Устройство управления уличным освещением малых населенных пунктов

XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Устройство управления уличным освещением малых населенных пунктов

Горбань Т.Е. 1
1МБОДО СЮТ ст. Ленинградской
Кондрико Л.С. 1
1МБОДО СЮТ ст. Ленинградской
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Освещение населенных пунктов в ночное время стало нормой в крупных городах, где жизнь не замирает круглосуточно и без него трудно представить жизнь. В малых поселках, деревнях, станицах в ночное время потребности в ночном освещении нет на протяжении нескольких часов. В тоже время бюджет администраций довольно скромен и затраты на освещение в нем составляют заметную часть. Для экономии средств многие руководители сельских поселений отключают освещение на 3-6 часов каждую ночь.

Так, У главы поселка Белый, Олейник Александра Николаевича, возникла проблема: Включать уличное освещение с помощью фотореле экономически невыгодно, ведь в ночное время жизнь в поселке замирает. При использовании таймера ему приходится переставлять время включения и выключения уличных фонарей, так как продолжительность дня и ночи ежемесячно меняется. Это неудобно, ведь Александр Николаевич вынужден каждый раз тратить свое время и бензин, дабы объехать все щиты управления уличным освещением, а их в хуторе Белый 18 штук. Кроме того стоит учитывать, что при плотной облачности темнеет намного раньше.

Отсюда вытекает необходимость в разработке устройства, позволяющего управлять уличным освещением в зависимости от освещенности, времени суток, дня недели и времени года

Цель работы: Разработать устройство управления уличным освещением с возможностью установки времени работы фонаря с учетом годового цикла и освещения.

Задачи проекта:

Изучить работу существующих систем.

Рассмотреть требования заказчика.

Разработать устройство.

Изготовить устройство.

Опробовать его в работе.

Экономическое обоснование целесообразности проекта.

Конечный вывод.

Результатом работы должен стать работоспособный образец.

Основная часть

Используемые схемы управления освещением

Управление освещением, как правило, осуществляется со специально установленного щитка (шкафа), в нем установлены устройство защиты, устройство учета электроэнергии и устройство управления.

Наиболее распространенным устройством управления освещением для крупных населенных пунктов является фотореле. Оно представляет из себя фотодатчик (приложение 1) со схемой усиления, выходной сигнал фотореле включает контактор и на линию подается электрический ток.

В малых населенных пунктах в качестве управляющего устройства обычно используются таймеры. В зависимости от разработчика, таймеры могут быть с механическим и электронным программированием (приложение 2). Механическое программирование намного проще, но не позволяет составлять недельные или годовые расписания. Таймеры с электронным управлением имеют более высокую стоимость, позволяют составлять недельное расписание, но процесс перепрограммирования занимает длительное время.

Кроме отмеченных выше недостатков, ни один таймер не учитывает текущую освещенность.

В процессе общения с потенциальным заказчиком нам были предъявлены требования для разрабатываемого устройства с устранением этих недостатков.

Зависимость от освещенности

Освещение включается при уменьшении освещенности улиц до установленного значения, выключается при превышении этого значения.

Программируемые периоды отключения

Есть возможность установить время отключения освещения вне зависимости от освещенности, на требуемое время, количество периодов отключения 3.

Недельный таймер

Возможность изменения работы таймера в определеннее дни недели

Годовой таймер

Возможность изменения работы таймера в определеннее месяцы года.

Совместимость с существующим оборудованием

Устройство должно легко внедряться в существующие силовые шкафы освещения.

Простота управления

Перепрограммирование режимов работы возможно неспециалистом.

Низкая стоимость

Стоимость устройства не должна превышать суммы стоимости промышленных фотореле и таймера

2.2 Разработка блока управления освещением

При выборе платформы для реализации данного проекта учитывалась необходимость наличия часов с годовым циклом, измерение уровня освещенности и конечная стоимость продукта. Наиболее подходящей платформой является Arduino [2].

Управляющую программу было решено создавать в редакторе визуального программирования FLProg[1].

Управляющая программа (приложении 3-4) была разделена на шесть модулей (плат). На плате 1 реализовано измерение освещения, сравнение с заранее заданным в меню значением и включение освещения при разрешении от таймера (на плате 2).

Таймеры в зависимости от текущего времени, дня недели и месяца и от установленных через меню данных, выдают сигнал на разрешение включения освещения.

Плата 3 позволяет включить меню установки таймеров (плата 4) или меню установки часов (плата 5).

Плата 6 предназначена для коррекции текущего времени.

2.3.Схема устройства

В качестве фотоэлемента используется фоторезистор, порог срабатывания регулируется переменным резистором, который будет установлен на корпусе.

Для установки времени срабатывания таймеров, корректировки времени встроенных часов, к устройству будет подключаться выносной пульт, состоящий из дисплея и четырех кнопок управления (приложение 5)

Силовым включающим устройством является твердотельное реле. Его преимущества в малом токе управляющего сигнала и отсутствие искрообразования. Питается все устройство от встроенного импульсного источника питания напряжением 5 вольт.

2.4. Конструкция

Модули Arduino, электронных часов, источника питания и твердотельное реле расположены на печатной плате. Чертеж печатной платы (приложение 6) и ее изготовления было выполнено самостоятельно (приложение7). Печатная плата установлена в стандартном пластиковом корпусе размером 10х10ха5см (приложение 8). На передней панели расположены регулятор уровня освещенности и разъем для подключения внешнего пульта. К щитку освещения блок подключается двумя двухпроводными линиями (питание 220в и холодные контакты реле). Для проведения тестирования был изготовлен силовой шкаф с установленным устройством управления (приложение 9)

Для заказчика разработана инструкция по настройке устройства

2.5. Предварительный расчет экономической эффективности.

При работе с заказчиком было установлено, что мощность каждой лампы составляет 50 Вт, среднее количество ламп на линии составляет 20, среднее время отключения 5 часов в сутки, стоимость электроэнергии около 10 руб кВч.

В результате один светильник позволит экономить в сутки 0,25 кВтч, что составит 2р25 коп.; Средняя линия – 50 рублей. Итого месячная экономия может составить 1500 рублей¸ что позволяет очень быстро окупить установку разработанного устройства управления.

III. Заключение

В результате проделанной работы было разработано, изготовлено, протестировано устройство управления освещением для малых населенных пунктов.

Данное устройство обладает характеристиками предъявленным заказчиком, стоимость сравнима с таймерами среднеценовой категории .

В процессе тестирования заказчик изъявил желание в ближайшее сроки заменить все устройства штатного управления на вновь разработанное.

Цель проекта достигнута.

Список использованной литературы

1. https://flprog.ru/ - визуальное программирование для Arduino

2.https://www.arduino.cc/ - сайт программы ArduinoIDE

3.https://www.elektro-expo.ru/ru/articles/Ulichnoe-osveshchenie/ Требования к уличному освещению

4. https://es-dv.ru/36-ustrojstva-upravleniya-osvessheniem - устройства управления освещением

5. https://arduino.ru/Hardware/ArduinoBoardUno- описание модуля Arduino

6. https://robotchip.ru/obzor-chasov-realnogo-vremeni-ds3231/ - Обзор часов реального времени DS3231 (RTC)

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5.

Приложение 6

Приложение 7

Приложение 8

Приложение 9

Просмотров работы: 39