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        一種基于ATmega128的智能路燈節電器系統
         

        隨著各地經濟和交通的的快速發展,照明路燈設施規模越來越大,數量也越來越多,照明耗能也越來越大,照明用電量接近發電量的15%,許多地方用電效率低,且浪費嚴重。我國目前能源短缺,供電緊張,很有必要采用一種既方便又經濟的節電器來解決以上問題。

          經過理論分析和反復實踐并多次電路改進,研制出了一種用ATmegal28單片機作為控制核心的智能型路燈節電裝置(以下簡稱路燈節電器),該節電器具有根據時間自動開關燈,根據系統電壓電流自動調壓,自動實現節電器的各種保護等多種功能,經過現場實際應用,運行穩定、節電效果顯著。

          1智能節電器的原理與控制方式1.1節電原理電光源的亮度與其工作電壓呈非線性關系,額定電壓230V逐漸降至195V時,發光體的亮度變化是緩慢的,照明的效果和質量不會有明顯的變化,對人體的視覺滿足程度基本相同。

          根據理論推導計算和,包括主回路電路、單片機和采樣電路等外圍電路。

          由-放大系統結構框。3采樣電路要使系統根據電網的電壓電流波動,作出相應的控制動作,必須對電壓電流進行采樣,其采樣電路如所示。通過電壓互感器、電流互感器來分別檢測電壓、電流,同時為了提篼系統的抗干擾能力,用共模電感減少共模干擾的影響,用電容Cl,C2進行濾波,再通過電壓轉換器整流為直流信號,最后通過放大器隔離為單片機提供采樣信號,用軟件進行校準。

          t.l主回路電路主回路部分有四個抽頭變壓器,輸人交流220V,輸出分別為210,200,190,185和220V共分為五擋,分別由接觸器KM3,KM4,KM5,KM6和KM7控制,KM8,KM9,KM10分別控制三相回路的通斷。KMR為過渡電阻控制接觸器,KM7為封零接觸器,啟動時,繼電器KM0先閉合,KM1和KM2吸合,先全壓啟動一定時間后進入節電狀態,根據設置值逐步進行調壓穩壓。

          2.2單片機的選擇來控制電路。該單片機具有128K的FLASH、2K的EEPROM,擦寫次數可達10萬次,可以用來存儲節電的狀態信息;4個定時器/計數器,可用來設置溢出中斷;53個I/O引腳,具有較大的電流驅動能力,可以直接驅動液晶顯示器而省去驅動電賂;2個可程序設計串行USART接口支持全雙工同步/異步串行通信;8信道10位A/D信道,實現對電流、電壓由模擬量向數字量的轉換。

          2.4其他電路時鐘電路采用時鐘芯片DS1 307,通過單片機的I2C總線來通信,同時為了防止斷電造成芯片停止計時,需另加一個鋰電池;數字量輸入電路通過線、復位線、片選線等信號線,來控制液晶顯示;鍵盤可由單片機直接驅動,執行菜單的輸人設置功能。

          3控制電路的軟件設計軟件程序設計采用模塊化設計,以主程序為核心,同時設置了許多功能子模塊。子模塊包括:鍵盤檢測模塊、液晶顯示模塊、時鐘模塊、控制模塊、保護模塊、通信模塊等,分別實現相應的功能。

          系統程序流程如所示。先對單片機系統進行初始化,包括初始化單片機的I/O口、定時器T1和12、通信串口UART、模數轉化A/D等外設,同時把存儲數據從EEPROM中讀出,設置好控制參數;把時鐘芯片中的時間通過I2C總線讀到芯片中,以便顯示出當地時間。

          液晶顯示程序是程序的主要模塊,是控制器的人機接口,具有兩級菜單,可以設置各種不同的功能,如經緯度設定、固定節電時間設定、時鐘設定、通信參數設定等。各種控制功能的編寫都有一定的算法,根據控制需要改變繼電器的動作順序及狀態。

          全壓工作即當路燈啟動后先全壓工作15min,使路燈正常發光。然后進人節電狀態,把電壓、電流通過互感器采到AD口,經AD轉換成數字董,根據AD采樣值來進行1.2節控制方式控制。通過時控方式選擇,進人節電運行狀態。

