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扬州市顺景新能源照明有限公司

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一种基于ATmega128的智能路灯节电器系统
 

随着各地经济和交通的的快速发展,照明路灯设施规模越来越大,数量也越来越多,照明耗能也越来越大,照明用电量接近发电量的15%,许多地方用电效率低,且浪费严重。我国目前能源短缺,供电紧张,很有必要采用一种既方便又经济的节电器来解决以上问题。

  经过理论分析和反复实践并多次电路改进,研制出了一种用ATmegal28单片机作为控制核心的智能型路灯节电装置(以下简称路灯节电器),该节电器具有根据时间自动开关灯,根据系统电压电流自动调压,自动实现节电器的各种保护等多种功能,经过现场实际应用,运行稳定、节电效果显著。

  1智能节电器的原理与控制方式1.1节电原理电光源的亮度与其工作电压呈非线性关系,额定电压230V逐渐降至195V时,发光体的亮度变化是缓慢的,照明的效果和质量不会有明显的变化,对人体的视觉满足程度基本相同。

  根据理论推导计算和,包括主回路电路、单片机和采样电路等外围电路。

  由-放大系统结构框。3采样电路要使系统根据电网的电压电流波动,作出相应的控制动作,必须对电压电流进行采样,其采样电路如所示。通过电压互感器、电流互感器来分别检测电压、电流,同时为了提篼系统的抗干扰能力,用共模电感减少共模干扰的影响,用电容Cl,C2进行滤波,再通过电压转换器整流为直流信号,最后通过放大器隔离为单片机提供采样信号,用软件进行校准。

  t.l主回路电路主回路部分有四个抽头变压器,输人交流220V,输出分别为210,200,190,185和220V共分为五挡,分别由接触器KM3,KM4,KM5,KM6和KM7控制,KM8,KM9,KM10分别控制三相回路的通断。KMR为过渡电阻控制接触器,KM7为封零接触器,启动时,继电器KM0先闭合,KM1和KM2吸合,先全压启动一定时间后进入节电状态,根据设置值逐步进行调压稳压。

  2.2单片机的选择来控制电路。该单片机具有128K的FLASH、2K的EEPROM,擦写次数可达10万次,可以用来存储节电的状态信息;4个定时器/计数器,可用来设置溢出中断;53个I/O引脚,具有较大的电流驱动能力,可以直接驱动液晶显示器而省去驱动电赂;2个可程序设计串行USART接口支持全双工同步/异步串行通信;8信道10位A/D信道,实现对电流、电压由模拟量向数字量的转换。

  2.4其他电路时钟电路采用时钟芯片DS1 307,通过单片机的I2C总线来通信,同时为了防止断电造成芯片停止计时,需另加一个锂电池;数字量输入电路通过线、复位线、片选线等信号线,来控制液晶显示;键盘可由单片机直接驱动,执行菜单的输人设置功能。

  3控制电路的软件设计软件程序设计采用模块化设计,以主程序为核心,同时设置了许多功能子模块。子模块包括:键盘检测模块、液晶显示模块、时钟模块、控制模块、保护模块、通信模块等,分别实现相应的功能。

  系统程序流程如所示。先对单片机系统进行初始化,包括初始化单片机的I/O口、定时器T1和12、通信串口UART、模数转化A/D等外设,同时把存储数据从EEPROM中读出,设置好控制参数;把时钟芯片中的时间通过I2C总线读到芯片中,以便显示出当地时间。

  液晶显示程序是程序的主要模块,是控制器的人机接口,具有两级菜单,可以设置各种不同的功能,如经纬度设定、固定节电时间设定、时钟设定、通信参数设定等。各种控制功能的编写都有一定的算法,根据控制需要改变继电器的动作顺序及状态。

  全压工作即当路灯启动后先全压工作15min,使路灯正常发光。然后进人节电状态,把电压、电流通过互感器采到AD口,经AD转换成数字董,根据AD采样值来进行1.2节控制方式控制。通过时控方式选择,进人节电运行状态。

