帶遠程監控的路燈照明 節電控制系統設計

由圖2可知，其輸出電壓值的精度至少可達到94．3％。
現以冬季為例需要為道路照明的時(shí)間為17：00至次日6：00。根據電壓觀(guān)測的結果，電網(wǎng)電壓通常應穩定在220 V左右，但在半夜0：00至次日6：00，由于電網(wǎng)負荷小，電網(wǎng)電壓會(huì )逐漸攀升至230 V。據此可以計算出節電率。其電壓調整前的耗電量：

通過(guò)計算可知，其節電率可達21％。
1．2 電壓控制方案
設輸入電壓為X，輸出電壓為Y；t時(shí)刻的電網(wǎng)輸入電壓為X(t)，觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)跳變值為P，那么，可以先通過(guò)下式判斷輸入電壓X處于上升階段還是下降階段：

若某路在t時(shí)刻的輸入電壓大于(t-1)時(shí)刻的輸入電壓，則輸入電壓處于上升階段。設定電壓跳變值為P，即電壓上升到P+2時(shí)。觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)跳變。反之，若某路t時(shí)刻的輸入電壓小于(t-1)時(shí)刻的輸入電壓，則輸入電壓處于下降階段，若設定電壓跳變值為P，即電壓下降到(P-2)時(shí)，觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)跳變。
其中，可以設定4 V的回差，以使電壓在上升和下降兩個(gè)階段有兩個(gè)不同的閾值。設置該回差是為了保證觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)在輸入電壓波動(dòng)頻繁時(shí)不會(huì )隨之出現頻繁跳變。
1．3 采樣方案
針對該系統的電網(wǎng)電壓幅值變化不是很快的特點(diǎn)，該路燈控制器的采樣速度和采樣精度的要求都不需要很高。而微控制器C8051F310自帶的10位AD轉換器本身的精度就能滿(mǎn)足系統要求。信號經(jīng)過(guò)AD轉換之后，再由微處理器計算相應電壓的有效值，并進(jìn)一步進(jìn)行判斷即可。該設計結構簡(jiǎn)單、成本低，且足夠滿(mǎn)足采樣速度和采樣精度的要求。
A/D轉換器的轉換精度，是由其參考電壓和輸出字段長(cháng)度共同決定的。所謂轉換精度是指一個(gè)A/D轉換器可以對最小電壓變化的監測能力。實(shí)際上，轉換精度就是A／D轉換器的最小步進(jìn)電壓，只需將MD轉換器的參考電壓與該轉換器轉換值的數量相除，就可以得到該電壓值。
由于C8051F330采用3．3 V作為基準電壓，故其轉換精度為3．3／1024，即3．22 mV，完全可以滿(mǎn)足本系統的精度要求。
1．4 遠程通訊控制方案
遠程通信是指多臺路燈控制器與PC機之間的通信，便于用戶(hù)對分布在各處的路燈控制器的狀態(tài)進(jìn)行監控，本系統通過(guò)C8051F310自帶的UART口和PC機的串口進(jìn)行通信，以將檢測到的各種狀態(tài)信息傳給上位機(如電網(wǎng)的電壓，A、B、C各相的電流，以及路燈控制器所處的各個(gè)狀態(tài)等等)，而用戶(hù)則可根據上位機的軟件來(lái)選擇要監控的路燈控制器，然后根據其狀態(tài)來(lái)發(fā)出各種控制命令，如旁路或者選擇節能所處的檔位。
鑒于采用的是一臺PC機對多臺路燈控制器的方式，故可采用偵聽(tīng)方式來(lái)規定其通信協(xié)議，即給每一臺控制器分配一個(gè)通信地址。通信開(kāi)始之前，主機先發(fā)送通信地址，每一臺控制器都接收這個(gè)地址，然后與自身的地址相比較，地址匹配的路燈控制器開(kāi)始與主機通信，其它的保持偵聽(tīng)狀態(tài)。這樣，用戶(hù)就可方便地對任何一臺控制器進(jìn)行監控。
綜合考慮總線(xiàn)的傳輸距離和抗干擾能力等因素，本設計在控制板上采用RS-485接口，并采用差分方式傳輸信號，故其抗共模干擾的能力很強。

2 硬件設計
本節電控制系統的硬件部分主要包括微處理機、電壓檢測電路、電流檢測電路、觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)驅動(dòng)電路、時(shí)鐘及通訊接口電路等。當電網(wǎng)電壓經(jīng)整流濾波電路被采集到微控制器后，微控制器將通過(guò)自帶的AD轉換電路進(jìn)行AD轉換，然后通過(guò)運算來(lái)確定此時(shí)需閉合的變壓器副邊開(kāi)關(guān)位置，同時(shí)發(fā)出命令使相應繼電器驅動(dòng)與其對應的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)閉合，從而實(shí)現其基本功能。KEY電路包含外部的一些手動(dòng)邏輯控制。圖3所示是本系統的硬件電路框圖。

2．1 電壓檢測電路
本系統中的電壓檢測電路框圖如圖4所示。該電路中包括有各種信號調理電路。其電網(wǎng)電壓經(jīng)220 V／7．5 V變壓器之后，再通過(guò)運放組成的比例放大器調整其幅值，然后通過(guò)全波整流電路將其變成直流，再經(jīng)過(guò)RC濾波電路之后進(jìn)入微控制器進(jìn)行AD采樣。

電流檢測電路的結構與電壓檢測電路基本相同，只不過(guò)電流是通過(guò)電流互感器之后，再轉換成電壓信號，其信號調理過(guò)程基本一致。