帶遠(yuǎn)程監(jiān)控的路燈照明 節(jié)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由圖2可知，其輸出電壓值的精度至少可達(dá)到94．3％。
現(xiàn)以冬季為例需要為道路照明的時(shí)間為17：00至次日6：00。根據(jù)電壓觀測(cè)的結(jié)果，電網(wǎng)電壓通常應(yīng)穩(wěn)定在220 V左右，但在半夜0：00至次日6：00，由于電網(wǎng)負(fù)荷小，電網(wǎng)電壓會(huì)逐漸攀升至230 V。據(jù)此可以計(jì)算出節(jié)電率。其電壓調(diào)整前的耗電量：

通過計(jì)算可知，其節(jié)電率可達(dá)21％。
1．2 電壓控制方案
設(shè)輸入電壓為X，輸出電壓為Y；t時(shí)刻的電網(wǎng)輸入電壓為X(t)，觸點(diǎn)開關(guān)跳變值為P，那么，可以先通過下式判斷輸入電壓X處于上升階段還是下降階段：

若某路在t時(shí)刻的輸入電壓大于(t-1)時(shí)刻的輸入電壓，則輸入電壓處于上升階段。設(shè)定電壓跳變值為P，即電壓上升到P+2時(shí)。觸點(diǎn)開關(guān)跳變。反之，若某路t時(shí)刻的輸入電壓小于(t-1)時(shí)刻的輸入電壓，則輸入電壓處于下降階段，若設(shè)定電壓跳變值為P，即電壓下降到(P-2)時(shí)，觸點(diǎn)開關(guān)跳變。
其中，可以設(shè)定4 V的回差，以使電壓在上升和下降兩個(gè)階段有兩個(gè)不同的閾值。設(shè)置該回差是為了保證觸點(diǎn)開關(guān)在輸入電壓波動(dòng)頻繁時(shí)不會(huì)隨之出現(xiàn)頻繁跳變。
1．3 采樣方案
針對(duì)該系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓幅值變化不是很快的特點(diǎn)，該路燈控制器的采樣速度和采樣精度的要求都不需要很高。而微控制器C8051F310自帶的10位AD轉(zhuǎn)換器本身的精度就能滿足系統(tǒng)要求。信號(hào)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換之后，再由微處理器計(jì)算相應(yīng)電壓的有效值，并進(jìn)一步進(jìn)行判斷即可。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，且足夠滿足采樣速度和采樣精度的要求。
A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，是由其參考電壓和輸出字段長(zhǎng)度共同決定的。所謂轉(zhuǎn)換精度是指一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器可以對(duì)最小電壓變化的監(jiān)測(cè)能力。實(shí)際上，轉(zhuǎn)換精度就是A／D轉(zhuǎn)換器的最小步進(jìn)電壓，只需將MD轉(zhuǎn)換器的參考電壓與該轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換值的數(shù)量相除，就可以得到該電壓值。
由于C8051F330采用3．3 V作為基準(zhǔn)電壓，故其轉(zhuǎn)換精度為3．3／1024，即3．22 mV，完全可以滿足本系統(tǒng)的精度要求。
1．4 遠(yuǎn)程通訊控制方案
遠(yuǎn)程通信是指多臺(tái)路燈控制器與PC機(jī)之間的通信，便于用戶對(duì)分布在各處的路燈控制器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，本系統(tǒng)通過C8051F310自帶的UART口和PC機(jī)的串口進(jìn)行通信，以將檢測(cè)到的各種狀態(tài)信息傳給上位機(jī)(如電網(wǎng)的電壓，A、B、C各相的電流，以及路燈控制器所處的各個(gè)狀態(tài)等等)，而用戶則可根據(jù)上位機(jī)的軟件來選擇要監(jiān)控的路燈控制器，然后根據(jù)其狀態(tài)來發(fā)出各種控制命令，如旁路或者選擇節(jié)能所處的檔位。
鑒于采用的是一臺(tái)PC機(jī)對(duì)多臺(tái)路燈控制器的方式，故可采用偵聽方式來規(guī)定其通信協(xié)議，即給每一臺(tái)控制器分配一個(gè)通信地址。通信開始之前，主機(jī)先發(fā)送通信地址，每一臺(tái)控制器都接收這個(gè)地址，然后與自身的地址相比較，地址匹配的路燈控制器開始與主機(jī)通信，其它的保持偵聽狀態(tài)。這樣，用戶就可方便地對(duì)任何一臺(tái)控制器進(jìn)行監(jiān)控。
綜合考慮總線的傳輸距離和抗干擾能力等因素，本設(shè)計(jì)在控制板上采用RS-485接口，并采用差分方式傳輸信號(hào)，故其抗共模干擾的能力很強(qiáng)。

2 硬件設(shè)計(jì)
本節(jié)電控制系統(tǒng)的硬件部分主要包括微處理機(jī)、電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、觸點(diǎn)開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、時(shí)鐘及通訊接口電路等。當(dāng)電網(wǎng)電壓經(jīng)整流濾波電路被采集到微控制器后，微控制器將通過自帶的AD轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，然后通過運(yùn)算來確定此時(shí)需閉合的變壓器副邊開關(guān)位置，同時(shí)發(fā)出命令使相應(yīng)繼電器驅(qū)動(dòng)與其對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)開關(guān)閉合，從而實(shí)現(xiàn)其基本功能。KEY電路包含外部的一些手動(dòng)邏輯控制。圖3所示是本系統(tǒng)的硬件電路框圖。

2．1 電壓檢測(cè)電路
本系統(tǒng)中的電壓檢測(cè)電路框圖如圖4所示。該電路中包括有各種信號(hào)調(diào)理電路。其電網(wǎng)電壓經(jīng)220 V／7．5 V變壓器之后，再通過運(yùn)放組成的比例放大器調(diào)整其幅值，然后通過全波整流電路將其變成直流，再經(jīng)過RC濾波電路之后進(jìn)入微控制器進(jìn)行AD采樣。

電流檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)與電壓檢測(cè)電路基本相同，只不過電流是通過電流互感器之后，再轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，其信號(hào)調(diào)理過程基本一致。