高智能路燈控制器設(shè)計(jì)方案

　　隨著城市化建設(shè)的加速，城市道路建設(shè)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(shù)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，管理繁瑣等問題突出。為了能夠解決一系列由于路燈帶來(lái)的問題，開發(fā)了路燈節(jié)能管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)集路燈節(jié)能、遠(yuǎn)程監(jiān)視、遠(yuǎn)程管理、故障報(bào)警等功能于一體的智能化管理系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)后可大大節(jié)約電能、延長(zhǎng)燈泡使用壽命、提高路燈用電安全、遠(yuǎn)程進(jìn)行參數(shù)設(shè)定等。它的功能為：1、節(jié)約用電，通過(guò)路燈節(jié)能管理系統(tǒng)可大大提高用電效率，節(jié)能效果在25%~40%左右；2、通過(guò)遠(yuǎn)程管理模塊可對(duì)路燈進(jìn)行監(jiān)控，完成每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電流、電壓、功率因數(shù)、用電量等數(shù)量的采集上傳；3、在路燈初始化設(shè)定亮燈模式下，如遇節(jié)慶日、活動(dòng)等，可通過(guò)遠(yuǎn)程管理方式重新設(shè)定亮燈模式；4、如果設(shè)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(yuǎn)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(yuǎn)程管理通訊模塊將信息上報(bào)主站，方便及時(shí)做出處理；6、主站可加裝短消息報(bào)警模塊，通過(guò)主站把有關(guān)報(bào)警、停電等信息轉(zhuǎn)發(fā)到責(zé)任人的手機(jī)上；7、通過(guò)計(jì)算機(jī)管理，將所有數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫(kù)，并且可通過(guò)圖形、報(bào)表、曲線等形式反映出來(lái)，方便管理與統(tǒng)計(jì)分析，為提高路燈管理工作提供了可靠有用數(shù)據(jù)。8、電纜防盜功能，對(duì)路燈電纜進(jìn)行監(jiān)控，如有不法分子破壞，可通過(guò)GSM、GPRS通道向主站報(bào)警，并且可通過(guò)主站把報(bào)警信息轉(zhuǎn)發(fā)到負(fù)責(zé)人手機(jī)上。

　　1 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

　　1.1 智能路燈控制系統(tǒng)

　　該智能路燈節(jié)能系統(tǒng)主要由電量檢測(cè)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(jié)段來(lái)對(duì)路燈進(jìn)行控制，使其在不同的季節(jié)有不同的開關(guān)燈時(shí)間。而從開燈到關(guān)燈根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ㄓ挚纱笾路譃槿齻€(gè)階段（高峰、正常、低谷）來(lái)對(duì)路燈進(jìn)行控制。從實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片中將當(dāng)前的路燈工作狀況進(jìn)行相應(yīng)的歸類，由單片機(jī)輸出控制接觸器的線圈的斷合，而其觸點(diǎn)的輸出分別控制自耦變壓器的三個(gè)觸頭，對(duì)應(yīng)著四個(gè)檔位，每個(gè)檔位對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的路燈電壓。由于電力傳輸中有諧波干擾造成電力不穩(wěn)，要時(shí)刻檢測(cè)路燈的電量，以電量芯片ATT7028檢測(cè)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(jī)，單片機(jī)同時(shí)與鐵電存儲(chǔ)器的信息相比較，如果發(fā)現(xiàn)電流或者電壓過(guò)高或者過(guò)低，單片機(jī)馬上做出調(diào)整，適當(dāng)?shù)亟档突蛘呱唠妷海詫?shí)現(xiàn)對(duì)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(xiàn)場(chǎng)情況傳送至監(jiān)控室。原理框圖如圖1所示。

　　1.2 電量檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

　　電量采集模塊主要完成路燈電流和電壓的數(shù)據(jù)采集。將采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為ADC電路可采集處理的模擬信號(hào)，通過(guò)電量芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送到單片機(jī)中，檢測(cè)電壓和電流是否超載，依據(jù)此來(lái)控制電路負(fù)載的電壓。設(shè)計(jì)中采用三相電能專用計(jì)量芯片ATT7028A，適用于三相三線和三相四線應(yīng)用，能夠測(cè)量各相以及合相的有功功率、有功能量，同時(shí)還能測(cè)量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)，充分滿足三相復(fù)功率多功能電能表的需求。同時(shí)將電量信號(hào)存入到鐵電存儲(chǔ)器AT24C24里，該存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)不易丟失，以便有功電能歷史記錄的查詢。ATT7028A提供一個(gè)SPI接口，方便與外部單片機(jī)之間進(jìn)行計(jì)量參數(shù)以及校表參數(shù)的傳遞。設(shè)計(jì)中應(yīng)用ATT7028A測(cè)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(jī)之間進(jìn)行計(jì)量參數(shù)的傳遞，以此來(lái)檢測(cè)路燈電壓電流的有效值。另外對(duì)檢測(cè)到的過(guò)載、過(guò)壓等故障進(jìn)行報(bào)警。

　　1.3 路燈控制電路

　　路燈控制電路由譯碼電路、開關(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(jié)能效果，除了要根據(jù)時(shí)間段來(lái)開啟不同檔位電壓外，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(jī)檢測(cè)到的電量信號(hào)與處理的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302信號(hào)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(qū)動(dòng)四個(gè)接觸器的線圈，而其四個(gè)觸點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)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(dá)到既兼顧路燈亮度又達(dá)到節(jié)能的效果。KM4接在母線上還能關(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。 電力載波是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線，通過(guò)載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。最大特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。雖然技術(shù)問題隨著時(shí)間的發(fā)展，最終都能被解決和克服，但是從目前國(guó)內(nèi)寬帶網(wǎng)建設(shè)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(yùn)營(yíng)商大規(guī)模推出ADSL、光纖、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等多種寬帶接入業(yè)務(wù)，留給電力線上網(wǎng)的生存空間，已經(jīng)不斷被其他接入方式壓縮。現(xiàn)在，PLC除了在遠(yuǎn)程抄表上有所應(yīng)用外，已沒有了當(dāng)初的豪言壯語(yǔ)。

　　為了實(shí)現(xiàn)控制室能夠方便及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)路燈運(yùn)行情況，采用電力線載波通信技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)路燈檢測(cè)運(yùn)行的狀況傳送至控制室。以LM1893集成芯片實(shí)現(xiàn)電力載波通信，LM1893是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的FSK制式的調(diào)制解調(diào)芯片。能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的串行數(shù)據(jù)的半雙工電力線通信，具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)兩種工作模式，能夠與51單片機(jī)相兼容。LM1893調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)輸入端DATAIN與AT89C51單片機(jī)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(jī)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(shù)據(jù)信息后，先要對(duì)所收數(shù)據(jù)的報(bào)文頭和地址進(jìn)行判斷。當(dāng)報(bào)文頭正確，地址為本機(jī)地址時(shí)，它才執(zhí)行相應(yīng)的燈控命令，執(zhí)行完后進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。