高智能路灯控制器设计方案

　　随着城市化建设的加速，城市道路建设发展也随之加速，道路越来越宽、越来越多，各式各样的路灯数量也越来越多，而带给路灯管理处的困难也随之增加，用电大，管理繁琐等问题突出。为了能够解决一系列由于路灯带来的问题，开发了路灯节能管理系统，该系统集路灯节能、远程监视、远程管理、故障报警等功能于一体的智能化管理系统，使用该系统后可大大节约电能、延长灯泡使用寿命、提高路灯用电安全、远程进行参数设定等。它的功能为：1、节约用电，通过路灯节能管理系统可大大提高用电效率，节能效果在25%~40%左右；2、通过远程管理模块可对路灯进行监控，完成每一个监测点的电流、电压、功率因数、用电量等数量的采集上传；3、在路灯初始化设定亮灯模式下，如遇节庆日、活动等，可通过远程管理方式重新设定亮灯模式；4、如果设备产生故障，将自动切换到旁路回路，保证路灯通电亮灯，并且通过远程管理通讯模块将故障信息上传至主站，方便及时维修；5、如遇到停电、欠压、缺相等情况，可通过远程管理通讯模块将信息上报主站，方便及时做出处理；6、主站可加装短消息报警模块，通过主站把有关报警、停电等信息转发到责任人的手机上；7、通过计算机管理，将所有数据保存至数据库，并且可通过图形、报表、曲线等形式反映出来，方便管理与统计分析，为提高路灯管理工作提供了可靠有用数据。8、电缆防盗功能，对路灯电缆进行监控，如有不法分子破坏，可通过GSM、GPRS通道向主站报警，并且可通过主站把报警信息转发到负责人手机上。

　　1 系统硬件电路的设计

　　1.1 智能路灯控制系统

　　该智能路灯节能系统主要由电量检测电路、实时时钟、自耦变压器电路、显示电路及载波通信等电路组成。将一年大致分为三个季节段来对路灯进行控制，使其在不同的季节有不同的开关灯时间。而从开灯到关灯根据当地交通又可大致分为三个阶段（高峰、正常、低谷）来对路灯进行控制。从实时时钟芯片中将当前的路灯工作状况进行相应的归类，由单片机输出控制接触器的线圈的断合，而其触点的输出分别控制自耦变压器的三个触头，对应着四个档位，每个档位对应着相应的路灯电压。由于电力传输中有谐波干扰造成电力不稳，要时刻检测路灯的电量，以电量芯片ATT7028检测出电流或者电压过高或者过低，将得到的信息传给AT89C51单片机，单片机同时与铁电存储器的信息相比较，如果发现电流或者电压过高或者过低，单片机马上做出调整，适当地降低或者升高电压，以实现对路灯过载、过压等各种功能进行控制，用电力载波通信技术将现场情况传送至监控室。原理框图如图1所示。

　　1.2 电量检测电路的设计

　　电量采集模块主要完成路灯电流和电压的数据采集。将采集到的信号转换为ADC电路可采集处理的模拟信号，通过电量芯片转换为数字信号送到单片机中，检测电压和电流是否超载，依据此来控制电路负载的电压。设计中采用三相电能专用计量芯片ATT7028A，适用于三相三线和三相四线应用，能够测量各相以及合相的有功功率、有功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，充分满足三相复功率多功能电能表的需求。同时将电量信号存入到铁电存储器AT24C24里，该存储器数据不易丢失，以便有功电能历史记录的查询。ATT7028A提供一个SPI接口，方便与外部单片机之间进行计量参数以及校表参数的传递。设计中应用ATT7028A测量电流和电压有效值，采用软件校表，通过SPI接口与外部单片机之间进行计量参数的传递，以此来检测路灯电压电流的有效值。另外对检测到的过载、过压等故障进行报警。

　　1.3 路灯控制电路

　　路灯控制电路由译码电路、开关电路与变压器控制电路组成。为了使路灯分时控制取得优良的节能效果，除了要根据时间段来开启不同档位电压外，还需要实际考虑到电网电压在不同时段的电压波动情况。故将单片机检测到的电量信号与处理的实时时钟芯片DS1302信号作为74LS155二-四译码器译码地址输入端，译码器的四个端输出经三极管放大后分别驱动四个接触器的线圈，而其四个触点分别对应自藕变压器的三个触头，亦即路灯四种档：全压（220 V）、高峰期档（额定电压的93%）、正常期档（额定电压的88%）、低峰期档（额定电压的83%）。从而达到既兼顾路灯亮度又达到节能的效果。KM4接在母线上还能关闭路灯，原理如图2所示。

　　1.4 电力载波通信

　　电力载波通讯即PLC，是英文Power line CommunicaTIon的简称。 电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。虽然技术问题随着时间的发展，最终都能被解决和克服，但是从目前国内宽带网建设的情况来看，留给PLC的时间和空间并不宽裕。2000年以来各大运营商大规模推出ADSL、光纤、无线网络等多种宽带接入业务，留给电力线上网的生存空间，已经不断被其他接入方式压缩。现在，PLC除了在远程抄表上有所应用外，已没有了当初的豪言壮语。

　　为了实现控制室能够方便及时了解现场路灯运行情况，采用电力线载波通信技术将现场路灯检测运行的状况传送至控制室。以LM1893集成芯片实现电力载波通信，LM1893是美国国家半导体公司生产的FSK制式的调制解调芯片。能够实现可靠的串行数据的半双工电力线通信，具有发送和接收数据两种工作模式，能够与51单片机相兼容。LM1893调制解调数据输入端DATAIN与AT89C51单片机的串行输出口TXD相连，输出端DATAOUT与AT89C51的串行输入口RXD相连。LM1893的TX/RX发送接收控制端由单片机的P1.O端控制，高电平为发送状态，低电平为接收状态。路灯控制器接收到外部数据信息后，先要对所收数据的报文头和地址进行判断。当报文头正确，地址为本机地址时，它才执行相应的灯控命令，执行完后进入发送状态。