一種基于電力載波的單燈和雙燈控制器

摘要：文章設(shè)計(jì)了單燈和雙燈控制器包括MCU主控電路、供電電路、與燈具相對(duì)應(yīng)的控制開關(guān)、載波通信電路、PWM輸出電路、電壓/電流采集電路和過載保護(hù)電路。通過對(duì)內(nèi)部電路模塊的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，采用載波通信方式來實(shí)現(xiàn)單個(gè)燈具或多個(gè)燈具的開關(guān)控制、故障監(jiān)測(cè)、工作狀況信息跟蹤，極大地豐富了控制器的功能，同時(shí)有利于維護(hù)人員迅速、準(zhǔn)確地處理故障燈具，其結(jié)構(gòu)簡單，有利于實(shí)現(xiàn)控制器整體的智能化、小型化、低功耗、高靈敏度等功能。

關(guān)鍵詞：電力載波；單燈控制器；雙燈控制器；電路模塊；城市照明 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP393 文章編號(hào)：1009-2374（2015）04-0017-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0292

隨著我國城市化步伐的加快，城市照明建設(shè)作為體現(xiàn)城市形象的作用日益受到重視。在城市照明的控制管理范圍日益擴(kuò)大的同時(shí)，建設(shè)發(fā)展對(duì)城市照明也提出了更高更新的要求。目前，各個(gè)城市對(duì)城市路燈的節(jié)能控制一般由兩個(gè)途徑：一是采用節(jié)能光源；二是采用合理的控制線路，而由于很多城市在最初的設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)還沒有出現(xiàn)上述問題，也就沒有預(yù)留出相關(guān)的節(jié)能改造空間，同時(shí)在很多城市中那些已使用多年的老線路，存在著改造難度大、周期長、費(fèi)用高等諸多問題。本文在單燈控制器基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于電力載波的雙燈控制器或多個(gè)燈具的開關(guān)控制、故障監(jiān)測(cè)、工作狀況信息跟蹤，極大地豐富了控制器的功能。

1 單燈控制器

1.1 設(shè)計(jì)原理圖

設(shè)計(jì)原理如圖1所示：

圖1 單燈控制器部分設(shè)計(jì)電路圖

單燈控制器由4個(gè)單元組成：載波通訊模塊、電流測(cè)量電路、手工操作開關(guān)和電源部分。

載波通訊設(shè)計(jì)符合EIA-709.1，EIA-709.2和EN50065-1等國際標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部集成了ANSI 709.1七層協(xié)議、自動(dòng)路由自適應(yīng)算法，可以將一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)配置為一個(gè)路由或普通節(jié)點(diǎn)，其出色的物理層性能和自動(dòng)路由的特點(diǎn)提供了可靠的網(wǎng)絡(luò)通信性能。

路燈開關(guān)的設(shè)計(jì)以8位微控制器為核心，配合相關(guān)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，主要通過與載波模塊通信，實(shí)現(xiàn)開燈、關(guān)燈、調(diào)光、數(shù)據(jù)查詢以及故障報(bào)警等功能。電流檢測(cè)通過采用高精度電能計(jì)量集成芯片，實(shí)時(shí)查詢燈具（負(fù)載）當(dāng)前實(shí)時(shí)電壓、電流、功率因素等參數(shù)。

1.2 功能

具有控制載波通訊、路燈開關(guān)、電流檢測(cè)等功能。

2 雙燈控制器

2.1 結(jié)構(gòu)原理框圖

結(jié)構(gòu)原理如圖2所示：

圖2 結(jié)構(gòu)原理框圖

雙燈控制器包括：MCU主控電路；與MCU主控電路連接的供電電路，所述供電電路外接220VAC/50Hz的外部電源并通過MCU主控電路輸出至少一組220VAC電壓；至少一個(gè)連接于MCU主控電路與對(duì)應(yīng)的燈具之間的控制開關(guān)；用于與遠(yuǎn)程集控器進(jìn)行通信連接的載波通信電路，所述載波通信電路與MCU主控電路電性連接；連接于MCU主控電路與燈具之間的用于調(diào)節(jié)燈具照明亮度的PWM輸出電路、用于實(shí)時(shí)采集燈具的運(yùn)行參數(shù)的電壓/電流采集電路和用于保障控制器安全的過載保護(hù)電路。其特征在于：（1）每個(gè)所述燈具與MCU主控電路之間均連接有一個(gè)起到開箱報(bào)警作用的開關(guān)量輸入電路；（2）所述控制開關(guān)包括一常閉繼電器，所述常閉繼電器的觸點(diǎn)容量為10A/250V；（3）所述MCU主控電路包括一8位微控制器。針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、功能豐富，可同時(shí)控制單個(gè)或者多個(gè)路燈并能夠?qū)崿F(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控與管理的基于電力載波的雙燈控制器。

2.2 技術(shù)方案

電力載波的雙燈控制器，它包括與至少一個(gè)燈具連接的控制器，所述控制器包括：MCU主控電路；與MCU主控電路連接的供電電路，所述供電電路外接220VAC/50Hz的外部電源并通過MCU主控電路輸出至少一組220VAC電壓；至少一個(gè)連接于MCU主控電路與對(duì)應(yīng)的燈具之間的控制開關(guān)；用于與遠(yuǎn)程集控器進(jìn)行通信連接的載波通信電路，所述載波通信電路與MCU主控電路電性連接；連接于MCU主控電路與燈具之間的用于調(diào)節(jié)燈具照明亮度的PWM輸出電路、用于實(shí)時(shí)采集燈具的運(yùn)行參數(shù)的電壓/電流采集電路和用于保障控制器安全的過載保護(hù)電路。每個(gè)所述燈具與MCU主控電路之間均連接有一個(gè)起到開箱報(bào)警作用的開關(guān)量輸入電路；所述控制開關(guān)包括一常閉繼電器，所述常閉繼電器的觸點(diǎn)容量為10A/250V；所述MCU主控電路包括一8位微控制器。

