隨著各地經(jīng)濟(jì)和交通的的快速發(fā)展，照明路燈設(shè)施規(guī)模越來(lái)越大，數(shù)量也越來(lái)越多，照明耗能也越來(lái)越大，照明用電量接近發(fā)電量的15%，許多地方用電效率低，且浪費(fèi)嚴(yán)重。我國(guó)目前能源短缺，供電緊張，很有必要采用一種既方便又經(jīng)濟(jì)的節(jié)電器來(lái)解決以上問(wèn)題。
經(jīng)過(guò)理論分析和反復(fù)實(shí)踐并多次電路改進(jìn)，研制出了一種用ATmegal28單片機(jī)作為控制核心的智能型路燈節(jié)電裝置（以下簡(jiǎn)稱路燈節(jié)電器），該節(jié)電器具有根據(jù)時(shí)間自動(dòng)開關(guān)燈，根據(jù)系統(tǒng)電壓電流自動(dòng)調(diào)壓，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)節(jié)電器的各種保護(hù)等多種功能，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)電效果顯著。
1智能節(jié)電器的原理與控制方式1.1節(jié)電原理電光源的亮度與其工作電壓呈非線性關(guān)系，額定電壓230V逐漸降至195V時(shí)，發(fā)光體的亮度變化是緩慢的，照明的效果和質(zhì)量不會(huì)有明顯的變化，對(duì)人體的視覺(jué)滿足程度基本相同。
根據(jù)理論推導(dǎo)計(jì)算和，包括主回路電路、單片機(jī)和采樣電路等外圍電路。
由-放大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框。3采樣電路要使系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)的電壓電流波動(dòng)，作出相應(yīng)的控制動(dòng)作，必須對(duì)電壓電流進(jìn)行采樣，其采樣電路如所示。通過(guò)電壓互感器、電流互感器來(lái)分別檢測(cè)電壓、電流，同時(shí)為了提篼系統(tǒng)的抗干擾能力，用共模電感減少共模干擾的影響，用電容Cl，C2進(jìn)行濾波，再通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換器整流為直流信號(hào)，最后通過(guò)放大器隔離為單片機(jī)提供采樣信號(hào)，用軟件進(jìn)行校準(zhǔn)。
t.l主回路電路主回路部分有四個(gè)抽頭變壓器，輸人交流220V，輸出分別為210，200，190，185和220V共分為五擋，分別由接觸器KM3，KM4，KM5，KM6和KM7控制，KM8，KM9，KM10分別控制三相回路的通斷。KMR為過(guò)渡電阻控制接觸器，KM7為封零接觸器，啟動(dòng)時(shí)，繼電器KM0先閉合，KM1和KM2吸合，先全壓?jiǎn)?dòng)一定時(shí)間后進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)，根據(jù)設(shè)置值逐步進(jìn)行調(diào)壓穩(wěn)壓。
2.2單片機(jī)的選擇來(lái)控制電路。該單片機(jī)具有128K的FLASH、2K的EEPROM，擦寫次數(shù)可達(dá)10萬(wàn)次，可以用來(lái)存儲(chǔ)節(jié)電的狀態(tài)信息；4個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可用來(lái)設(shè)置溢出中斷；53個(gè)I/O引腳，具有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，可以直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示器而省去驅(qū)動(dòng)電賂；2個(gè)可程序設(shè)計(jì)串行USART接口支持全雙工同步/異步串行通信；8信道10位A/D信道，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流、電壓由模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。
2.4其他電路時(shí)鐘電路采用時(shí)鐘芯片DS1 307，通過(guò)單片機(jī)的I2C總線來(lái)通信，同時(shí)為了防止斷電造成芯片停止計(jì)時(shí)，需另加一個(gè)鋰電池；數(shù)字量輸入電路通過(guò)線、復(fù)位線、片選線等信號(hào)線，來(lái)控制液晶顯示；鍵盤可由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，執(zhí)行菜單的輸人設(shè)置功能。
3控制電路的軟件設(shè)計(jì)軟件程序設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，以主程序?yàn)楹诵�，同時(shí)設(shè)置了許多功能子模塊。子模塊包括：鍵盤檢測(cè)模塊、液晶顯示模塊、時(shí)鐘模塊、控制模塊、保護(hù)模塊、通信模塊等，分別實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。
系統(tǒng)程序流程如所示。先對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括初始化單片機(jī)的I/O口、定時(shí)器T1和12、通信串口UART、模數(shù)轉(zhuǎn)化A/D等外設(shè)，同時(shí)把存儲(chǔ)數(shù)據(jù)從EEPROM中讀出，設(shè)置好控制參數(shù)；把時(shí)鐘芯片中的時(shí)間通過(guò)I2C總線讀到芯片中，以便顯示出當(dāng)?shù)貢r(shí)間。
液晶顯示程序是程序的主要模塊，是控制器的人機(jī)接口，具有兩級(jí)菜單，可以設(shè)置各種不同的功能，如經(jīng)緯度設(shè)定、固定節(jié)電時(shí)間設(shè)定、時(shí)鐘設(shè)定、通信參數(shù)設(shè)定等。各種控制功能的編寫都有一定的算法，根據(jù)控制需要改變繼電器的動(dòng)作順序及狀態(tài)。
全壓工作即當(dāng)路燈啟動(dòng)后先全壓工作15min，使路燈正常發(fā)光。然后進(jìn)人節(jié)電狀態(tài)，把電壓、電流通過(guò)互感器采到AD口，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字董，根據(jù)AD采樣值來(lái)進(jìn)行1.2節(jié)控制方式控制。通過(guò)時(shí)控方式選擇，進(jìn)人節(jié)電運(yùn)行狀態(tài)。
4遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由于城市路燈具有終端多、戶外、分散和地域廣等特點(diǎn)，采用什么通信方式是解決路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控及管理的關(guān)鍵問(wèn)題。通�？梢圆捎脽o(wú)線電臺(tái)、電力線載波和電話線路作為通信手段，但這些通信方式需要自行投資建設(shè)專用計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，致使一次性投資、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高，并要求專業(yè)技術(shù)人員維護(hù)，是實(shí)現(xiàn)路燈系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的主要困難。