  4远程监控系统由于城市路灯具有终端多、户外、分散和地域广等特点,采用什么通信方式是解决路灯远程监控及管理的关键问题。通常可以采用无线电台、电力线载波和电话线路作为通信手段,但这些通信方式需要自行投资建设专用计算机通信网络,致使一次性投资、运营费用高,并要求专业技术人员维护,是实现路灯系统远程监控的主要困难。

  采用公用通信和计算机网络GPRS-Intemet可以很好地解决以上问题。

  4.1监控系统的组成监控系统的组成结构如所示。

  圈4监控系统远程监控终端节电器通过GPRS设备终端将路灯线路运行的实时运行参数(包括电压、电流、开关量等)传到Internet网上,再经过Internet网连到监控中心计算机实施远程监测、控制和信息管理。

  4.2监控系统的通倍系统选用TCP/IP协议进行数据传输,在用户层采用一定的数据错误检测机制,并在此基础上设计一个远程监控终端和监控中心计算机通信规约,实现远程监控终端与监控中心计算机之间的通信,保证数据传输的实时性、经济性和可靠性。

  两者的报文格式如表1所示。

  监控中心计算机发送数据报文中的地址是节电器地址编号,功能包括设置运行参数、调数据报表1通倌报文格式b起始地址类型数据长度数据校验和结束1 1 1 1文和校对时间等,采用16位CRC校验,生成多项式为G(尤)='6+心++1.单片机返回的数据报文包括路灯线路的实时运行参数(电压、支路电流和总电流、开关童)和故障信息等。其中,故障信息主要包括复位信息、A/D转换故障、CRC校验错误、停电信息、时间错误和终端设备异常等。

  4.3监控软件的设计远程监控系统在软件环境的选择上要力求先进、实用,以便系统在软件环境上的更新换代,满足用户对人机对话和操作方便等方面的要求。选用VB作为编程语言,监控中心软件为中文的图形菜单式界面,界面设计及操作方式均采用Windows标准风格。

  Sockets控件进行网络通信编程。Winsock的基本模式为:建立一个网络连接实例的服务器端,只需设置本地服务端口号,然后服务器调用方法Listen进人阻塞状态,等待来自客户的连接请求。与此对应的客户端不但要将Winsock的属性RemoteHost置为服务器的名称(IP地址或网络代号),还应设置服务器所监听的栩应服务的端口号(RemotePort),然后调用方法Win-sock.Coect向服务器发出请求。服务器接收到客户请求时,事件ConnectionRequest将被触发。如服务器愿意提供服务,则可调用Accept方法接受连接。一旦连接建立,两端均可使用SendData或GetData进行数据的发送或接收。

  智能路灯节电器软件的开发需要伴随大量的数据资料。面对如此庞大而复杂的数据,必须对其进行科学的管理和组织,这就要求有一个功能强大的数据软件。而目前非常流行的Microsoft Access数据库软件不仅功能强大而且直观易用。

  对一些简单应用甚至不需要编写任何代码即可实现。另外,VisualBasic中的Adodc接口提供了直接访问Access的功能,使用起来非常方便。

  系统采用目前比较流行的GPRS通信方式,结合监控软件的设计,实现了用户管理,地图切换,实时监控,无线数据传输等功能。总结起来,系统监控中心软件有如下几方面的优越性能和功能:系统的安全性、可靠性篼;人机界面友好,操作简单;数据实时发送与接受;采用了客户机/务器结构,分布处理能力强;系统的可扩展性强,便于维护和扩展。

  5结论设计了以ATmega128单片机为核心的智能路灯节电器,描述了节电器的各种功能,详细分析了硬件结构及软件编程。该节电器设计原理简单,硬件结构合理。,具有多种时间控制方式,且能使灯在电压波动范围内自动稳压和自动进行各种保护功能,同时具有与监控中心进行远程通信,实现遥控、遥测和遥信的功能,方便维护和管理,提高了工作效率。现场运行表明,该节电器照明控制系统节电效率为30%左右,节电效率篼,具有很大的市场推广价值。

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