通過對(duì)內(nèi)部電路模塊的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，采用載波通信方式來實(shí)現(xiàn)單個(gè)燈具或多個(gè)燈具的開關(guān)控制、故障監(jiān)測(cè)、工作狀況信息跟蹤，極大地豐富了控制器的功能；有利于維護(hù)人員迅速、準(zhǔn)確地處理故障燈具；其結(jié)構(gòu)簡單，有利于實(shí)現(xiàn)控制器整體的智能化、小型化、低功耗、高靈敏度等功能，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

2.3 接線示意圖

接線示意圖如圖3所示：

圖3 接線示意圖

3 雙燈控制器具體實(shí)施方式

如圖2和圖3所示，基于電力載波的雙燈控制器，它包括與至少一個(gè)燈具1連接的控制器，其中，控制器包括：MCU主控電路2，其包括一個(gè)8位微控制器以起到整個(gè)控制器的中央控制作用；供電電路3，其用于外接220VAC/50Hz的外部電源，同時(shí)與MCU主控電路2連接并通過MCU主控電路2輸出至少一組220VAC電壓，以向包括燈具1在內(nèi)的負(fù)載供電；控制開關(guān)4，其設(shè)置于控制器的內(nèi)部，連接于MCU主控電路2與對(duì)應(yīng)的燈具1之間，控制開關(guān)4的數(shù)量與待控制燈具的數(shù)量相同；載波通信電路5，其余MCU主控電路2進(jìn)行電性連接，并與遠(yuǎn)程集控器進(jìn)行通信連接，以此遠(yuǎn)程集控器可通過載波通信電路5向MCU主控電路2下發(fā)工作指令，同時(shí)將MCU主控電路2收集的關(guān)于燈具1的運(yùn)行參數(shù)以及整個(gè)電路的狀況信息實(shí)時(shí)地傳送給遠(yuǎn)程集控器；在MCU主控電路2與燈具1之間還連接有用于調(diào)節(jié)燈具1的照明亮度的PWM輸出電路6、用于實(shí)時(shí)采集燈具1的運(yùn)行參數(shù)，并通過MCU主控電路2和載波通信電路5上傳相關(guān)數(shù)據(jù)的電壓/電流采集電路7以及當(dāng)燈具1或整個(gè)電路出現(xiàn)故障導(dǎo)致過流問題發(fā)生時(shí)，用于保障控制器安全的過載保護(hù)電路8。

PWM輸出電路6采用的信號(hào)頻率可以為200Hz（可調(diào)），其包括一TTL電平，而占空比則可在0%～100%的范圍內(nèi)調(diào)整。如此，當(dāng)MCU主控電路2通過載波通信電路5接收到遠(yuǎn)程集控器的工作指令后，會(huì)控制控制開關(guān)4吸合，從而使燈具1工作；而在燈具1工作時(shí)，電壓/電流采集電路7則會(huì)實(shí)時(shí)采集燈具1的運(yùn)行參數(shù)，并依次通過MCU主控電路2和載波通信電路5上傳至遠(yuǎn)程集控器，以便于后臺(tái)管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)查詢、調(diào)閱燈具1的工作狀況；當(dāng)燈具1或整個(gè)連接電路出現(xiàn)故障而導(dǎo)致過流問題的發(fā)生時(shí)，過載保護(hù)電路8則將信息傳遞給MCU主控電路2中的微控制器，以通過微控制器快速的切斷由供電電路3提供的電源和控制開關(guān)4并通過載波通信電路5向遠(yuǎn)程集控器上報(bào)故障信息，方便維護(hù)人員的迅速處理。

另外，為防止因正常維護(hù)或意外情況的發(fā)生，在燈具1與MCU主控電路2之間分別連接有一個(gè)起到開箱報(bào)警作用的開關(guān)量輸入電路9。

本例的雙燈控制器可對(duì)路燈設(shè)施進(jìn)行內(nèi)澇、溫濕度測(cè)試，在停電條件下仍然可以對(duì)線路進(jìn)行防盜，同時(shí)，可具備電力線信噪比監(jiān)測(cè)和UID主動(dòng)上報(bào)功能。

4 應(yīng)用發(fā)展情景

隨著城市的快速發(fā)展，對(duì)城市道路照明管理提出了更高的要求，以前傳統(tǒng)的路燈控制方式已經(jīng)無法滿足城市現(xiàn)代化要求，研發(fā)一種功能完善、操作簡單、高效的雙燈控制器是必然趨勢(shì)。雙燈終端控制器作為一種新型的智能化控制器，其能對(duì)單個(gè)光源進(jìn)行測(cè)控、準(zhǔn)確判斷線路故障，使維護(hù)人員及時(shí)掌握路燈開關(guān)燈情況，對(duì)道路照明進(jìn)行高效、可靠、安全的維護(hù)和管理，很好地解決了當(dāng)前城市照明管理中維修滯后的難題。

參考文獻(xiàn)

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[3] 王巍.基于電力載波技術(shù)的LED路燈監(jiān)控系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].天津工業(yè)大學(xué)，2011.

作者簡介：韋云生（1970-），男（壯族），廣西柳州人，柳州市城市照明管理處工程師，研究生，研究方向：電氣自動(dòng)化技術(shù)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）