采用公用通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)GPRS-Intemet可以很好地解決以上問(wèn)題。
4.1監(jiān)控系統(tǒng)的組成監(jiān)控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如所示。
圈4監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端節(jié)電器通過(guò)GPRS設(shè)備終端將路燈線路運(yùn)行的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)（包括電壓、電流、開關(guān)量等）傳到Internet網(wǎng)上，再經(jīng)過(guò)Internet網(wǎng)連到監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制和信息管理。
4.2監(jiān)控系統(tǒng)的通倍系統(tǒng)選用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在用戶層采用一定的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端和監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)通信規(guī)約，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端與監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)之間的通信，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。
兩者的報(bào)文格式如表1所示。
監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文中的地址是節(jié)電器地址編號(hào)，功能包括設(shè)置運(yùn)行參數(shù)、調(diào)數(shù)據(jù)報(bào)表1通倌報(bào)文格式b起始地址類型數(shù)據(jù)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)校驗(yàn)和結(jié)束1 1 1 1文和校對(duì)時(shí)間等，采用16位CRC校驗(yàn)，生成多項(xiàng)式為G（尤）='6+心++1.單片機(jī)返回的數(shù)據(jù)報(bào)文包括路燈線路的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)（電壓、支路電流和總電流、開關(guān)童）和故障信息等。其中，故障信息主要包括復(fù)位信息、A/D轉(zhuǎn)換故障、CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤、停電信息、時(shí)間錯(cuò)誤和終端設(shè)備異常等。
4.3監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在軟件環(huán)境的選擇上要力求先進(jìn)、實(shí)用，以便系統(tǒng)在軟件環(huán)境上的更新?lián)Q代，滿足用戶對(duì)人機(jī)對(duì)話和操作方便等方面的要求。選用VB作為編程語(yǔ)言，監(jiān)控中心軟件為中文的圖形菜單式界面，界面設(shè)計(jì)及操作方式均采用Windows標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)格。
Sockets控件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信編程。Winsock的基本模式為：建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)例的服務(wù)器端，只需設(shè)置本地服務(wù)端口號(hào)，然后服務(wù)器調(diào)用方法Listen進(jìn)人阻塞狀態(tài)，等待來(lái)自客戶的連接請(qǐng)求。與此對(duì)應(yīng)的客戶端不但要將Winsock的屬性RemoteHost置為服務(wù)器的名稱（IP地址或網(wǎng)絡(luò)代號(hào)），還應(yīng)設(shè)置服務(wù)器所監(jiān)聽的栩應(yīng)服務(wù)的端口號(hào)（RemotePort），然后調(diào)用方法Win-sock.Coect向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求。服務(wù)器接收到客戶請(qǐng)求時(shí)，事件ConnectionRequest將被觸發(fā)。如服務(wù)器愿意提供服務(wù)，則可調(diào)用Accept方法接受連接。一旦連接建立，兩端均可使用SendData或GetData進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。
智能路燈節(jié)電器軟件的開發(fā)需要伴隨大量的數(shù)據(jù)資料。面對(duì)如此龐大而復(fù)雜的數(shù)據(jù)，必須對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的管理和組織，這就要求有一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)軟件。而目前非常流行的Microsoft Access數(shù)據(jù)庫(kù)軟件不僅功能強(qiáng)大而且直觀易用。
對(duì)一些簡(jiǎn)單應(yīng)用甚至不需要編寫任何代碼即可實(shí)現(xiàn)。另外，VisualBasic中的Adodc接口提供了直接訪問(wèn)Access的功能，使用起來(lái)非常方便。
系統(tǒng)采用目前比較流行的GPRS通信方式，結(jié)合監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了用戶管理，地圖切換，實(shí)時(shí)監(jiān)控，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ�。總結(jié)起來(lái)，系統(tǒng)監(jiān)控中心軟件有如下幾方面的優(yōu)越性能和功能：系統(tǒng)的安全性、可靠性篼；人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送與接受；采用了客戶機(jī)/務(wù)器結(jié)構(gòu)，分布處理能力強(qiáng)；系統(tǒng)的可擴(kuò)展性強(qiáng)，便于維護(hù)和擴(kuò)展。
5結(jié)論設(shè)計(jì)了以ATmega128單片機(jī)為核心的智能路燈節(jié)電器，描述了節(jié)電器的各種功能，詳細(xì)分析了硬件結(jié)構(gòu)及軟件編程。該節(jié)電器設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，硬件結(jié)構(gòu)合理。，具有多種時(shí)間控制方式，且能使燈在電壓波動(dòng)范圍內(nèi)自動(dòng)穩(wěn)壓和自動(dòng)進(jìn)行各種保護(hù)功能，同時(shí)具有與監(jiān)控中心進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，實(shí)現(xiàn)遙控、遙測(cè)和遙信的功能，方便維護(hù)和管理，提高了工作效率�，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，該節(jié)電器照明控制系統(tǒng)節(jié)電效率為30%左右，節(jié)電效率篼，具有很大的市場(chǎng)推廣價(jià)值。
