单片机常用模块与综合系统实例精讲[M].北京:电子工业出版社,2007.
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[6]蒋建平,陈辉.基于CC2530的Zig Bee无线城市路灯控制系统的设计[J].测控技术,2012,31(9):56-59.
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太阳能LED路灯控制系统的设计 篇8
关 键 词：太阳能；LED；最大功率跟踪
中图分类号：TP29 文献标志码：A
一、引言
当前，由于全球性能源危机，世界主要发达国家都开始重视可再生能源的利用研究。在所有可再生能源利用中，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的无污染的洁净能源，已被公认为未来解决能源危机的最有效能源[1]；LED灯具有寿命长、高效节能、环保等优势。因此，把太阳能与LED路灯有机地结合起来，开发出一套太阳能LED路灯控制系统非常重要[2]。
目前，在所有的太阳能利用中，光伏发电无疑是其中一项重要的解决方案。但是，太阳能电池具有非常明显的非线性特性，造成太阳能电池与负载之间的不匹配， 从而降低了太阳能电池的输出效率；同时光伏发电成本居高不下，制约了光伏产业的发展。因此为了充分利用太阳能，降低发电成本，提高发电效率的需要，急需研制一种能实时跟踪太阳能最大功率点（MPPT）[3]的控制系统。
为此，设计了的基于STC12单片机的太阳能LED路灯控制系统，系统采用变步长的导电增量法跟踪太阳能电池板的最大功率点，充分利用太阳能电池板的能量，对铅酸蓄电池充电，同时实时监测铅酸蓄电池的电压防止蓄电池过充、过放等现象；对LED路灯采用多段式的恒流控制，通过环境照度的监测控制LED路灯在不同电流强度下工作，以增强LED路灯的使用寿命，实现节约用电的目的。
二、系统原理
基于STC12单片机的太阳能LED路灯控制系统原理图如图1所示。系统主要由太阳能光伏板、太阳能电流电压采集、Buck充电电路、铅酸蓄电池、Boost放电电路、蓄电池电压采集、放电电路电流采集、LED路灯及STC12单片机等部分组成。通过采集太阳能光伏板的电压来判定充电和分段式恒流负载输出。当检测到太阳能板电压高于蓄电池电压一定值时开始MPPT充电模式，这时STC单片机通过采样到的太阳能板电压和电流值通过变步长的电导增量法计算最大功率点，通过PWM信号的占空比调节太阳能板充电电压大小达到最佳充电功率点，充电同时实时监测蓄电池电压防止过充电；当检测到太阳能板电压低于一定值时，停止充电进入分段式恒流负载输出控制模式，此时主要根据不同的太阳能板电压值，通过Boost放电电路控制PWM信号的占空比方式控制负载输出电路输出不同的电流值。
三、系统硬件设计
1.Buck MPPT充电控制主电路
太阳能最大功率点跟踪控制电路主要采用如图2所示的Buck斩波降压电路。其中，Q1、Q2就是通过PWM信号的占空比来调节太阳能板的充电电压大小，Q3、Q4主要起防反充的作用（当蓄电池电压高于太阳能板时要及时关闭），压敏电阻TVS管防雷击和浪涌电压，U1（ACS712）是霍尔电流传感器，通过它来检测太阳能板的输出电流。
2.负载开关控制电路
负载开关控制电路主要有MOS管Q7、Q8和自恢复保险丝F1、F2、F3组成，可以和后级的负载Boost电路构成简单的恒流分段式控制电路控制LED路灯工作在不同的恒流电流值下。
3.STC单片机采样控制电路
STC单片机采样控制电路如图4所示，主要完成对太阳能板的电流电压的采样、蓄电池电压的采样以及负载输出电流的采样等。通过采样的信号完成MPPT控制信号和负载多段式恒流输出控制信号的产生及各个指示灯控制信号的产生。
4.MPPT充电控制电路
MPPT充电控制电路如图5所示，主要把STC单片机产生的MPPT充电控制PWM信号通过高速光耦U4（P521）转换成MOS的控制信号，来实现控制信号之间的隔离，减少电路噪声干扰等作用，同时也有助于增加驱动MOS的能力。
四、系统软件设计
系统软件流程图如图6所示。此次设计采用的STC12单片机有2路8位PWM发生器和8路10位AD转换器，可直接实现PWM输出和AD转换。系统实时采集太阳能板电压和蓄电池的电压，当检测到的太阳能板电压大于蓄电池电压加上0.4V时，系统进入充电模式，通过判断当蓄电池电压低于14.5V时进入最大功率点充电子程序，否则关闭充电；而当检测到太阳能板电压低于6V时，系统进入放电模式，通过判断当蓄电池电压低于10.5V时停止放电，否则进入分段式放电子程序。
最大功率点充电子程序流程图如图7所示。相比于光照的突变，光伏太阳能板表面温度的变化是非常的缓慢的，因此，在研究最大功率点跟踪时，可以近似的认为光伏板表面的温度是不变的。当dU=0时，光照的变化必然引起功率P的变化；当dU<0时，若dI<=0，则光照降低；当dU>0时，若dI>=0，则光照增强。对于其他情况，可以设定一个阈值δ，当|dI|>δ时，认为光照发生了较大变化。
基于以上原理设计了一种变步长的电导增量法，未检测到光照发生变化时，若dU≠0，系统没有工作在最大功率点。在最大功率点的左侧（dP/dU>0）时，应该提高工作点的电压，即减小占空比（增大Duty值dD>0）。该区域远离最大功率点，dP/dU变化速度小，为了加快逼近速度可取，其中M1、N设置为适当的常数，当N>1时，可以放大dP/dU>1时的步长，并缩小dP/dU<1时的步长。在最大功率点的右侧（dP/dU<0）时，应当降低工作点电压，即增加占空比（减小Duty值dD<0）。该区域内dP/dU变化速率较大，取dD=M2*dP/dU。检测到光照发生变化时，出于电流的变化方向和最大功率点电压变化方向一致，因此可以取dD=M3*dI作为步长数据，可以快速追踪由辐照度变化引起的最大功率点电压变化。
五、总结
设计了一套基于STC12单片机的太阳能LED路灯控制系统，系统采用变步长的电导增量法跟踪太阳能电池板最大功率点，并可实时监测铅酸蓄电池的电压防止蓄电池过充、过放等的现象；对LED路灯采用多段式的恒流控制，通过环境照度的监测使LED路灯在不同电流强度下工作，以增强LED路灯的使用寿命，实现节约用电。
参考文献
[1] 高峰，孙成权，刘全根.太阳能开发利用的现状及发展趋势.世界科技研究与发展[J].2001，23（4）：35-39.
[2] 刘永玺.功率型白光LED的荧光粉涂覆工艺及散热技术研究[D].厦门：厦门大学.2008，2-5.
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