一種基于電力載波的單燈和雙燈控制器

摘要：文章設計了單燈和雙燈控制器包括MCU主控電路、供電電路、與燈具相對應的控制開關、載波通信電路、PWM輸出電路、電壓/電流采集電路和過載保護電路。通過對內部電路模塊的連接結構進行優(yōu)化，采用載波通信方式來實現單個燈具或多個燈具的開關控制、故障監(jiān)測、工作狀況信息跟蹤，極大地豐富了控制器的功能，同時有利于維護人員迅速、準確地處理故障燈具，其結構簡單，有利于實現控制器整體的智能化、小型化、低功耗、高靈敏度等功能。

關鍵詞：電力載波；單燈控制器；雙燈控制器；電路模塊；城市照明 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP393 文章編號：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，城市照明建設作為體現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大的同時，建設發(fā)展對城市照明也提出了更高更新的要求。目前，各個城市對城市路燈的節(jié)能控制一般由兩個途徑：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計規(guī)劃時還沒有出現上述問題，也就沒有預留出相關的節(jié)能改造空間，同時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、費用高等諸多問題。本文在單燈控制器基礎上設計了基于電力載波的雙燈控制器或多個燈具的開關控制、故障監(jiān)測、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 設計原理圖

設計原理如圖1所示：

圖1 單燈控制器部分設計電路圖

單燈控制器由4個單元組成：載波通訊模塊、電流測量電路、手工操作開關和電源部分。

載波通訊設計符合EIA-709.1，EIA-709.2和EN50065-1等國際標準，內部集成了ANSI 709.1七層協(xié)議、自動路由自適應算法，可以將一個通信節(jié)點動態(tài)配置為一個路由或普通節(jié)點，其出色的物理層性能和自動路由的特點提供了可靠的網絡通信性能。

路燈開關的設計以8位微控制器為核心，配合相關的硬件和軟件設計，主要通過與載波模塊通信，實現開燈、關燈、調光、數據查詢以及故障報警等功能。電流檢測通過采用高精度電能計量集成芯片，實時查詢燈具（負載）當前實時電壓、電流、功率因素等參數。

1.2 功能

具有控制載波通訊、路燈開關、電流檢測等功能。

2 雙燈控制器

2.1 結構原理框圖

結構原理如圖2所示：

圖2 結構原理框圖

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；至少一個連接于MCU主控電路與對應的燈具之間的控制開關；用于與遠程集控器進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節(jié)燈具照明亮度的PWM輸出電路、用于實時采集燈具的運行參數的電壓/電流采集電路和用于保障控制器安全的過載保護電路。其特征在于：（1）每個所述燈具與MCU主控電路之間均連接有一個起到開箱報警作用的開關量輸入電路；（2）所述控制開關包括一常閉繼電器，所述常閉繼電器的觸點容量為10A/250V；（3）所述MCU主控電路包括一8位微控制器。針對上述現有技術存在的不足，提供一種結構簡單、功能豐富，可同時控制單個或者多個路燈并能夠實現全天候實時監(jiān)控與管理的基于電力載波的雙燈控制器。

2.2 技術方案

電力載波的雙燈控制器，它包括與至少一個燈具連接的控制器，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；至少一個連接于MCU主控電路與對應的燈具之間的控制開關；用于與遠程集控器進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節(jié)燈具照明亮度的PWM輸出電路、用于實時采集燈具的運行參數的電壓/電流采集電路和用于保障控制器安全的過載保護電路。每個所述燈具與MCU主控電路之間均連接有一個起到開箱報警作用的開關量輸入電路；所述控制開關包括一常閉繼電器，所述常閉繼電器的觸點容量為10A/250V；所述MCU主控電路包括一8位微控制器。

通過對內部電路模塊的連接結構進行優(yōu)化，采用載波通信方式來實現單個燈具或多個燈具的開關控制、故障監(jiān)測、工作狀況信息跟蹤，極大地豐富了控制器的功能；有利于維護人員迅速、準確地處理故障燈具；其結構簡單，有利于實現控制器整體的智能化、小型化、低功耗、高靈敏度等功能，具有很強的實用性。

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8位微控制器以起到整個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在內的負載供電；控制開關4，其設置于控制器的內部，連接于MCU主控電路2與對應的燈具1之間，控制開關4的數量與待控制燈具的數量相同；載波通信電路5，其余MCU主控電路2進行電性連接，并與遠程集控器進行通信連接，以此遠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，同時將MCU主控電路2收集的關于燈具1的運行參數以及整個電路的狀況信息實時地傳送給遠程集控器；在MCU主控電路2與燈具1之間還連接有用于調節(jié)燈具1的照明亮度的PWM輸出電路6、用于實時采集燈具1的運行參數，并通過MCU主控電路2和載波通信電路5上傳相關數據的電壓/電流采集電路7以及當燈具1或整個電路出現故障導致過流問題發(fā)生時，用于保障控制器安全的過載保護電路8。

PWM輸出電路6采用的信號頻率可以為200Hz（可調），其包括一TTL電平，而占空比則可在0%～100%的范圍內調整。如此，當MCU主控電路2通過載波通信電路5接收到遠程集控器的工作指令后，會控制控制開關4吸合，從而使燈具1工作；而在燈具1工作時，電壓/電流采集電路7則會實時采集燈具1的運行參數，并依次通過MCU主控電路2和載波通信電路5上傳至遠程集控器，以便于后臺管理系統(tǒng)能夠實時查詢、調閱燈具1的工作狀況；當燈具1或整個連接電路出現故障而導致過流問題的發(fā)生時，過載保護電路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4并通過載波通信電路5向遠程集控器上報故障信息，方便維護人員的迅速處理。

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

本例的雙燈控制器可對路燈設施進行內澇、溫濕度測試，在停電條件下仍然可以對線路進行防盜，同時，可具備電力線信噪比監(jiān)測和UID主動上報功能。

4 應用發(fā)展情景

隨著城市的快速發(fā)展，對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無法滿足城市現代化要求，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。雙燈終端控制器作為一種新型的智能化控制器，其能對單個光源進行測控、準確判斷線路故障，使維護人員及時掌握路燈開關燈情況，對道路照明進行高效、可靠、安全的維護和管理，很好地解決了當前城市照明管理中維修滯后的難題。

參考文獻

[1] 胥和平，等.基于電力載波技術的智能照明路燈控制系統(tǒng)[J].電工技術，2010，（2）.

[2] 沈曉燕.基于總線技術的智能照明路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)[D].中國海洋大學，2007.

[3] 王巍.基于電力載波技術的LED路燈監(jiān)控系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].天津工業(yè)大學，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：電氣自動化技術。

（責任編輯：周 瓊）