单灯终端控制器在城市道路照明中的应用

【摘要】单灯终端控制器是由集中控制器和单灯控制器两部分组成，是通过人工或计算机控制城市道路照明设施和可调灯具亮暗的控制器实现道路照明节能。具备电力信噪比监测功能，为自由路由节点提供有效的依据;具有UID主动上报功能;具有同步通信冲突避免机制。在城市道路照明控制系统中起着非常重要的作用。

【关键词】单灯终端控制器;道路照明;节能

1.概述

本文中阐述的单灯终端控制器包含集中控制器和单灯控制器。集中控制器它是城市照明系统中电能信息采集和远程控制的关键设备，安装在路灯低压控制柜内，具有数据采集和通过电力载波通信对路灯进行测控，实时的将数据通过TCP/IP，GPRS等通讯方式传回到监控中心的功能。可广泛应用于城市道路照明监控系统中;单灯控制器安装在各盏路灯上，其核心采用电力线载波集成电路，配合专业的硬件和软件设计，使产品具有功能强大、易实施、免布线、工作可靠、易于维护等优点，是专门为适应中国电网环境而研发出来的高性能路灯节能产品。

2.单灯终端控制器开发示意图

图1 单灯终端控制器开发示意图

3.集中控制器

3.1 设计原理（如图2所示）

图2 集中控制器部分设计电路图

图3 单灯控制器部分设计电路图

集中控制器由集中控制器PLC、集中控制器PS、 集中控制器ARM和GPRS/TD-LTE模块等四个主要模块构成。由载波板、电源板、ARM板、GPRS/TD-LTE模块组成的集中器中间管理单元，可以接到三相电力线上。

集中控制器PLC是电力线载波通讯的收发电路和PLC协议栈处理部分，用于完成电力线载波通讯的所有功能。集中控制器PLC板和集中控制器ARM板通过UART口进行通讯。

集中控制器PS为电源板，主要包含开关电源电路和PLC通讯耦合电路两部分，与外部220V AC连接，为整个系统提供电源。

集中控制器ARM板为照明智能控制系统集中器的嵌入式系统板，主要为嵌入式LINUX系统运行提供硬件资源和多个外设接口，并提供系统状态指示灯显示。

GPRS/TD-LTE模块内部集成了TCP/IP协议，通过串口，可以方便地发送命令到GPRS/TD-LTE模块、收发用户数据到服务器。

集中控制器内置应用程序提供了一整套丰富的功能，使得它可以独立的工作而不需要PC。

集中控制器预留扩展接口，可外接温湿度传感器、内涝传感器、光伏辅助备用电源等功能。

3.2 集中控制器的主要功能

路灯时序调整、数据记录、报警处理和发送。时序调度应用程序允许按照路灯管理中心设置的时序来控制路灯，可以根据日期、时间和事件来调度路灯的动作;数据记录应用程序记录单灯控制器的电流、电压、电能累积等数据活动，并可用来进行趋势分析、报告和应用分析;报警应用程序提供识别、通告和记录路灯报警状况的手段，单灯控制器产生报警后，可以设置照明智能控制系统收到报警信息、识别错误和报警状态并确认报警成立后，将报警发送到路灯管理中心或发送E-Mail到指定的邮件里，也可以发送短消息到手机。

3.3 主要技术参数

项目 最小值 典型值 最大值 单位 备注

工作电源特性：

单相交流输入电压 176 220 254 Vac 单相或3相4线制供电

工作频率 47 50 63 Hz

集中器整机功耗 3.0 W 载波接收状态

电力线载波通信性能：

电力线载波调制方式 BPSK

电力线载波频率 132 KHz

通信速率 5500 bps

载波信号发送幅度（峰-峰值） 2.0 3.0 4.0 V 1欧姆负载时

载波信号接收灵敏度 -80 -60 dBV 0dBV=2.82Vpp

其他特性：

工作温度范围 -30 70 °C 不包括GPRS模块

工作湿度范围 5 95 % 不冷凝情况下

4.单灯控制器

4.1 设计原理图（如图3所示）

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。

路灯开关的设计是以8位微控制器为核心，配合相关的硬件和软件设计，主要是通过与载波模块通信，从而实现开灯、关灯、调光、数据查询以及故障报警等功能。

电流检测是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。

4.2 单灯控制器具有控制载波通讯、路灯开关、电流检测等功能

4.3 主要技术参数

序号 项目 测试条件 参数

Min. Typ Max Uints

1 额定工作电压 180 220 250 VAC

2 工作功耗 载波接收状态 0.5 1 1.5 W

3 继电器动作类型 磁保持

4 继电器触点容量 交流220VAC — 10 — A

5 额定负载功率 0 400 600 W

6 过载动作电流 — 4 — A

7 电压测量范围 0 220 380 VAC

8 电压测量误差 0.1 5 10 %

9 电流测量范围 0 3 20 A

10 电流测量误差 0.1 5 10 %

11 载波发送幅度 1欧姆负载 1 3 5 Vpp

12 载波接收灵敏度 — -60 — dBV

13 PWM输出电压 4.8 5 5.1 V

14 PWM输出频率 380 400 420 Hz

15 PWM输出占空比 0 — 100 %

16 开关量输入类型 常闭触点

17 工作温度 -20 25 60 ℃

18 工作湿度 5 — 95 %

5.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、高效的单灯终端控制器是必然结果。单灯终端控制器作为一种新型的智能化控制器，其具有对单个光源测控、准确判断线路故障、及时掌握路灯开关灯情况、使维护人员对道路照明进行高效、可靠、安全的维护和管理等特点，很好的解决了当前城市管理中的难题。

该产品推广成功后，可广泛应用于城市道路照明、楼宇景观照明、山体景观照明等。可推动城市照明的现代化建设、节约路灯用电量、大大减少路灯维护费用，将会带来巨大的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]国建岭.基于GPRS的智能路灯控制器设备的设计[J].中国照明电器，2014（2）：32-35.

[2]孙武兵.照明控制系统中的串口扩展技术[Z].中国照明电器，2014（1）：27-28，40.

作者简介：

姚伟（1970—），男，高级工程师，主要从事电气自动化技术方面的研究。

高益锋（1963—），男，高级工程师，主要从事电气自动化技术方面的研究。

唐鹏杰（1990—），男，主要从事电力系统自动化技术方面的研究。

陆光春，女，助理工程师，主要从事工业电气自动化方面的研究。

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