路燈控制系統(tǒng)

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(kāi)關(guān)燈時(shí)間。而從開(kāi)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?，以?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(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(jié)能效果，除了要根據(jù)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(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

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)。