智能路灯节能控制器的设计与实现

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    随着我国经济高速发展,人民生活水平日益提高,能源和资源变得日益紧张,电力短缺已成为制约国民经济发展的突出矛盾。目前我国照明消耗的电能约占电力生产总量的10%~20%,而城市公共照明则在照明耗电中占30%,并且近几年随着让城市亮起来的口号的提出,全国路灯的数量仍在迅猛地增长。公共路灯节能的口号便由此而提出。通常的节能途径有两个:一个是采用节能光源;二是采用合理的控制线路。本文在使用节能光源的情况下采用合理的控制线路来实现路灯节能。在供电系统中,为避免送电过程中的线路损耗和用电高峰时造成末端电压过低,供电部门均采用较高电压进行传输。因此路灯承受电压多高于灯具的额定电压。然而据调查我国小型城市晚上21:00后,大中城市00:00以后道路上几乎空无一人。从而造成了“人少车稀灯更亮”的不合理情况。为了避免这种情况,大多数城市和地区均采用了发达国家早已淘汰了的隔盏关灯的原始路灯控制方法。这种方法不仅导致路面照度分布不均,而且会减少路灯使用寿命。本文采用“全年分三季,一季分时段”的分时控制思想实现节能的目的。在不同的时段投入不同的供电电压运行,在保证路灯正常照明的前提下,兼顾到了用电低谷期节能的效果。同时利用电力载波技术实现对路灯运行状况的实时监控。

    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。

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