1、1基于电力载波的城市 LED 路灯远程监控系统的研究与设计摘要：随着城市经济的发展, 路灯监控系统从原来简单的监控功能, 发展到远程监控和节能控制于一体的新型路灯监控系统。采用了电力载波通讯技术可以和监控中心进行远程通信, 以实现监控中心对远端现场的遥测、遥控和遥信功能, 具有更为灵活的控制方式, 运行可靠, 高效节能, 相对于传统的控制器, 控制效果更能符合人们的需求。本智能控制系统现已经过一段时间运行后，提高了照明质量并且获得良好的节能效果。 关键词: 路灯; 监控; 智能控制器 中图分类号： TM571 文献标识码： A 文章编号： 0 引言 城市路灯照明系统随着社会经济的发展，其功能已
2、经从单纯的照明逐渐转变为美化环境、改善形象、活跃经济。由于路灯数量众多、布置分散、运行管理困难和没有通信功能，其管理和维护相当困难。传统的管理方式是依赖人工巡线检查其工作状态，只能控制开关状态，无法掌握在线路灯的电压、电流等工作状态，造成管理混乱，维护迟缓。社会的发展对路灯的开关灯运行、节约能源、亮灯率和景观照明提出了更高要求，因此必须利用先进技术提出一种合理有效的控制管理方案。近年来，随着电力线载波通信技术的发展和日渐成熟，将其应用在城市路灯2监控管理系统中，不仅能控制城市路灯在不同时段的开关状态，也可以采集路灯的电压、电流信息，检测其短路和断路故障，还能够通过载波信息实时查询解析各路段的线
3、路完整性，保护路灯和电缆被偷盗。 1 系统组成简述 该系统由上位机、主控机和从控机 3 部分构成. 系统的组成如图 1 所示. 上位机由 PC 机构成, 用 VB 编写的程序通过串口和主控单片机通信, 监控路灯的工作情况. 为保证通信的可靠性, 在上位机和主控机的串口之间增加了转换隔离模块.主控机是由单片机构成, 由于主控机的程序较大, 单片机采用 Atmega128. 主控机一方面用电力载波的调制解调芯片通过电力线和下位机通信, 另一方面和上位 PC 机通信.从控单片机用调制解调芯片通过电力线获取主控机的指令, 控制路灯开关; 将路灯的工作状态通过电力线发送给主控机. 图 1 系统组成 2
4、系统的硬件结构 21 主控机系统 在主控机采用核心板设计，结构如图 2 所示 图 2 主机系统的硬件结构框图 主控芯片采用 AVR ATmega128 芯片 ATmega128 是高性能、低功耗3的 8 位微处理器，它的运行速度快，大多数指令可以在一个时钟周期内完成; 寿命: 10， 000 次写/擦除周期; 具有独立锁定位、可选择的启动代码区; 通过片内的启动程序实现系统内编程; 真正的读修改写操作硬件乘法器只需两个时钟周期; 具有 128K 字节的系统内可编程Flash; 4K 字节的内部 SRAM;可以对锁定位进行编程以实现软件加密;具有 JTAG 接口，方便程序在线调试、下载; 两个可
5、编程的串行 USART; 可工作于主机/从机模式的 SPI 串行接口。 2.2 从控机系统 控机系统结构如图 3 所示 图 3 从机系统的硬件结构框图 电流传感器、电压传感器和自制的光电转换单元将采集到的信号通过调滤波后, 转变为电压值、电流值和光电转换数据,再输入到 AVR 单片机 ATMEGA8 本身自带的 A/ D 转换单元,进行运算处理。电压传感器并接在路灯的接线端子上,电流传感器串接在路灯的回路中。 从机地址编码单元由一组开关设置, 利用了单片机的 10 条端口线, 所以从机地址有 1024 个编码。如果路灯的个数较多, 从机地址不够, 可以通过分组管理的办法进行扩充。单片机通过驱动
6、单元( 含光耦固态继电器) 来开启和关闭灯。 2.3 调制解调器 LME2200C 市场上的电力线载波芯片种类较多，如 XR2210/XR2206 套片或4LM1893、ST7536/ST7538、SST P300、PLT-22，这类芯片相对比较复杂，外围模拟电路比较多，价格昂贵，主要用于普通电力线载波通信。基于低压电源线载波通信的需要，采用电力线载波芯片 LME2200C 作为电源线载波通信芯片。该芯片集成了电力线通信的调制解调器，采用了多载波调制解调技术，芯片内置了数字信号处理、模数转换和数模转换电路，能直接和模拟前端电路接口，同时，芯片与控制器之间的数据交互方式灵活，能简单嵌入智能系统。
7、 3 监控中心的软件设计 监控中心的监控系统是以 Windows 2000 Server 作为运行系统, 利用 SQL Server 2000 来管理系统所有的数据信息。以 VB.NET 作为开发工具, 采用了 ADO.NET 技术对数据库进行访问。 中央控制室内采用两台工控机互为备用，实现监控管理系统的控制指令和巡检信息的发送与接收，进行人机对话，打印报表等。数据服务器主要是用来存储主控机的操作信息和处理后的数据信息，为系统管理和生成统计报表提供数据来源。主控机和数据服务器之间通过路由器建立 C /S 结构，其它经授权的 PC 机也可通过因特网接入该数据服务器，实现数据共享和跨地域远程监测。
8、 大屏幕多媒体部分用于动态显示整个区域的路灯位置、设备信息及实时工作状态，巡检到故障信息后自动转换到报警窗口，放大故障路灯所在局部地理位置图像并显示故障类型和详细信息，发出声音和灯光报警，提醒工作人员及时处理故障。采用 GPS 卫星时钟信号为系统提供统一标准时间，定时校准路段控制器内时钟信号，确保整个系统工作可靠。5不间断电源为整个中央控制室的供电系统提供后备电源，防止意外断电中断系统正常工作。 4 结论 本系统将无线通信和电力线载波通信相结合用于城市路灯远程智能监控管理，节省大量繁重的布线工作，避免单纯使用无线通信成本居高不下、故障频发维护困难的缺点，能够对城市路灯系统有效地远程监控管理。
9、参考文献: 1唐桂忠, 张广明, 赵亚琴, 等. 城市路灯饰灯远程智能监控系统的设计与实现 J . 测控技术, 2004, ( 8): 36- 38. 2吕仲瑜, 孟力, 李璐. 低压电力线载波通信中的抗干扰问题 J . 电测与仪表, 2003, ( 6): 36- 39. 3H M eng, Y L Guan, S Chen. M odeling and A nalysis of No ise E ffects on Broadband Power- L ine Commun ications J . IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY,2005, 20( 2). 4 曲宙强, 付丽君. 基于扩频通信的电力噪声分析 J.广东电力, 2003,( 5): 20- 23. 作者简介：王军（1973-） ，男，吉林长春人，吉林工程技术师范学院教师，硕士，主要从事电子技术、EDA 的教学研究。
