照明节能控制器【城市照明单灯节能控制器研究】
时间：2019-04-02 03:17:57 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】在分析路灯控制方式基础上，设计路灯节能控制器。利用路灯供电电缆，采用电力线通信技术，实现路灯的单灯控制。 【关键词】路灯节能；物联网；单灯控制；GPRS；电力线通信
引 言
目前全国路灯大多已经实现“三遥”（遥控、遥测、遥信）控制，三要控制只能实现对路灯箱变中各回路的管理及控制，还不能实现对每盏路灯的单灯控制及自动检测单灯故障。
随着现代化进程的不断发展，能够大量节约人力物力的自动化系统得到广泛的应用，电力载波技术就是在这一形式下推出的一项技术。电力线载波(PLC)是电力系统特有的、基本的通信方式。电力线载波通信是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。由于使用坚固可靠的电力线作为载波信号的传输媒介，因此具有信息传输稳定可靠、路由合理、可同时复用远动信号等特点，是唯一不需要线路投资的有线通信方式。
因此，利用电力线通信技术实现路灯单灯控制是比较好的选择。可以实现对某个区域的路灯的单灯控制，可对每盏路灯进行实时控制，并监测路灯的工作状态，可实现路灯按需照明、路灯自动巡检、延长灯具使用寿命，是现代路灯智能控制的根本解决方案。
1.单灯节能控制器的总体方案设计
路灯监控系统由监控中心、路段控制器和装有载波模块的路灯节点组成,其原理框图如图1所示，是典型的物联网架构。监控中心主要由计算机、主控制器、自动化监控软件、GPRS通信模块以及计算机外围设备组成, 主要负责对路段控制器和单灯节能控制器节点的控制以及对接收到的信息进行处理,完成对路灯的开关控制和故障的监测。单灯节能控制器节点是由ST7536模块和单片机以及外围电路组成的控制模块和载波模块,实现对路灯信息和主控中心信息的双向传输,以及根据不同的时段对路灯进行开关控制。
监控中心通过GPRS模块与路段控制器和路灯节点进行通信, 将要执行的指令通过GPRS网络发给路段控制器和路灯节点;路段控制器通过对数据的解析来识别监控中心所要执行的指令,并将指令通过电力线发到ST7536载波模块;ST753载波模块通过判断地址和指令要求来实现对指定路灯的开关操作以及对路灯状态的查询,从而实现对路灯节点的控制;若监控中心需要信息返回,ST7536载波模块通过电力线将信息传到路段控制器,通过路段控制器上的GPRS模块以短信息的形式传给监控中心。因此,通过监控中心就可以完成对路灯状态的查询和故障情况的处理,利用自动化监控软件和电子地图就可以确定某个路灯节点的状态或者故障位置;路段控制器中装载了万年历,通过对时间的设定实现对路灯每天开关的自动化管理,有效地节省了人力、物力,并且可以对突发事件及时地进行处理。
2.ST7536载波模块设计
一个由ST7536作电力载波通信芯片的系统是由微处理器、接口电路和ST7536本身组成的系统，在PLC载波模块中采用微处理器与ST公司的ST7536载波芯片进行通信,电路框图如图2所示。ST7536是基于扩频载波技术中的线性调频方式进行信号调制的,利用扫描频率的Chirps进行载波,这种扩频通信方式的频带宽度为100kHz～400kHz,并且总是以200kHz～400kHz的频率开始,以100kHz～200kHz的频率结束。由于这种调频信号占用的频带宽度远远大于信息的带宽,因而可以获得较大的处理增益,克服了窄带通信方式的抗干扰能力弱、传输距离短等缺点,在干扰比较多的电力线上使数据高速、可靠地传输。
ST7536的内部功能结构如图3所示。
ST7536符合DH028/29ENEL、欧洲CENELECEN50065-1标准以及美国的FCC规定。ST7536 是单芯片Modem，有28个引脚。ST7536芯片的集成度很高，只需要较少的外部元件来完成所有操作：1个晶振，4个电阻和5个电容。ST7536属于半双工同步调制解调集成电路，采用低成本的同步FSK调制方式。它有两种工作方式：接收和发送数据。工作方式是由Rx/Tx控制输入端决定的，数据的输入输出与时钟相关联。此时钟信号由ST7536产生。当ST7536工作于发送方式时，发送的数据(TXD)在时钟的正沿被抽样，然后进入FSK调制器。它的工作频率是由时间基准和控制逻辑来设定的。在正常工作状态，信号混合电路决定送至发送滤波器的FSK调制信号。此滤波器是一开关型的电容带通滤波器。
在接收方式时，信号通过接收模拟输入端(RAI)进入，被接收信号经过接收带通滤波器滤波。接收滤波器与发送滤波器一样，也是开关电容滤波器，也用自动频率控制电路来将此滤波器设定于正确的工作频率上。经过放大之后，此接收信号频率向下变换并经中频带通滤波器滤波，得到的信号送至FSK解调器。中频滤波器(IFO)输出和FSK解调器输入(DEMI)间的耦合是由外部的电容来完成的，它滤除了失调电压。时钟恢复电路从FSK解调器的解调输出中接收时钟信号(CLR/T)。同步接收的数据在时钟正沿被传送。
在接收模式下,模拟信号通过电力线耦合,经过输入带通滤波将信号传输到ST7536,ST7536则通过调制将模拟信号转换成数字信号储存在缓冲器中,单片机通过读命令将数据接收并按照数据的要求执行相应的操作;在发送模式下,单片机将所要发送的数字信号通过写命令将数据写入ST7536,在下一个时钟脉冲到来时,ST7536输出信号,并将数字信号解调为模拟信号以Chirp波的形式输出,通过信号放大电路将信号幅值放大,再通过输出带通滤波将干扰滤除后,耦合到电力线上。
为了尽可能长地增加传输距离,对于调制出的Chirp波形必需进行有效的滤波和放大,因此输入、输出滤波电路和信号放大电路的设计效果对于信号传输距离和抗干扰能力会产生很大影响。输入滤波器是频带宽度为100kHz～400kHz的LC带通滤波器,可以使频带以外的干扰信号得到有效的衰减,增强了载波信号的抗干扰性,防止了信号的误码。增加传输距离的另外一个措施是提高输出信号的发射功率。
