中级工程师机电一体化职论文一种基于电力载波的单灯和双灯控制器

　　摘要：文章设计了单灯和双灯控制器包括MCU主控电路、供电电路、与灯具相对应的控制开关、载波通信电路、PWM输出电路、电压/电流采集电路和过载保护电路。通过对内部电路模块的连接结构进行优化，采用载波通信方式来实现单个灯具或多个灯具的开关控制、故障监测、工作状况信息跟踪，极大地丰富了控制器的功能，同时有利于维护人员迅速、准确地处理故障灯具，其结构简单，有利于实现控制器整体的智能化、小型化、低功耗、高灵敏度等功能。

　　关键词：中级工程师机电一体化职论文,电力载波,单灯控制器,双灯控制器,电路模块,城市照明

　　随着我国城市化步伐的加快，城市照明建设作为体现城市形象的作用日益受到重视。在城市照明的控制管理范围日益扩大的同时，建设发展对城市照明也提出了更高更新的要求。目前，各个城市对城市路灯的节能控制一般由两个途径：一是采用节能光源;二是采用合理的控制线路，而由于很多城市在最初的设计规划时还没有出现上述问题，也就没有预留出相关的节能改造空间，同时在很多城市中那些已使用多年的老线路，存在着改造难度大、周期长、费用高等诸多问题。本文在单灯控制器基础上设计了基于电力载波的双灯控制器或多个灯具的开关控制、故障监测、工作状况信息跟踪，极大地丰富了控制器的功能。

　　1 单灯控制器

　　1.1 设计原理图

　　设计原理如图1所示：

　　图1 单灯控制器部分设计电路图

　　单灯控制器由4个单元组成：载波通讯模块、电流测量电路、手工操作开关和电源部分。

　　载波通讯设计符合EIA-709.1，EIA-709.2和EN50065-1等国际标准，内部集成了ANSI 709.1七层协议、自动路由自适应算法，可以将一个通信节点动态配置为一个路由或普通节点，其出色的物理层性能和自动路由的特点提供了可靠的网络通信性能。

　　路灯开关的设计以8位微控制器为核心，配合相关的硬件和软件设计，主要通过与载波模块通信，实现开灯、关灯、调光、数据查询以及故障报警等功能。电流检测通过采用高精度电能计量集成芯片，实时查询灯具(负载)当前实时电压、电流、功率因素等参数。

　　1.2 功能

　　具有控制载波通讯、路灯开关、电流检测等功能。

　　2 双灯控制器

　　2.1 结构原理框图

　　结构原理如图2所示：

　　图2 结构原理框图

　　双灯控制器包括：MCU主控电路;与MCU主控电路连接的供电电路，所述供电电路外接220VAC/50Hz的外部电源并通过MCU主控电路输出至少一组220VAC电压;至少一个连接于MCU主控电路与对应的灯具之间的控制开关;用于与远程集控器进行通信连接的载波通信电路，所述载波通信电路与MCU主控电路电性连接;连接于MCU主控电路与灯具之间的用于调节灯具照明亮度的PWM输出电路、用于实时采集灯具的运行参数的电压/电流采集电路和用于保障控制器安全的过载保护电路。其特征在于：(1)每个所述灯具与MCU主控电路之间均连接有一个起到开箱报警作用的开关量输入电路;(2)所述控制开关包括一常闭继电器，所述常闭继电器的触点容量为10A/250V;(3)所述MCU主控电路包括一8位微控制器。针对上述现有技术存在的不足，提供一种结构简单、功能丰富，可同时控制单个或者多个路灯并能够实现全天候实时监控与管理的基于电力载波的双灯控制器。

　　2.2 技术方案

　　电力载波的双灯控制器，它包括与至少一个灯具连接的控制器，所述控制器包括：MCU主控电路;与MCU主控电路连接的供电电路，所述供电电路外接220VAC/50Hz的外部电源并通过MCU主控电路输出至少一组220VAC电压;至少一个连接于MCU主控电路与对应的灯具之间的控制开关;用于与远程集控器进行通信连接的载波通信电路，所述载波通信电路与MCU主控电路电性连接;连接于MCU主控电路与灯具之间的用于调节灯具照明亮度的PWM输出电路、用于实时采集灯具的运行参数的电压/电流采集电路和用于保障控制器安全的过载保护电路。每个所述灯具与MCU主控电路之间均连接有一个起到开箱报警作用的开关量输入电路;所述控制开关包括一常闭继电器，所述常闭继电器的触点容量为10A/250V;所述MCU主控电路包括一8位微控制器。

