高智能路燈控制器設計方案

　　隨著城市化建設的加速，城市道路建設發展也隨之加速，道路越來越寬、越來越多，各式各樣的路燈數量也越來越多，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的問題，開發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、延長燈泡使用壽命、提高路燈用電安全、遠程進行參數設定等。它的功能為：1、節約用電，通過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、通過遠程管理模塊可對路燈進行監控，完成每一個監測點的電流、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、活動等，可通過遠程管理方式重新設定亮燈模式；4、如果設備產生故障，將自動切換到旁路回路，保證路燈通電亮燈，并且通過遠程管理通訊模塊將故障信息上傳至主站，方便及時維修；5、如遇到停電、欠壓、缺相等情況，可通過遠程管理通訊模塊將信息上報主站，方便及時做出處理；6、主站可加裝短消息報警模塊，通過主站把有關報警、停電等信息轉發到責任人的手機上；7、通過計算機管理，將所有數據保存至數據庫，并且可通過圖形、報表、曲線等形式反映出來，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，對路燈電纜進行監控，如有不法分子破壞，可通過GSM、GPRS通道向主站報警，并且可通過主站把報警信息轉發到負責人手機上。

　　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、實時時鐘、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季節段來對路燈進行控制，使其在不同的季節有不同的開關燈時間。而從開燈到關燈根據當地交通又可大致分為三個階段（高峰、正常、低谷）來對路燈進行控制。從實時時鐘芯片中將當前的路燈工作狀況進行相應的歸類，由單片機輸出控制接觸器的線圈的斷合，而其觸點的輸出分別控制自耦變壓器的三個觸頭，對應著四個檔位，每個檔位對應著相應的路燈電壓。由于電力傳輸中有諧波干擾造成電力不穩，要時刻檢測路燈的電量，以電量芯片ATT7028檢測出電流或者電壓過高或者過低，將得到的信息傳給AT89C51單片機，單片機同時與鐵電存儲器的信息相比較，如果發現電流或者電壓過高或者過低，單片機馬上做出調整，適當地降低或者升高電壓，以實現對路燈過載、過壓等各種功能進行控制，用電力載波通信技術將現場情況傳送至監控室。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，依據此來控制電路負載的電壓。設計中采用三相電能專用計量芯片ATT7028A，適用于三相三線和三相四線應用，能夠測量各相以及合相的有功功率、有功能量，同時還能測量各相電流、電壓有效值、功率因數、相角、頻率等參數，充分滿足三相復功率多功能電能表的需求。同時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。ATT7028A提供一個SPI接口，方便與外部單片機之間進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SPI接口與外部單片機之間進行計量參數的傳遞，以此來檢測路燈電壓電流的有效值。另外對檢測到的過載、過壓等故障進行報警。

　　1.3 路燈控制電路

　　路燈控制電路由譯碼電路、開關電路與變壓器控制電路組成。為了使路燈分時控制取得優良的節能效果，除了要根據時間段來開啟不同檔位電壓外，還需要實際考慮到電網電壓在不同時段的電壓波動情況。故將單片機檢測到的電量信號與處理的實時時鐘芯片DS1302信號作為74LS155二-四譯碼器譯碼地址輸入端，譯碼器的四個端輸出經三極管放大后分別驅動四個接觸器的線圈，而其四個觸點分別對應自藕變壓器的三個觸頭，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接在母線上還能關閉路燈，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的簡稱。 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，通過載波方式將模擬或數字信號進行高速傳輸的技術。最大特點是不需要重新架設網絡，只要有電線，就能進行數據傳遞。雖然技術問題隨著時間的發展，最終都能被解決和克服，但是從目前國內寬帶網建設的情況來看，留給PLC的時間和空間并不寬裕。2000年以來各大運營商大規模推出ADSL、光纖、無線網絡等多種寬帶接入業務，留給電力線上網的生存空間，已經不斷被其他接入方式壓縮。現在，PLC除了在遠程抄表上有所應用外，已沒有了當初的豪言壯語。

　　為了實現控制室能夠方便及時了解現場路燈運行情況，采用電力線載波通信技術將現場路燈檢測運行的狀況傳送至控制室。以LM1893集成芯片實現電力載波通信，LM1893是美國國家半導體公司生產的FSK制式的調制解調芯片。能夠實現可靠的串行數據的半雙工電力線通信，具有發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發送接收控制端由單片機的P1.O端控制，高電平為發送狀態，低電平為接收狀態。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行判斷。當報文頭正確，地址為本機地址時，它才執行相應的燈控命令，執行完后進入發送狀態。

　　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工作的要求；檢測實時電網電壓以控制是否要改變檔位以達到電網實時監控的目的；最后則是配合主控室完成多機通信。整個智能路燈節能控制系統被分為了分時分段模塊（主要通過時鐘芯片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加以軟件判斷來實現）、遠程通信模塊（由LM1893完成）以及實時顯示模塊組成。

　　將一年大致分為三個季節段來對路燈進行控制，每個季節段有著不同的開關燈時間。從開燈到關燈根據當地交