城镇路灯智能控制系统的研究

应用电力线载波器件与微控制器相结合，开发城镇路灯智能控制系统。该系统采用电力线载波通信方可能无法做到及时发现与维修。为此，需要实现城镇城市化是社会发展的要求与趋势。路灯是城镇居民必备的照明工具，中小城镇的路灯控制要求与大城市比较有自己独特的特点。例如中小城镇人口较少，午夜以后的经营活动更是稀少。为节约能源和延长照明器材的寿命，希望除几个关键位置的路灯长明以外，其余路灯都可以关闭。另外，许多中小城镇都有定期集市的传统，而农民赶集早晨时间都较早，所以在集市时又需要及时开启有关路灯，以方便农民。再有，小城镇的路灯管理维护人员一般都配备很小，路灯的损坏式，把城镇所有的路灯都连接到计算机上，通过计算机可以监视所有路灯的工作状态，并可随时设定任一盏路灯的开关时间或临时单独实现对任一盏路灯的手动控制。这样既满足了照明需要又减少了电力浪费，延长了照明器材的使用时间。同时，在系统中任一路灯的工作状态均可随时询，保证路灯损坏时可实时报警，并可显示具体地理位置，以便快速维修。系统应用实例表明：该智能路灯控制系统完全满足了城镇路灯控制与管理的需要，系统是可行与有效的。 2系统工作原理系统分监控中心和前端控制器（从机）两大部分。 监控中心由PC机及主控制器组成。PC机用VB与GIS软件开发，有数据库管理模块、人/机操作模块以及城镇路灯系统的地理线路图。一方面PC机上的数据库完成对路灯编号、命名、历史数据、维修数据等的记录与操作工作，另一方面，利用人/机界面操作模块发出对各路灯工作的控制命令，实现所需的控制要求。 再有利用PC机上存储的城镇路灯地理线路图。根据前端控制器传来的路灯故障信号，可以及时准确地显示故障发生的具体位置和可能的故障的原因。监控中心的主控制器结构所示。 主控制器通过RS232接口与PC机通信，一方面它接收PC的操作命令，另一方面它也能把各路灯的状态数据传送给PC机，供PC数据管理与故障分析报蒈使用。主控制器还设置有中文LCD显示与操作键盘模块，可用于PC机故障时或主控制器单独现场使用时对路灯控制参数的设置及故障位置的显示。主控制器与前端控制器，由电力载波调制解调器，通过电力线载波串行方式进行通信。一个通信数据包由6个字节组成，第1个字节是通信标识，第2、第3个字节是从站地址，第4字节是命令字，第5、第6字节为数据。因为从站地址为两个字节，从而整个系统理论上可以控制64K个从站。主控制器采用广播方式发送命令数据，从站收到通信包后进行数据分析，先识别是否是自己的地址，当判断是自己的地址后，才接收并执行相应的命令操作。 每一从站控制两组路灯。从站通过电力线载波接收来自主控制器的命令，并执行相应操作。另外完成对所控制两组路灯的工作电流与工作电压的采样处理。判断路灯是否工作正常，以便采取合理的保护措施。同时利用电力载波线将路灯的状态信息返送回监控中心。 3系统设计3.1硬件系统设计主控制器设计：主控制器是由电力载波调制解调PL1201是一个直序扩频半双工异步调制解调器。 载频为120KHz带宽为15KHz.它传输波特率500BPS，接收灵敏30fxv.该调制解调器抗干扰能力强，与TTL电平兼容，与MCS51单片机接口方便简单，完全满足电力线数据通信的要求。AT89C55是高性价比的微处理器，具有20KBFLASH程序存贮器，可以满足液晶显示汉字字库构建的需求。MGLS24064是香港精电公司产品，能显示4行，每行15个共60个汉字，MAX232是TTL电平与RS232电平转换芯片，供主控制器与PC机串口通信使用。当PL2101收到为由电力线传来的载频信号并经内部电路处理后，它将解调出数据信息，并经RXD输出给单片机。同时同步引脚HEAD输出低电平引发AT89C55的INT1产生中断，并接受数据。再根据预定格式合成指定的状态信息通过MAX232发送给PC机，当主控制器从PC机或从键盘操作中得到命令信息后，由PI. 5向PL2101发送命令数据，经PL2101调制信号后耦合至电力线向从站发送。 从站设计：从站控制器由PL2101，AT89C2051，A/D芯片TLC0832及光电耦合路灯控制电路组成。 AT89C2051为带有2KB程序存储器的单片机，指令与功能模块与MCS51完全兼容。TLC0832是一个8位二通道三总线的A/D转换器，其特点是体积小，占用单片机资源少，与单片机接口简单方便，且性价比优良。当PL2101接受到由主控制站通过电力线传送来的载频信号，并经其内部解调电路处理后，由RXD脚输出给单片机。同时HEAD脚同步输出低电平给AT89C2051的INT1引脚，产生中断，并在中断服务程序中接受主控制站送来的命令数据。同时根据命令中所规定的操作要求来修改开关灯时间，并由光电耦合路灯控制电路执行开关灯操作。另外，它还能在开灯后监控路灯上的电流、电压等参数，并在严重超标的情况时自动执行保护措施，同时及时给主控机发送故障原因信息。 3.2软件设计单片机的软件用C51语言编写，采用模块化与结构化设计方法。其中主控制器中程序模块主要包括：与PC机的数据通信，键盘的扫描与识别，LCD显示及与从机数据通信等4大模块。其中与PC机数据通信采用串行通信中断完成，键盘处理采用外部中断INTO实现，与从机的数据通信用INTI中断实现。从机中程序有：与主控制器通信模块，电流电压采样处理模块，路灯光电耦合控制模块3个部分，通信模块采用INT1中断服务程序。 监控中心的PC机数据库管理，命令界面操作及故障地理位置显示用VB和GIS开发。实现三大功能，一是路灯数据库的管理（包括编号，名称，材料，维修记录，故障记录等数据）；二是命令操作，用键盘实现对每组路灯的开关设置，并即刻通过主控制器发送到从机上，实时完成对路灯的开关控制；三是故障地理位置线路图的绘制与显示，通过事先绘制的路灯地理位置电子地图，当某一路灯发生故库，发来故障状态信息时，能在PC机上准确及时地显示故障发生地点与原因，便于维修。 4结束语该城镇路灯智能控制系统设计开发完成后，已用于浙江某镇486只路灯集约化管理控制系统中，经半年多的使用，系统稳定可靠，表明系统的设计是可行，有效的。该系统只要对监控中心的PC机与主控制器的功能更进一步地扩展，完全可以用于大中城市大规模区域路灯的智能化控制。