高智能路燈控制器設計方案

　　隨著(zhù)城市化建設的加速，城市道路建設發(fā)展也隨之加速，道路越來(lái)越寬、越來(lái)越多，各式各樣的路燈數量也越來(lái)越多，而帶給路燈管理處的困難也隨之增加，用電大，管理繁瑣等問(wèn)題突出。為了能夠解決一系列由于路燈帶來(lái)的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了路燈節能管理系統，該系統集路燈節能、遠程監視、遠程管理、故障報警等功能于一體的智能化管理系統，使用該系統后可大大節約電能、延長(cháng)燈泡使用壽命、提高路燈用電安全、遠程進(jìn)行參數設定等。它的功能為：1、節約用電，通過(guò)路燈節能管理系統可大大提高用電效率，節能效果在25%~40%左右；2、通過(guò)遠程管理模塊可對路燈進(jìn)行監控，完成每一個(gè)監測點(diǎn)的電流、電壓、功率因數、用電量等數量的采集上傳；3、在路燈初始化設定亮燈模式下，如遇節慶日、活動(dòng)等，可通過(guò)遠程管理方式重新設定亮燈模式；4、如果設備產(chǎn)生故障，將自動(dòng)切換到旁路回路，保證路燈通電亮燈，并且通過(guò)遠程管理通訊模塊將故障信息上傳至主站，方便及時(shí)維修；5、如遇到停電、欠壓、缺相等情況，可通過(guò)遠程管理通訊模塊將信息上報主站，方便及時(shí)做出處理；6、主站可加裝短消息報警模塊，通過(guò)主站把有關(guān)報警、停電等信息轉發(fā)到責任人的手機上；7、通過(guò)計算機管理，將所有數據保存至數據庫，并且可通過(guò)圖形、報表、曲線(xiàn)等形式反映出來(lái)，方便管理與統計分析，為提高路燈管理工作提供了可靠有用數據。8、電纜防盜功能，對路燈電纜進(jìn)行監控，如有不法分子破壞，可通過(guò)GSM、GPRS通道向主站報警，并且可通過(guò)主站把報警信息轉發(fā)到負責人手機上。

　　1 系統硬件電路的設計

　　1.1 智能路燈控制系統

　　該智能路燈節能系統主要由電量檢測電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、自耦變壓器電路、顯示電路及載波通信等電路組成。將一年大致分為三個(gè)季節段來(lái)對路燈進(jìn)行控制，使其在不同的季節有不同的開(kāi)關(guān)燈時(shí)間。而從開(kāi)燈到關(guān)燈根據當地交通又可大致分為三個(gè)階段（高峰、正常、低谷）來(lái)對路燈進(jìn)行控制。從實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片中將當前的路燈工作狀況進(jìn)行相應的歸類(lèi)，由單片機輸出控制接觸器的線(xiàn)圈的斷合，而其觸點(diǎn)的輸出分別控制自耦變壓器的三個(gè)觸頭，對應著(zhù)四個(gè)檔位，每個(gè)檔位對應著(zhù)相應的路燈電壓。由于電力傳輸中有諧波干擾造成電力不穩，要時(shí)刻檢測路燈的電量，以電量芯片ATT7028檢測出電流或者電壓過(guò)高或者過(guò)低，將得到的信息傳給AT89C51單片機，單片機同時(shí)與鐵電存儲器的信息相比較，如果發(fā)現電流或者電壓過(guò)高或者過(guò)低，單片機馬上做出調整，適當地降低或者升高電壓，以實(shí)現對路燈過(guò)載、過(guò)壓等各種功能進(jìn)行控制，用電力載波通信技術(shù)將現場(chǎng)情況傳送至監控室。原理框圖如圖1所示。

　　1.2 電量檢測電路的設計

　　電量采集模塊主要完成路燈電流和電壓的數據采集。將采集到的信號轉換為ADC電路可采集處理的模擬信號，通過(guò)電量芯片轉換為數字信號送到單片機中，檢測電壓和電流是否超載，依據此來(lái)控制電路負載的電壓。設計中采用三相電能專(zhuān)用計量芯片ATT7028A，適用于三相三線(xiàn)和三相四線(xiàn)應用，能夠測量各相以及合相的有功功率、有功能量，同時(shí)還能測量各相電流、電壓有效值、功率因數、相角、頻率等參數，充分滿(mǎn)足三相復功率多功能電能表的需求。同時(shí)將電量信號存入到鐵電存儲器AT24C24里，該存儲器數據不易丟失，以便有功電能歷史記錄的查詢(xún)。ATT7028A提供一個(gè)SPI接口，方便與外部單片機之間進(jìn)行計量參數以及校表參數的傳遞。設計中應用ATT7028A測量電流和電壓有效值，采用軟件校表，通過(guò)SPI接口與外部單片機之間進(jìn)行計量參數的傳遞，以此來(lái)檢測路燈電壓電流的有效值。另外對檢測到的過(guò)載、過(guò)壓等故障進(jìn)行報警。