          4遠程監控系統由于城市路燈具有終端多、戶外、分散和地域廣等特點,采用什么通信方式是解決路燈遠程監控及管理的關鍵問題。通常可以采用無線電臺、電力線載波和電話線路作為通信手段,但這些通信方式需要自行投資建設專用計算機通信網絡,致使一次性投資、運營費用高,并要求專業技術人員維護,是實現路燈系統遠程監控的主要困難。

          采用公用通信和計算機網絡GPRS-Intemet可以很好地解決以上問題。

          4.1監控系統的組成監控系統的組成結構如所示。

          圈4監控系統遠程監控終端節電器通過GPRS設備終端將路燈線路運行的實時運行參數(包括電壓、電流、開關量等)傳到Internet網上,再經過Internet網連到監控中心計算機實施遠程監測、控制和信息管理。

          4.2監控系統的通倍系統選用TCP/IP協議進行數據傳輸,在用戶層采用一定的數據錯誤檢測機制,并在此基礎上設計一個遠程監控終端和監控中心計算機通信規約,實現遠程監控終端與監控中心計算機之間的通信,保證數據傳輸的實時性、經濟性和可靠性。

          兩者的報文格式如表1所示。

          監控中心計算機發送數據報文中的地址是節電器地址編號,功能包括設置運行參數、調數據報表1通倌報文格式b起始地址類型數據長度數據校驗和結束1 1 1 1文和校對時間等,采用16位CRC校驗,生成多項式為G(尤)='6+心++1.單片機返回的數據報文包括路燈線路的實時運行參數(電壓、支路電流和總電流、開關童)和故障信息等。其中,故障信息主要包括復位信息、A/D轉換故障、CRC校驗錯誤、停電信息、時間錯誤和終端設備異常等。

          4.3監控軟件的設計遠程監控系統在軟件環境的選擇上要力求先進、實用,以便系統在軟件環境上的更新換代,滿足用戶對人機對話和操作方便等方面的要求。選用VB作為編程語言,監控中心軟件為中文的圖形菜單式界面,界面設計及操作方式均采用Windows標準風格。

          Sockets控件進行網絡通信編程。Winsock的基本模式為:建立一個網絡連接實例的服務器端,只需設置本地服務端口號,然后服務器調用方法Listen進人阻塞狀態,等待來自客戶的連接請求。與此對應的客戶端不但要將Winsock的屬性RemoteHost置為服務器的名稱(IP地址或網絡代號),還應設置服務器所監聽的栩應服務的端口號(RemotePort),然后調用方法Win-sock.Coect向服務器發出請求。服務器接收到客戶請求時,事件ConnectionRequest將被觸發。如服務器愿意提供服務,則可調用Accept方法接受連接。一旦連接建立,兩端均可使用SendData或GetData進行數據的發送或接收。

          智能路燈節電器軟件的開發需要伴隨大量的數據資料。面對如此龐大而復雜的數據,必須對其進行科學的管理和組織,這就要求有一個功能強大的數據軟件。而目前非常流行的Microsoft Access數據庫軟件不僅功能強大而且直觀易用。

          對一些簡單應用甚至不需要編寫任何代碼即可實現。另外,VisualBasic中的Adodc接口提供了直接訪問Access的功能,使用起來非常方便。

          系統采用目前比較流行的GPRS通信方式,結合監控軟件的設計,實現了用戶管理,地圖切換,實時監控,無線數據傳輸等功能。總結起來,系統監控中心軟件有如下幾方面的優越性能和功能:系統的安全性、可靠性篼;人機界面友好,操作簡單;數據實時發送與接受;采用了客戶機/務器結構,分布處理能力強;系統的可擴展性強,便于維護和擴展。

          5結論設計了以ATmega128單片機為核心的智能路燈節電器,描述了節電器的各種功能,詳細分析了硬件結構及軟件編程。該節電器設計原理簡單,硬件結構合理。,具有多種時間控制方式,且能使燈在電壓波動范圍內自動穩壓和自動進行各種保護功能,同時具有與監控中心進行遠程通信,實現遙控、遙測和遙信的功能,方便維護和管理,提高了工作效率。現場運行表明,該節電器照明控制系統節電效率為30%左右,節電效率篼,具有很大的市場推廣價值。

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