　　通过对内部电路模块的连接结构进行优化，采用载波通信方式来实现单个灯具或多个灯具的开关控制、故障监测、工作状况信息跟踪，极大地丰富了控制器的功能;有利于维护人员迅速、准确地处理故障灯具;其结构简单，有利于实现控制器整体的智能化、小型化、低功耗、高灵敏度等功能，具有很强的实用性。

　　2.3 接线示意图

　　接线示意图如图3所示：

　　图3 接线示意图

　　3 双灯控制器具体实施方式

　　如图2和图3所示，基于电力载波的双灯控制器，它包括与至少一个灯具1连接的控制器，其中，控制器包括：MCU主控电路2，其包括一个8位微控制器以起到整个控制器的中央控制作用;供电电路3，其用于外接220VAC/50Hz的外部电源，同时与MCU主控电路2连接并通过MCU主控电路2输出至少一组220VAC电压，以向包括灯具1在内的负载供电;控制开关4，其设置于控制器的内部，连接于MCU主控电路2与对应的灯具1之间，控制开关4的数量与待控制灯具的数量相同;载波通信电路5，其余MCU主控电路2进行电性连接，并与远程集控器进行通信连接，以此远程集控器可通过载波通信电路5向MCU主控电路2下发工作指令，同时将MCU主控电路2收集的关于灯具1的运行参数以及整个电路的状况信息实时地传送给远程集控器;在MCU主控电路2与灯具1之间还连接有用于调节灯具1的照明亮度的PWM输出电路6、用于实时采集灯具1的运行参数，并通过MCU主控电路2和载波通信电路5上传相关数据的电压/电流采集电路7以及当灯具1或整个电路出现故障导致过流问题发生时，用于保障控制器安全的过载保护电路8。

　　PWM输出电路6采用的信号频率可以为200Hz(可调)，其包括一TTL电平，而占空比则可在0%～100%的范围内调整。如此，当MCU主控电路2通过载波通信电路5接收到远程集控器的工作指令后，会控制控制开关4吸合，从而使灯具1工作;而在灯具1工作时，电压/电流采集电路7则会实时采集灯具1的运行参数，并依次通过MCU主控电路2和载波通信电路5上传至远程集控器，以便于后台管理系统能够实时查询、调阅灯具1的工作状况;当灯具1或整个连接电路出现故障而导致过流问题的发生时，过载保护电路8则将信息传递给MCU主控电路2中的微控制器，以通过微控制器快速的切断由供电电路3提供的电源和控制开关4并通过载波通信电路5向远程集控器上报故障信息，方便维护人员的迅速处理。

　　另外，为防止因正常维护或意外情况的发生，在灯具1与MCU主控电路2之间分别连接有一个起到开箱报警作用的开关量输入电路9。

　　本例的双灯控制器可对路灯设施进行内涝、温湿度测试，在停电条件下仍然可以对线路进行防盗，同时，可具备电力线信噪比监测和UID主动上报功能。

　　4 应用发展情景

　　随着城市的快速发展，对城市道路照明管理提出了更高的要求，以前传统的路灯控制方式已经无法满足城市现代化要求，研发一种功能完善、操作简单、高效的双灯控制器是必然趋势。双灯终端控制器作为一种新型的智能化控制器，其能对单个光源进行测控、准确判断线路故障，使维护人员及时掌握路灯开关灯情况，对道路照明进行高效、可靠、安全的维护和管理，很好地解决了当前城市照明管理中维修滞后的难题。

　　参考文献

　　[1] 胥和平，等.基于电力载波技术的智能照明路灯控制系统[J].电工技术，2010，(2).

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　　[3] 王巍.基于电力载波技术的LED路灯监控系统研究与开发[D].天津工业大学，2011.