带远程监控的路灯照明 节电控制系统设计

由图2可知，其输出电压值的精度至少可达到94．3％。
现以冬季为例需要为道路照明的时间为17：00至次日6：00。根据电压观测的结果，电网电压通常应稳定在220 V左右，但在半夜0：00至次日6：00，由于电网负荷小，电网电压会逐渐攀升至230 V。据此可以计算出节电率。其电压调整前的耗电量：

通过计算可知，其节电率可达21％。
1．2 电压控制方案
设输入电压为X，输出电压为Y；t时刻的电网输入电压为X(t)，触点开关跳变值为P，那么，可以先通过下式判断输入电压X处于上升阶段还是下降阶段：

若某路在t时刻的输入电压大于(t-1)时刻的输入电压，则输入电压处于上升阶段。设定电压跳变值为P，即电压上升到P+2时。触点开关跳变。反之，若某路t时刻的输入电压小于(t-1)时刻的输入电压，则输入电压处于下降阶段，若设定电压跳变值为P，即电压下降到(P-2)时，触点开关跳变。
其中，可以设定4 V的回差，以使电压在上升和下降两个阶段有两个不同的阈值。设置该回差是为了保证触点开关在输入电压波动频繁时不会随之出现频繁跳变。
1．3 采样方案
针对该系统的电网电压幅值变化不是很快的特点，该路灯控制器的采样速度和采样精度的要求都不需要很高。而微控制器C8051F310自带的10位AD转换器本身的精度就能满足系统要求。信号经过AD转换之后，再由微处理器计算相应电压的有效值，并进一步进行判断即可。该设计结构简单、成本低，且足够满足采样速度和采样精度的要求。
A/D转换器的转换精度，是由其参考电压和输出字段长度共同决定的。所谓转换精度是指一个A/D转换器可以对最小电压变化的监测能力。实际上，转换精度就是A／D转换器的最小步进电压，只需将MD转换器的参考电压与该转换器转换值的数量相除，就可以得到该电压值。
由于C8051F330采用3．3 V作为基准电压，故其转换精度为3．3／1024，即3．22 mV，完全可以满足本系统的精度要求。
1．4 远程通讯控制方案
远程通信是指多台路灯控制器与PC机之间的通信，便于用户对分布在各处的路灯控制器的状态进行监控，本系统通过C8051F310自带的UART口和PC机的串口进行通信，以将检测到的各种状态信息传给上位机(如电网的电压，A、B、C各相的电流，以及路灯控制器所处的各个状态等等)，而用户则可根据上位机的软件来选择要监控的路灯控制器，然后根据其状态来发出各种控制命令，如旁路或者选择节能所处的档位。
鉴于采用的是一台PC机对多台路灯控制器的方式，故可采用侦听方式来规定其通信协议，即给每一台控制器分配一个通信地址。通信开始之前，主机先发送通信地址，每一台控制器都接收这个地址，然后与自身的地址相比较，地址匹配的路灯控制器开始与主机通信，其它的保持侦听状态。这样，用户就可方便地对任何一台控制器进行监控。
综合考虑总线的传输距离和抗干扰能力等因素，本设计在控制板上采用RS-485接口，并采用差分方式传输信号，故其抗共模干扰的能力很强。

2 硬件设计
本节电控制系统的硬件部分主要包括微处理机、电压检测电路、电流检测电路、触点开关驱动电路、时钟及通讯接口电路等。当电网电压经整流滤波电路被采集到微控制器后，微控制器将通过自带的AD转换电路进行AD转换，然后通过运算来确定此时需闭合的变压器副边开关位置，同时发出命令使相应继电器驱动与其对应的触点开关闭合，从而实现其基本功能。KEY电路包含外部的一些手动逻辑控制。图3所示是本系统的硬件电路框图。

2．1 电压检测电路
本系统中的电压检测电路框图如图4所示。该电路中包括有各种信号调理电路。其电网电压经220 V／7．5 V变压器之后，再通过运放组成的比例放大器调整其幅值，然后通过全波整流电路将其变成直流，再经过RC滤波电路之后进入微控制器进行AD采样。

电流检测电路的结构与电压检测电路基本相同，只不过电流是通过电流互感器之后，再转换成电压信号，其信号调理过程基本一致。