　　1.3 路燈控制電路

　　路燈控制電路由譯碼電路、開(kāi)關(guān)電路與變壓器控制電路組成。為了使路燈分時(shí)控制取得優(yōu)良的節能效果，除了要根據時(shí)間段來(lái)開(kāi)啟不同檔位電壓外，還需要實(shí)際考慮到電網(wǎng)電壓在不同時(shí)段的電壓波動(dòng)情況。故將單片機檢測到的電量信號與處理的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302信號作為74LS155二-四譯碼器譯碼地址輸入端，譯碼器的四個(gè)端輸出經(jīng)三極管放大后分別驅動(dòng)四個(gè)接觸器的線(xiàn)圈，而其四個(gè)觸點(diǎn)分別對應自藕變壓器的三個(gè)觸頭，亦即路燈四種檔：全壓（220 V）、高峰期檔（額定電壓的93%）、正常期檔（額定電壓的88%）、低峰期檔（額定電壓的83%）。從而達到既兼顧路燈亮度又達到節能的效果。KM4接在母線(xiàn)上還能關(guān)閉路燈，原理如圖2所示。

　　1.4 電力載波通信

　　電力載波通訊即PLC，是英文Power line Communication的簡(jiǎn)稱(chēng)。 電力載波是電力系統特有的通信方式，電力載波通訊是指利用現有電力線(xiàn)，通過(guò)載波方式將模擬或數字信號進(jìn)行高速傳輸的技術(shù)。最大特點(diǎn)是不需要重新架設網(wǎng)絡(luò )，只要有電線(xiàn)，就能進(jìn)行數據傳遞。雖然技術(shù)問(wèn)題隨著(zhù)時(shí)間的發(fā)展，最終都能被解決和克服，但是從目前國內寬帶網(wǎng)建設的情況來(lái)看，留給PLC的時(shí)間和空間并不寬裕。2000年以來(lái)各大運營(yíng)商大規模推出ADSL、光纖、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等多種寬帶接入業(yè)務(wù)，留給電力線(xiàn)上網(wǎng)的生存空間，已經(jīng)不斷被其他接入方式壓縮?，F在，PLC除了在遠程抄表上有所應用外，已沒(méi)有了當初的豪言壯語(yǔ)。

　　為了實(shí)現控制室能夠方便及時(shí)了解現場(chǎng)路燈運行情況，采用電力線(xiàn)載波通信技術(shù)將現場(chǎng)路燈檢測運行的狀況傳送至控制室。以L(fǎng)M1893集成芯片實(shí)現電力載波通信，LM1893是美國國家半導體公司生產(chǎn)的FSK制式的調制解調芯片。能夠實(shí)現可靠的串行數據的半雙工電力線(xiàn)通信，具有發(fā)送和接收數據兩種工作模式，能夠與51單片機相兼容。LM1893調制解調數據輸入端DATAIN與AT89C51單片機的串行輸出口TXD相連，輸出端DATAOUT與AT89C51的串行輸入口RXD相連。LM1893的TX/RX發(fā)送接收控制端由單片機的P1.O端控制，高電平為發(fā)送狀態(tài)，低電平為接收狀態(tài)。路燈控制器接收到外部數據信息后，先要對所收數據的報文頭和地址進(jìn)行判斷。當報文頭正確，地址為本機地址時(shí)，它才執行相應的燈控命令，執行完后進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。

　　2 軟件設計

　　軟件主要完成：根據比較所得的結果控制硬件切換檔位以達到路燈定時(shí)工作的要求；檢測實(shí)時(shí)電網(wǎng)電壓以控制是否要改變檔位以達到電網(wǎng)實(shí)時(shí)監控的目的；最后則是配合主控室完成多機通信。整個(gè)智能路燈節能控制系統被分為了分時(shí)分段模塊（主要通過(guò)時(shí)鐘芯片DS1302和鐵電存儲芯片AT24C02配合完成）、電壓監控調檔模塊（由電工參數測量芯片ATT7028加以軟件判斷來(lái)實(shí)現）、遠程通信模塊（由LM1893完成）以及實(shí)時(shí)顯示模塊組成。

　　將一年大致分為三個(gè)季節段來(lái)對路燈進(jìn)行控制，每個(gè)季節段有著(zhù)不同的開(kāi)關(guān)燈時(shí)間。從開(kāi)燈到關(guān)燈根據當地交